JP2009050046A - Polymer actuator and actuator unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer actuator of unimorph structure where linear movement is taken out with a simple structure. <P>SOLUTION: The actuator body 11 of a polymer actuator 10 forms a unimorph structure having a polymer layer 20 where an insulating layer 21 is sandwiched by conductive layers 22 and 23, and a supporting layer 30 bonded to the polymer layer 20. A force is applied between the ends 13 and 14 of the actuator body 11 in the attracting direction by means of a spring 12. When the actuator body 11 is warped by turning power on, the distance between the ends 13 and 14 of the actuator body 11 changes. In other words, warpage of the actuator body 11 is taken out as variation in distance between the ends 13 and 14, i.e. the linear movement. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリマーアクチュエータおよびアクチュエータユニットに関する。   The present invention relates to a polymer actuator and an actuator unit.

例えば樹脂などの伸縮可能な絶縁膜の両面に導電膜を形成し、この導電膜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ポリマーアクチュエータが知られている。このようなポリマーアクチュエータでは、シリコン樹脂やアクリル樹脂などの伸縮可能な絶縁膜の両面に電極が設けられている。絶縁膜を挟む導電膜に電圧を印加すると、ポリマーアクチュエータは絶縁膜に加わる静電引力によって伸縮する。   For example, a polymer actuator is known in which a conductive film is formed on both surfaces of a stretchable insulating film such as a resin and electric energy is converted into kinetic energy by applying a voltage between the conductive films. In such a polymer actuator, electrodes are provided on both surfaces of a stretchable insulating film such as silicon resin or acrylic resin. When a voltage is applied to the conductive film sandwiching the insulating film, the polymer actuator expands and contracts due to the electrostatic attractive force applied to the insulating film.

上述のようなポリマーアクチュエータを用いて運動エネルギーを取り出すために、ユニモルフ構造のアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ユニモルフ構造のアクチュエータは、絶縁膜と導電膜とからなるポリマー層の一方の端面にポリマー層と材質の異なる薄膜が設けられている。ユニモルフ構造のアクチュエータに通電すると、ポリマー層が伸縮するものの、薄膜はほとんど伸縮しない。そのため、ユニモルフ構造のアクチュエータに通電すると、ポリマー層と薄膜との伸縮率の差によって反りが生じる。この反りを運動エネルギーとして取り出すことにより、電気的なエネルギーが運動エネルギーに変換される。   In order to extract kinetic energy using the polymer actuator as described above, an actuator having a unimorph structure has been proposed (for example, see Patent Document 1). In the unimorph actuator, a thin film made of a material different from that of the polymer layer is provided on one end surface of the polymer layer made of an insulating film and a conductive film. When a unimorph actuator is energized, the polymer layer expands and contracts, but the thin film hardly expands. For this reason, when a unimorph actuator is energized, warpage occurs due to the difference in expansion / contraction ratio between the polymer layer and the thin film. By extracting this warp as kinetic energy, electrical energy is converted into kinetic energy.

しかしながら、ユニモルフ構造のアクチュエータの場合、通電によって反りが生じるにすぎない。そのため、ユニモルフ構造のアクチュエータの運動は、屈曲運動である。その結果、ユニモルフ構造のアクチュエータからは直線的な運動を容易に取り出すことができないという問題がある。   However, in the case of an actuator having a unimorph structure, warping is only caused by energization. Therefore, the motion of the unimorph actuator is a bending motion. As a result, there is a problem that a linear motion cannot be easily extracted from a unimorph actuator.

特開２００６−２０４０９９号公報JP 2006-204099 A

そこで、本発明の目的は、簡単な構造で直線的な運動が取り出されるユニモルフ構造のポリマーアクチュエータおよびアクチュエータユニットを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a polymer actuator and an actuator unit having a unimorph structure in which linear motion can be extracted with a simple structure.

（１）本発明のポリマーアクチュエータは、伸縮可能な絶縁層部と、前記絶縁層部の一方の面および他方の面にそれぞれ設けられている導電層部と、前記絶縁層部の一方の面に形成された前記導電層部を挟んでこの一方の端面側に形成されている支持層部と、長手方向の両端部が対向するように断面が略Ｕ字形状に曲げられている帯状に積層された前記絶縁層部、前記導電層部および前記支持層部の前記両端部の間に設けられ、前記両端部を相互に引き付ける力を付与する弾性部材と、を備える。
以下、本明細書中において絶縁層部、導電層部および支持層部から構成された単位部分を、以下「アクチュエータ本体」と称する。帯状のアクチュエータ本体を略Ｕ字形状に曲げて両端部を対向させることにより、対向する両端部間に所定の距離が形成される。そして、アクチュエータ本体に通電することによりアクチュエータ本体に反りが生じると、略Ｕ字形状に曲げられたアクチュエータ本体は対向する両端部の間の距離が変化する。そのため、アクチュエータ本体の反りは、対向する両端部間における距離の変化、すなわち直線運動に変換される。したがって、簡単な構造でユニモルフ構造のポリマーアクチュエータ本体から直線的な運動を取り出すことができる。 (1) The polymer actuator of the present invention includes a stretchable insulating layer portion, a conductive layer portion provided on one surface and the other surface of the insulating layer portion, and one surface of the insulating layer portion, respectively. The support layer formed on one end face side of the formed conductive layer is sandwiched in a strip shape whose cross section is bent in a substantially U shape so that both ends in the longitudinal direction face each other. And an elastic member that is provided between the both end portions of the insulating layer portion, the conductive layer portion, and the support layer portion, and applies a force that attracts the both end portions to each other.
Hereinafter, in this specification, a unit portion composed of an insulating layer portion, a conductive layer portion, and a support layer portion is hereinafter referred to as an “actuator body”. A predetermined distance is formed between the opposing ends by bending the belt-like actuator body into a substantially U shape and making the ends opposite to each other. When the actuator body is warped by energizing the actuator body, the distance between the opposing ends of the actuator body bent in a substantially U shape changes. Therefore, the warpage of the actuator body is converted into a change in the distance between the opposing ends, that is, linear motion. Therefore, it is possible to take out a linear motion from the polymer actuator body having a unimorph structure with a simple structure.

（２）本発明のポリマーアクチュエータでは、前記絶縁層部および前記導電層部が複数層積層されている。
すなわち、アクチュエータ本体は、絶縁層部および導電層部を複数積層してもよい。このように複数の絶縁層部および導電層部を有することにより、ポリマーアクチュエータから取り出すことができる力を増大させることができる。 (2) In the polymer actuator of the present invention, the insulating layer portion and the conductive layer portion are laminated in a plurality of layers.
That is, the actuator body may be formed by laminating a plurality of insulating layer portions and conductive layer portions. By having a plurality of insulating layer portions and conductive layer portions in this manner, the force that can be taken out from the polymer actuator can be increased.

（３）本発明のアクチュエータユニットは、請求項１または２記載のポリマーアクチュエータを複数積層して備える。
複数のポリマーアクチュエータを重ねることにより、重ねられたポリマーアクチュエータユニットからは個々のポリマーアクチュエータの変位が総和として得られる。すなわち、個々のポリマーアクチュエータの変位が小さくても、ポリマーアクチュエータを重ねることにより、全体の変位が増大する。したがって、変位の大きな直線的な運動を取り出すことができる。 (3) The actuator unit of the present invention comprises a plurality of polymer actuators according to claim 1 or 2 stacked.
By superposing a plurality of polymer actuators, displacements of the individual polymer actuators can be obtained as a sum from the superposed polymer actuator units. That is, even if the displacement of each polymer actuator is small, the overall displacement increases by overlapping the polymer actuators. Therefore, it is possible to take out a linear motion with a large displacement.

（４）本発明のアクチュエータユニットでは、複数の前記ポリマーアクチュエータは、周方向へ所定の角度間隔ずらされている。
これにより、複数のポリマーアクチュエータは略放射状に配置される。そのため、複数のポリマーアクチュエータを重ねる場合でも、高さ方向すなわちポリマーアクチュエータユニットの変位方向の全長が低減される。したがって、体格の小型化および占有容積の低減を図ることができる。 (4) In the actuator unit of the present invention, the plurality of polymer actuators are shifted in the circumferential direction by a predetermined angular interval.
Thereby, the plurality of polymer actuators are arranged substantially radially. Therefore, even when a plurality of polymer actuators are stacked, the total length in the height direction, that is, the displacement direction of the polymer actuator unit is reduced. Therefore, the size of the physique can be reduced and the occupied volume can be reduced.

以下、本発明によるポリマーアクチュエータおよびアクチュエータユニットの複数の実施形態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実施形態によるポリマーアクチュエータを図１に示す。図１は、第１実施形態によるポリマーアクチュエータを示す概略図である。図１では、ポリマーアクチュエータを側面から見た形状を示している。 Hereinafter, a plurality of embodiments of a polymer actuator and an actuator unit according to 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 polymer actuator according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic view showing a polymer actuator according to a first embodiment. In FIG. 1, the shape which looked at the polymer actuator from the side surface is shown.

ポリマーアクチュエータ１０は、アクチュエータ本体１１と、弾性部材としてのスプリング１２とを備えている。ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１は、側面視した形状が略Ｕ字形状に形成されている。アクチュエータ本体１１は、ポリマー層２０と支持層部３０とから構成されている。ポリマー層２０は、絶縁層部２１と導電層部２２、２３とから構成されている。絶縁層部２１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な材料で形成されている。絶縁層部２１を形成する例えばシリコンエラストマーやポリウレタンは、電気を通しにくい絶縁体であり、誘電体でもある。導電層部２２、２３は、絶縁層部２１の両面にそれぞれ形成されている。導電層部２２、２３は、例えばシリコンエラストマーにカーボン粒子などの導電体を分散させた樹脂で形成されている。これにより、導電層部２２、２３は、導電性を有する薄膜として形成される。このように、アクチュエータ本体１１のポリマー層２０では、絶縁層部２１が導電層部２２と導電層部２３との間に挟み込まれている。   The polymer actuator 10 includes an actuator body 11 and a spring 12 as an elastic member. The actuator body 11 of the polymer actuator 10 is formed in a substantially U shape when viewed from the side. The actuator body 11 is composed of a polymer layer 20 and a support layer portion 30. The polymer layer 20 includes an insulating layer portion 21 and conductive layer portions 22 and 23. The insulating layer portion 21 is made of a flexible material such as silicon elastomer or polyurethane, for example. For example, silicon elastomer or polyurethane forming the insulating layer portion 21 is an insulator that does not easily conduct electricity, and is also a dielectric. The conductive layer portions 22 and 23 are formed on both surfaces of the insulating layer portion 21, respectively. The conductive layer portions 22 and 23 are made of, for example, a resin in which a conductor such as carbon particles is dispersed in a silicon elastomer. Thereby, the conductive layer portions 22 and 23 are formed as conductive thin films. As described above, in the polymer layer 20 of the actuator body 11, the insulating layer portion 21 is sandwiched between the conductive layer portion 22 and the conductive layer portion 23.

ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１は、支持層部３０を有している。支持層部３０は、ポリマー層２０を構成する導電層部２３の絶縁層部２１とは反対側に設けられている。支持層部３０は、導電層部２３に貼り付けられている。アクチュエータ本体１１を略Ｕ字形状に形成するとき、支持層部３０は外周側に位置する。支持層部３０は、例えば樹脂や金属などポリマー層２０と伸縮率の異なる材料で形成されている。第１実施形態の場合、支持層部３０は、ポリエチレンで形成されている。   The actuator body 11 of the polymer actuator 10 has a support layer portion 30. The support layer portion 30 is provided on the side opposite to the insulating layer portion 21 of the conductive layer portion 23 constituting the polymer layer 20. The support layer portion 30 is attached to the conductive layer portion 23. When the actuator body 11 is formed in a substantially U shape, the support layer portion 30 is located on the outer peripheral side. The support layer portion 30 is formed of a material having a different stretch rate from the polymer layer 20 such as resin or metal. In the case of the first embodiment, the support layer portion 30 is made of polyethylene.

絶縁層部２１、導電層部２２および導電層部２３の厚さは、それぞれ数μｍから数十μｍ程度に設定されている。支持層部３０は、数十μｍから数ｍｍ程度の任意の厚さに設定されている。これらにより、ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１は、厚さが数十μｍから数ｍｍ程度に設定されている。アクチュエータ本体１１、絶縁層部２１、導電層部２２および導電層部２３、ならびに支持層部３０の厚さは、任意に設定することができる。なお、絶縁層部２１、導電層部２２および導電層部２３、ならびに支持層部３０は、以上で例示したものに限らず、例えば市販の材料など、任意の材料で形成することができる。   The thicknesses of the insulating layer portion 21, the conductive layer portion 22, and the conductive layer portion 23 are each set to about several μm to several tens of μm. The support layer 30 is set to an arbitrary thickness of about several tens of μm to several mm. Accordingly, the thickness of the actuator body 11 of the polymer actuator 10 is set to about several tens of μm to several mm. The thicknesses of the actuator body 11, the insulating layer part 21, the conductive layer part 22, the conductive layer part 23, and the support layer part 30 can be arbitrarily set. The insulating layer part 21, the conductive layer part 22, the conductive layer part 23, and the support layer part 30 are not limited to those exemplified above, and can be formed of any material such as a commercially available material.

スプリング１２は、略Ｕ字形状に折り曲げられたアクチュエータ本体１１の端部１３と端部１４とを弾性変形可能に接続している。スプリング１２は、端部１３と端部１４とを引き付ける方向へ力を加えている。スプリング１２は、ポリマー層２０が取り付けられた支持層部３０が平坦な板状に復元する力に対抗して、端部１３と端部１４とを引き付けている。これにより、アクチュエータ本体１１は、略Ｕ字形状に保持される。なお、弾性部材は、端部１３と端部１４との間を弾性変形可能に保持するものであれば、スプリング１２に限らず適用することができる。   The spring 12 connects the end 13 and the end 14 of the actuator body 11 bent in a substantially U shape so as to be elastically deformable. The spring 12 applies a force in a direction in which the end portion 13 and the end portion 14 are attracted. The spring 12 attracts the end portion 13 and the end portion 14 against the force that the support layer portion 30 to which the polymer layer 20 is attached is restored to a flat plate shape. As a result, the actuator body 11 is held in a substantially U shape. The elastic member is not limited to the spring 12 as long as the elastic member holds the end 13 and the end 14 so as to be elastically deformable.

アクチュエータ本体１１は、電源１５に接続されている。アクチュエータ本体１１は、配線部１６および配線部１７を経由して電源１５に接続している。配線部１６は、図１および図２に示すように導電層部２２に接続している。また、配線部１７は、導電層部２３に接続している。これにより、導電層部２２と導電層部２３との間には、電源１５から所定の電圧が印加される。配線部１６は、図２に示すように電源１５とは反対側の端部がパッド１８を経由して導電層部２２に接続している。また、配線部１７は、電源１５とは反対側の端部がパッド１９を経由して導電層部２３に接続している。   The actuator body 11 is connected to a power source 15. The actuator body 11 is connected to the power source 15 via the wiring portion 16 and the wiring portion 17. The wiring part 16 is connected to the conductive layer part 22 as shown in FIGS. Further, the wiring part 17 is connected to the conductive layer part 23. Thereby, a predetermined voltage is applied from the power supply 15 between the conductive layer portion 22 and the conductive layer portion 23. As shown in FIG. 2, the wiring portion 16 is connected to the conductive layer portion 22 via the pad 18 at the end opposite to the power source 15. The wiring portion 17 is connected to the conductive layer portion 23 via the pad 19 at the end opposite to the power source 15.

ポリマーアクチュエータ１０を製造する場合、まず図３に示すように帯状のアクチュエータ本体１１が用意される。アクチュエータ本体１１は、例えばシート状の積層体を切り出すことにより、帯状に形成される。アクチュエータ本体１１は、支持層部３０と、導電層部２３、絶縁層部２１および導電層部２２が順に積層されたポリマー層２０とから形成される。帯状に形成されたアクチュエータ本体１１は、長手方向の両端部、すなわち端部１３と端部１４とが対向するように図３に示す矢印Ｒの方向へ曲げられる。アクチュエータ本体１１は、導電層部２２を内側にして曲げられる。このとき、アクチュエータ本体１１の支持層部３０は弾性力を有しているため、アクチュエータ本体１１は図４に示すように略Ｕ字形状に曲げられる。   When the polymer actuator 10 is manufactured, first, a strip-shaped actuator body 11 is prepared as shown in FIG. The actuator body 11 is formed in a band shape by cutting out a sheet-like laminate, for example. The actuator body 11 is formed of a support layer part 30, and a polymer layer 20 in which a conductive layer part 23, an insulating layer part 21, and a conductive layer part 22 are laminated in order. The actuator body 11 formed in a band shape is bent in the direction of the arrow R shown in FIG. 3 so that both end portions in the longitudinal direction, that is, the end portion 13 and the end portion 14 face each other. The actuator body 11 is bent with the conductive layer portion 22 inside. At this time, since the support layer 30 of the actuator body 11 has an elastic force, the actuator body 11 is bent into a substantially U shape as shown in FIG.

端部１３と端部１４とが向かい合う略Ｕ字形状に曲げられたアクチュエータ本体１１は、端部１３と端部１４との間にスプリング１２が取り付けられる。これにより、スプリング１２の弾性力は端部１３と端部１４とを引き付ける方向に加わり、アクチュエータ本体１１は略Ｕ字形状に保持される。以上の手順により、ポリマーアクチュエータ１０が形成される。形成されたポリマーアクチュエータ１０は、アクチュエータ本体１１の導電層部２２に配線部１６が接続され、導電層部２３に配線部１７が接続される。   In the actuator main body 11 bent in a substantially U shape where the end 13 and the end 14 face each other, a spring 12 is attached between the end 13 and the end 14. Thereby, the elastic force of the spring 12 is applied in the direction in which the end portion 13 and the end portion 14 are attracted, and the actuator body 11 is held in a substantially U shape. The polymer actuator 10 is formed by the above procedure. In the formed polymer actuator 10, the wiring portion 16 is connected to the conductive layer portion 22 of the actuator body 11, and the wiring portion 17 is connected to the conductive layer portion 23.

次に、上記の構成によるポリマーアクチュエータ１０の作動について説明する。
ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１は、伸縮率の異なる支持層部３０と、絶縁層部２１、導電層部２２および導電層部２３からなるポリマー層２０とが積層されている。すなわち、ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１は、ユニモルフ構造を形成している。導電層部２２と導電層部２３との間に電源１５から数百Ｖから数ｋＶの電圧を加えると、導電層部２２と導電層部２３との間に挟み込まれている絶縁層部２１に静電引力が発生する。そのため、アクチュエータ本体１１のポリマー層２０には歪みが生じ、アクチュエータ本体１１は変形する。このとき、例えば図３に示すようにアクチュエータ本体１１が板状の場合、アクチュエータ本体１１は通電時に導電層部２２を外側にして湾曲する。 Next, the operation of the polymer actuator 10 configured as described above will be described.
The actuator main body 11 of the polymer actuator 10 is formed by laminating a support layer portion 30 having different expansion / contraction ratios and a polymer layer 20 including an insulating layer portion 21, a conductive layer portion 22, and a conductive layer portion 23. That is, the actuator body 11 of the polymer actuator 10 forms a unimorph structure. When a voltage of several hundred volts to several kV is applied from the power source 15 between the conductive layer portion 22 and the conductive layer portion 23, the insulating layer portion 21 sandwiched between the conductive layer portion 22 and the conductive layer portion 23 is applied to the insulating layer portion 21. Electrostatic attraction occurs. Therefore, distortion occurs in the polymer layer 20 of the actuator body 11, and the actuator body 11 is deformed. At this time, for example, as shown in FIG. 3, when the actuator body 11 is plate-shaped, the actuator body 11 is curved with the conductive layer portion 22 on the outside when energized.

第１実施形態の場合、アクチュエータ本体１１はあらかじめ導電層部２２を内側にして端部１３と端部１４とが対向するＵ字形状に曲げられている。そのため、通電によってポリマー層２０に歪みが生じ、アクチュエータ本体１１が変形すると、アクチュエータ本体１１はスプリング１２の力に抗して端部１３と端部１４との間の距離が大きくなる。すなわち、アクチュエータ本体１１に通電すると、端部１３と端部１４との間の距離は拡大する。これにより、第１実施形態では、ユニモルフ構造のポリマーアクチュエータ１０を略Ｕ字形状に曲げることによって、端部１３と端部１４との間の距離の変化という直線運動が取り出される。   In the case of the first embodiment, the actuator body 11 is bent in advance into a U shape with the end portion 13 and the end portion 14 facing each other with the conductive layer portion 22 inside. For this reason, when the polymer layer 20 is distorted by energization and the actuator body 11 is deformed, the actuator body 11 increases the distance between the end portion 13 and the end portion 14 against the force of the spring 12. That is, when the actuator body 11 is energized, the distance between the end portion 13 and the end portion 14 increases. Thereby, in 1st Embodiment, the linear motion called the change of the distance between the edge part 13 and the edge part 14 is taken out by bending the polymer actuator 10 of a unimorph structure in a substantially U shape.

ここで、ポリマーアクチュエータ１０の変位量の一例について説明する。
ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１の変位量δは、式（１）に示すストーニーの式によって求められる。
δ＝｛３×ｔ１×（１−ｖ）×Ｌ2×σ｝／（Ｅ×ｔ２2） （１）
ｔ１：ポリマー層２０の厚さ
ｔ２：支持層部３０の厚さ
Ｅ ：支持層部３０のヤング率
ｖ ：支持層部３０のポアソン比
Ｌ ：アクチュエータ本体１１の全長
アクチュエータ本体１１の全長Ｌは、折り曲げられたアクチュエータ本体１１を平板状に伸ばしたとき、端部１３から端部１４までの長さである。
δ ：通電時におけるアクチュエータ本体１１の変位量
変位量δは、通電の断続によって変化する端部１３と端部１４との間の距離に対応する。
σ ：通電時にアクチュエータ本体１１へ加わる内部応力 Here, an example of the displacement amount of the polymer actuator 10 will be described.
The displacement amount δ of the actuator body 11 of the polymer actuator 10 is obtained by the Stony equation shown in the equation (1).
δ = {3 × t1 × (1−v) × L 2 × σ} / (E × t2 2 ) (1)
t1: thickness of the polymer layer 20 t2: thickness of the support layer 30 E: Young's modulus of the support layer 30 v: Poisson's ratio of the support layer 30 L: total length of the actuator main body 11 When the bent actuator body 11 is extended into a flat plate shape, the length is from the end 13 to the end 14.
δ: Displacement amount of the actuator body 11 during energization The displacement amount δ corresponds to the distance between the end portion 13 and the end portion 14 that changes due to the intermittent energization.
σ: Internal stress applied to the actuator body 11 when energized

内部応力σは、以下の式（２）によって求められる。
σ＝Ｆ／（Ｗ×Ｌ） （２）
Ｆ ：通電時にアクチュエータ本体１１に加わる静電引力
Ｗ ：アクチュエータ本体１１の幅
以上の式により、変位量δを求めることができる。ここで、第１実施形態によるポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１の実施例として以下の値を設定する。 The internal stress σ is obtained by the following equation (2).
σ = F / (W × L) (2)
F: Electrostatic attractive force applied to the actuator body 11 when energized W: Width of the actuator body 11 The displacement amount δ can be obtained by the above formula. Here, the following values are set as examples of the actuator body 11 of the polymer actuator 10 according to the first embodiment.

支持層部３０をポリエチレンで形成する場合、ヤング率Ｅは、Ｅ＝７．６×１０8Ｎ／ｍ2である。また、支持層部３０の厚さｔ２は、ｔ２＝０．１×１０-3ｍ＝１００μｍである。さらに、支持層部３０のポアソン比ｖは、ｖ＝０．４５である。
一方、絶縁層部２１、導電層部２２および導電層部２３から形成されるポリマー層２０の厚さｔ１は、０．１×１０-3ｍ＝１００μｍである。このポリマー層２０を有するアクチュエータ本体１１は、全長ＬがＬ＝１０×１０-2ｍ＝１０ｃｍであり、幅ＷがＷ＝２×１０-2ｍ＝２ｃｍである。 When the support layer portion 30 is formed of polyethylene, the Young's modulus E is E = 7.6 × 10 8 N / m 2 . The thickness t2 of the support layer 30 is t2 = 0.1 × 10 −3 m = 100 μm. Further, the Poisson's ratio v of the support layer portion 30 is v = 0.45.
On the other hand, the thickness t1 of the polymer layer 20 formed from the insulating layer portion 21, the conductive layer portion 22, and the conductive layer portion 23 is 0.1 × 10 −3 m = 100 μm. The actuator body 11 having the polymer layer 20 has a total length L of L = 10 × 10 −2 m = 10 cm and a width W of W = 2 × 10 −2 m = 2 cm.

印加電圧を５ｋＶとしたとき、アクチュエータ本体１１に加わる静電引力Ｆは、Ｆ＝１０Ｎであるとすると、
δ＝１．０８×１０−３ｍ≒１ｍｍ
となる。
したがって、図１に示すアクチュエータ本体１１の場合、通電することによって端部１３と端部１４との間において約１ｍｍの変位を得ることができる。 When the applied voltage is 5 kV, the electrostatic attractive force F applied to the actuator body 11 is F = 10N.
δ = 1.08 × 10 −3 m≈1 mm
It becomes.
Therefore, in the case of the actuator body 11 shown in FIG. 1, a displacement of about 1 mm can be obtained between the end portion 13 and the end portion 14 by energization.

以上、説明したように、第１実施形態の場合、ユニモルフ構造のポリマーアクチュエータ１０はアクチュエータ本体１１の端部１３と端部１４とが対向する略Ｕ字形状に形成されている。そのため、通電によってポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１に生じる反りは、端部１３と端部１４との間の距離の変化に変換される。したがって、簡単な構造でユニモルフ構造のポリマーアクチュエータ１０から直線的な運動を取り出すことができる。   As described above, in the case of the first embodiment, the polymer actuator 10 having the unimorph structure is formed in a substantially U shape in which the end portion 13 and the end portion 14 of the actuator main body 11 face each other. Therefore, the warp that occurs in the actuator body 11 of the polymer actuator 10 due to energization is converted into a change in the distance between the end 13 and the end 14. Therefore, a linear motion can be extracted from the polymer actuator 10 having a unimorph structure with a simple structure.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるポリマーアクチュエータを適用したアクチュエータユニットを図５および図６に示す。
第２実施形態では、アクチュエータユニット４０は、図５に示すようにポリマーアクチュエータ１０が厚さ方向へ複数重ねられている。ポリマーアクチュエータ１０は、例えば図６に示すように変形が生じる端部１３と端部１４とが互いに重ねられている。ポリマーアクチュエータ１０は、第１実施形態で説明したように、通電することにより端部１３と端部１４との間の距離が変化する。そこで、ポリマーアクチュエータ１０を重ねることにより、得られる変位は各ポリマーアクチュエータ１０の変位の総和となる。例えば第１実施形態で説明した例のように一つのポリマーアクチュエータ１０の変位が約１ｍｍのとき、図５に示すように八つのポリマーアクチュエータ１０を重ねるとその変位の総量すなわちアクチュエータユニット４０の変位量は約８ｍｍとなる。 (Second Embodiment)
FIGS. 5 and 6 show an actuator unit to which the polymer actuator according to the second embodiment of the present invention is applied.
In the second embodiment, the actuator unit 40 includes a plurality of polymer actuators 10 stacked in the thickness direction as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 6, the polymer actuator 10 has an end portion 13 and an end portion 14 where deformation is caused to overlap each other. As described in the first embodiment, when the polymer actuator 10 is energized, the distance between the end portion 13 and the end portion 14 changes. Therefore, by overlapping the polymer actuators 10, the displacement obtained is the sum of the displacements of the polymer actuators 10. For example, when the displacement of one polymer actuator 10 is about 1 mm as in the example described in the first embodiment, when eight polymer actuators 10 are stacked as shown in FIG. 5, the total amount of displacement, that is, the displacement amount of the actuator unit 40 Is about 8 mm.

また、第２実施形態では、複数のポリマーアクチュエータ１０は、重なり合う中心から周方向へ所定の角度間隔で配置されている。そのため、アクチュエータユニット４０は、図６に示すようにポリマーアクチュエータ１０が放射状に配置されている。ポリマーアクチュエータ１０は、アクチュエータ本体１１の端部１３と端部１４とが対向する略Ｕ字形状に曲げられている。そのため、湾曲している部分は、スプリング１２の力が加わっているアクチュエータ本体１１の端部１３、１４に比較して厚さが大きくなる。そこで、このポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１が湾曲した部分を、周方向へずらす、すなわち周方向へ所定の角度間隔で配置することにより、ポリマーアクチュエータ１０同士の干渉が低減される。   In the second embodiment, the plurality of polymer actuators 10 are arranged at predetermined angular intervals in the circumferential direction from the overlapping center. Therefore, in the actuator unit 40, the polymer actuators 10 are arranged radially as shown in FIG. The polymer actuator 10 is bent into a substantially U shape in which the end 13 and the end 14 of the actuator body 11 are opposed to each other. Therefore, the curved portion is thicker than the end portions 13 and 14 of the actuator body 11 to which the force of the spring 12 is applied. Therefore, by shifting the curved portion of the actuator body 11 of the polymer actuator 10 in the circumferential direction, that is, by disposing the polymer actuator 10 at a predetermined angular interval in the circumferential direction, interference between the polymer actuators 10 is reduced.

第２実施形態では、ポリマーアクチュエータ１０を複数重ねることにより、取り出される変位を大きくすることができる。また、第２実施形態では、複数のポリマーアクチュエータ１０は、周方向へ所定の角度間隔で配置されている。したがって、ポリマーアクチュエータ１０同士の干渉が低減され、複数のポリマーアクチュエータ１０が重ねられたアクチュエータユニット４０の全長および占有容積を低減することができる。   In the second embodiment, the displacement to be taken out can be increased by stacking a plurality of polymer actuators 10. In the second embodiment, the plurality of polymer actuators 10 are arranged at predetermined angular intervals in the circumferential direction. Therefore, the interference between the polymer actuators 10 is reduced, and the total length and the occupied volume of the actuator unit 40 in which the plurality of polymer actuators 10 are stacked can be reduced.

また、第２実施形態では、複数重ねたポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１への通電を個々に制御してもよい。複数のポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１への通電を個々に制御することにより、アクチュエータユニット４０全体の変位量を任意に調整することができる。例えば、八つのポリマーアクチュエータ１０を重ねる場合、そのうちの四つのポリマーアクチュエータ１０に通電することにより、変位の総量の約半分の変位を取り出すことができる。   Moreover, in 2nd Embodiment, you may control individually the electricity supply to the actuator main body 11 of the polymer actuator 10 piled up in multiple numbers. By individually controlling energization of the plurality of polymer actuators 10 to the actuator main body 11, the displacement amount of the entire actuator unit 40 can be arbitrarily adjusted. For example, when eight polymer actuators 10 are stacked, a displacement that is approximately half of the total amount of displacement can be taken out by energizing four of the polymer actuators 10.

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１の導電層部２３側に支持層部３０を設ける例について説明した。しかし、アクチュエータ本体１１の導電層部２２側にも支持層部を設けてもよい。この場合、導電層部２３側に設ける支持層部３０と導電層部２２側に設ける支持層部との伸縮率は、同一でも異なっていてもよい。 (Other embodiments)
In the plurality of embodiments described above, the example in which the support layer portion 30 is provided on the conductive layer portion 23 side of the actuator body 11 of the polymer actuator 10 has been described. However, a support layer portion may be provided also on the conductive layer portion 22 side of the actuator body 11. In this case, the expansion / contraction ratios of the support layer portion 30 provided on the conductive layer portion 23 side and the support layer portion provided on the conductive layer portion 22 side may be the same or different.

また、第２実施形態では、放射状に八つのポリマーアクチュエータ１０を重ねる例について説明したが、ポリマーアクチュエータ１０の数は八つに限らず任意の数に設定することができる。また、複数のポリマーアクチュエータ１０は、必ずしも一定の角度間隔で配置する必要はなく、任意の角度間隔で配置してもよい。さらに、ポリマーアクチュエータ１０を複数積層するだけでなく、ポリマアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１においてポリマー層２０を複数層積層してもよい。すなわち、各ポリマーアクチュエータ１０のアクチュエータ本体１１において、絶縁層部２１、ならびに導電層部２２および導電層部２３を複数積層してもよい。このように各ポリマーアクチュエータ１０のポリマー層２０を複数積層することにより、各ポリマーアクチュエータ１０から取り出される力を増大することができる。   In the second embodiment, an example in which eight polymer actuators 10 are radially stacked has been described. However, the number of polymer actuators 10 is not limited to eight and may be set to an arbitrary number. Further, the plurality of polymer actuators 10 are not necessarily arranged at a constant angular interval, and may be arranged at an arbitrary angular interval. Furthermore, not only a plurality of polymer actuators 10 may be stacked, but also a plurality of polymer layers 20 may be stacked in the actuator body 11 of the polymer actuator 10. That is, in the actuator main body 11 of each polymer actuator 10, a plurality of insulating layer portions 21, conductive layer portions 22, and conductive layer portions 23 may be stacked. Thus, by laminating a plurality of polymer layers 20 of each polymer actuator 10, the force taken out from each polymer actuator 10 can be increased.

本発明の第１実施形態によるポリマーアクチュエータの側面視を示す概略図。Schematic which shows the side view of the polymer actuator by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態によるポリマーアクチュエータの端部近傍を拡大した図であり、（Ａ）は対向する端部側から見た概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図。It is the figure which expanded the edge part vicinity of the polymer actuator by 1st Embodiment of this invention, (A) is the schematic seen from the edge part side which opposes, (B) is the BB line of (A). FIG. 本発明の第１実施形態によるポリマーアクチュエータのアクチュエータ本体を平板状に展開した概略図。The schematic diagram which developed the actuator main part of the polymer actuator by a 1st embodiment of the present invention in flat form. 本発明の第１実施形態によるポリマーアクチュエータの側面視を示す概略図。Schematic which shows the side view of the polymer actuator by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態によるアクチュエータユニットの平面視を示す概略図。Schematic which shows the planar view of the actuator unit 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ユニットの側面視を示す概略図。Schematic which shows the side view of the actuator unit by 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０：ポリマーアクチュエータ、１１：アクチュエータ本体、１２：スプリング（弾性部材）、１３：端部、１４：端部、２１：絶縁層部、２２、２３：導電層部、３０：支持層部、４０：アクチュエータユニット   10: Polymer actuator, 11: Actuator body, 12: Spring (elastic member), 13: End, 14: End, 21: Insulating layer, 22, 23: Conductive layer, 30: Support layer, 40: Actuator unit

Claims (4)

伸縮可能な絶縁層部と、
前記絶縁層部の一方の面および他方の面にそれぞれ設けられている導電層部と、
前記絶縁層部の一方の面に形成された前記導電層部を挟んでこの一方の端面側に形成されている支持層部と、
長手方向の両端部が対向するように断面が略Ｕ字形状に曲げられている帯状に積層された前記絶縁層部、前記導電層部および前記支持層部の前記両端部の間に設けられ、前記両端部を相互に引き付ける力を付与する弾性部材と、
を備えるポリマーアクチュエータ。 A stretchable insulating layer,
Conductive layer portions respectively provided on one surface and the other surface of the insulating layer portion;
A support layer portion formed on one end surface side of the conductive layer portion formed on one surface of the insulating layer portion; and
Provided between the both end portions of the insulating layer portion, the conductive layer portion and the support layer portion, which are laminated in a strip shape whose cross section is bent in a substantially U shape so that both end portions in the longitudinal direction are opposed to each other, An elastic member for applying a force for attracting the both end portions;
A polymer actuator comprising: 前記絶縁層部および前記導電層部が複数層積層されている請求項１記載のポリマーアクチュエータ。   The polymer actuator according to claim 1, wherein the insulating layer portion and the conductive layer portion are laminated in a plurality of layers. 請求項１または２記載のポリマーアクチュエータを複数積層して備えるアクチュエータユニット。   An actuator unit comprising a plurality of polymer actuators according to claim 1 or 2 stacked thereon. 複数の前記ポリマーアクチュエータは、周方向へ所定の角度間隔ずらされている請求項３記載のアクチュエータユニット。   The actuator unit according to claim 3, wherein the plurality of polymer actuators are shifted by a predetermined angular interval in the circumferential direction.
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