KR100510224B1 - 전기 활성 폴리머 액츄에이터 및 이를 이용한 다이아프램펌프 - Google Patents

전기 활성 폴리머 액츄에이터 및 이를 이용한 다이아프램펌프 Download PDF

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Abstract

반응 속도 향상 능력 및 전기 활성 효과를 이용하는 장치의 작동 신뢰성을 갖는 전기 활성 폴리머 액츄에이터는 링 부재 각각이 인접한 링 전극의 내부 및 외부 주연면 사이에 위치되므로 상이한 직경을 갖는 전기 활성 폴리머 재료의 복수의 링 부재 및 상이한 직경을 갖는 복수의 링 전극이 교대로 위치됨으로써 형성된 적층체와, 적층체의 가장 내부 링 전극으로부터 순서에서 링 전극을 세는 경우에 홀수 번째 링 전극 및 짝수 번째 링 전극 사이에 전압을 인가하여, 따라서 적층체에서 변형을 야기하기 위한 전압 인가 유닛을 포함한다. 이러한 액츄에이터는 다이아프램 펌프의 다이아프램 구동 유닛으로서 양호하게 사용된다.

Description

전기 활성 폴리머 액츄에이터 및 이를 이용한 다이아프램 펌프 {ELECTROACTIVE POLYMER ACTUATOR AND DIAPHRAGM PUMP USING THE SAME}
본 발명은 소형 다이아프램 펌프 등의 장치에 양호하게 사용되는 전기 활성 폴리머 액츄에이터(electroactive polymer actuator) 및, 이를 이용한 다이아프램 펌프(diaphragm pump)에 관한 것이다.
종래에는, 소형 다이아프램 펌프 등의 장치에 대해, 실리콘 고무 및 아크릴 재료 등의 전기 활성 폴리머의 시트와 상기 시트의 양 표면상에 형성된 한 쌍의 전극층으로 구성된 적층체를 사용하는 것이 제안되어 왔다. 전압이 전극층 사이에 인가될 때, 적층체의 두께(수직) 방향의 치수는 감소하고 적층체의 수평 방향의 치수는 증가하도록 적층체의 변형이 발생한다. 이러한 현상은 전기 활성 효과(electroactive effect)로서 알려져 있다.
예컨대, 일본 특허 조기 공보 [공개] 제2001-263486호는 전기 활성 효과를 이용하는 다이아프램 펌프를 개시한다. 즉, 도12에 도시된 바와 같이, 상기 다이아프램 펌프는 그 상단면에 펌프실을 제공하기 위한 오목면(7P)을 갖는 케이싱(1P)과 흡기 및 배기 통로(2P, 3P)와 상기 오목면을 덮기 위한 다이아프램(10P)을 포함한다. 다이아프램(10P)은 전기 활성 폴리머 재료의 박막 시트 부재(12P)와 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리적인 증기 증착에 의해 박막 시트 부재의 양 표면상에 형성된 한 쌍의 전극층(11P)으로 형성된 적층 구조체이다.
전압이 전극층(11P) 사이에 인가될 때, 다이아프램(10P)의 두께 방향으로의 치수는 감소하고 그 수평 방향의 치수는 증가한다. 이는 오목면(7P)과 다이아프램(10P)으로 둘러싸인 공간인 펌프 챔버의 체적 변화를 초래한다. 한편, 인가된 전압이 제거될 때, 다이아프램(10P)은 그 원형으로 회복된다. 그러므로, 펌프 챔버의 이러한 체적 변화에 따라, 공기와 같은 유체를 흡기 통로(2P)를 통해 펌프 챔버 내로 흡입하고, 그 후 펌프 챔버 내의 공기를 배기 통로(3P)로 배기하는 것이 가능하다. 소정의 주파수를 갖는 RF 전압을 전극층(11P) 사이에 인가함으로써, 상기 펌프 작동이 반복될 수 있다.
그러나, 이러한 적층체(10P)를 다이아프램으로서 사용하는 경우에, 펌프 작동 중에 다이아프램의 변형을 제어하기가 어렵다. 그러므로, 이는 안정적이고 신뢰성 있는 펌프 작동을 제공한다는 관점으로부터 여전히 많은 개선의 여지를 가지고 있다. 또한, 다이아프램은 전기 활성 폴리머 재료의 단일 박막 시트 부재(12P)를 포함하는 적층체(10P)에 의해 형성되기 때문에, 다이아프램의 변형력이 상대적으로 작고, 그 변형 속도가 상대적으로 느리다는 문제점이 있다. 이는 다이아프램 펌프의 배기량 및 반응 속도를 감소시킨다. 따라서, 이러한 문제점들은 전기 활성 효과를 이용한 소형 다이아프램 펌프와 같은 장치의 실제적 사용을 방해하는 원인이 된다.
상기 문제점의 관점에서, 본원 발명의 목적은 전기 활성 효과를 이용하는 장치의 반응 속도 및 작동 신뢰성을 개선한 전기 활성 폴리머 액츄에이터를 제공하는 것이다.
즉, 전기 활성 폴리머 액츄에이터는
전기 활성 폴리머 재료의 튜브형 부재, 튜브형 부재의 내부 주연면 상에 형성된 제1 전극 및 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성된 제2 전극을 포함하는 적층체와,
상기 적층체의 변형을 야기시키기 위해 제1 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 유닛을 포함한다.
또한, 전기 활성 폴리머 액츄에이터는
튜브형 부재의 외부 주연면이 제2 전극을 통해 제2 튜브형 부재의 내부 주연면에 연결되도록 제2 전극 둘레에 위치된 전기 활성 폴리머 재료의 제2 튜브형 부재와,
제2 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성된 제3 전극을 더 포함하며,
전압 인가 수단 유닛은 적층체의 변형을 야기시키기 위해 제1 전극과 제2 전극 사이 및 제2 전극과 제3 전극 사이에 전압을 인가한다.
또한, 전기 활성 효과를 이용하는 장치의 보다 개선된 응답 속도와 작동 신뢰성을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시 형태는
상이한 직경을 가지는 전기 활성 폴리머 재료의 복수의 링 부재와 각각의 링 부재가 인접 링 전극의 내부 및 외부 주연면 사이에 위치되도록 상이한 직경을 가지는 복수의 링 전극을 교대로 위치시킴으로써 형성된 적층체와,
적층체에 변형을 야기시키기 위해 적층체의 최내부 링 전극으로부터 순서대로 링 전극을 세는 경우에 홀수 번째 링 전극과 짝수 번째 링 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단을 포함하는 전기 활성 액츄에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시 형태는 전기 활성 효과를 이용한 장치의 응답 속도와 작동 신뢰성의 개선 능력을 포함하며, 이하에 설명되는 적층체의 독특한 배열을 특징으로 하는 전기 활성 폴리머 액츄에이터를 제공하는 것이다. 즉, 상기 액츄에이터는
각각의 적층체는 삼각형상 프리즘의 전체 표면인 삼각형의 꼭지점으로부터 삼각형의 기부까지 신장하는 수직선의 방향으로 교대로 위치된 한 쌍의 전극 및 전기 활성 폴리머 부재를 포함하고, 삼각형의 꼭지점이 다각형 패턴의 중심 근방에 위치되고 각각의 적층체는 소정의 거리만큼 인접 적층체로부터 이격되도록 적층체는 전반에 걸쳐 일정 다각형 패턴으로 배열되며, 각각 삼각형 프리즘 형상을 가지는 복수의 적층체와,
각각의 적층체에 대해 전기 활성 폴리머 재료에 의해 서로로부터 이격된 전극들 사이에 전압을 인가하여, 적층체의 변형을 야기시키기 위한 전압 인가 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태는 전기 활성 효과를 이용한 장치의 응답 속도와 작동 신뢰성의 개선 능력을 포함하며, 이하에 설명되는 긴 적층체를 권취함으로써 형성된 나선형 구조체를 특징으로 하는 전기 활성 폴리머 액츄에이터를 제공하는 것이다. 즉, 상기 액츄에이터는
전기 활성 폴리머 재료의 긴 시트, 상기 긴 시트의 대향면 상에 형성된 한 쌍의 제1 및 제2 전극층, 및 전극층 중 하나 상에 형성된 절연층을 포함하는 적층체를 권취함으로써 형성된 나선형 구조체와,
구조체에 변형을 야기시키기 위해 전극층 사이에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단을 포함한다.
또한, 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 소정의 응용으로서, 본 발명은 다이아프램 구동 수단으로서 전술된 전기 활성 폴리머 액츄에이터 중 어느 하나의 전기 활성 폴리머 액츄에이터와 다이아프램으로서 표면에 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체가 장착된 가요성 재료의 박막 시트를 포함하는 다이아프램 펌프를 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 이점은 이하의 발명의 상세한 설명과 발명의 양호한 실시예로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 양호한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 그렇지만, 이러한 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
<제1 실시예>
도1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 전기 활성 폴리머 액츄에이터는 실리콘 고무 및 아크릴 재료와 같은 상이한 직경의 전기 활성 폴리머 재료를 갖는 제1 내지 제6 링 부재(11 내지 16)와 각각의 링 부재가 인접 링 전극의 내부 및 외부 주연면 사이에 위치되도록 상이한 직경을 갖는 제1 내지 제7 링 전극(21 내지 27)을 동심 패턴으로 교대로 위치시킴으로써 형성되는 디스크형 적층체(5)를 가진다. 도1의 (a)에서 도면 부호 4는 다이아프램으로서 적층체(5)의 바닥면에 부착된 가요성 박막 시트를 지시한다.
예컨대, 제1 링 전극(21)은 제1 링 부재(11)의 내부 주연면 상에 전도성 층을 형성함으로써 얻어질 수 있고, 제2 링 전극(22)은 제1 링 부재(11)의 외부 주연면 상에 전도성 층을 형성함으로써 얻어질 수 있다. 전도성 층을 형성하기 위해, 예컨대, 스퍼터링과 같은 물리적인 증기 증착을 사용하는 것이 양호하다. 그후, 제1 링 부재(11)의 외부 주연면이 제2 링 전극(22)을 통해 제2 튜브형 부재(12)의 내부 주연면에 연결되도록 제2 링 부재(12)가 제2 전극(22)의 둘레에 위치된다. 또한, 제3 링 전극은 제2 링 부재(12B)의 외부 주연면 상에 전도성 층을 형성함으로써 얻어질 수 있다. 나머지 링 전극(24 내지 27) 및 나머지 링 부재(13 내지 16)는 적층체(5)를 얻는 동일한 방식에 따라 위치된다. 본 실시예에서, 제1 링 전극(21)은 중앙 원통형 중실체(40) 및 제1 링 부재(11) 사이에 위치된다.
도1의 (b)에 도시된 바와 같이, 전기 활성 폴리머 액츄에이터는 적층체(5)의 가장 안쪽 링 전극(즉, 제1 링 전극(21))으로부터 링 전극의 수를 세는 경우에 홀수 번째 링 전극과 짝수 번째 링 전극의 사이에 전압을 인가하여, 적층체(5)에 변형을 야기시키기 위한 전압 인가 유닛을 가진다. 본 실시예에서, 제1, 제3, 제5 및 제7 링 전극(21, 23, 25, 27)은 DC 전원(30)의 음극에 접속되고, 제2, 제4 및 제6 링 전극(22, 24, 26)은 DC 전원(30)의 양극에 접속된다. 도1의 (b)에서, 도면 부호 32는 이러한 전극들 사이에 전압을 인가하기 위해 사용되는 온-오프 스위치를 지시한다.
상기 구조체를 갖는 전기 활성 폴리머 액츄에이터에서, 스위치(32)가 켜질 때, 도1의 (a)에 도시된 바와 같이, 적층체(5)의 변형은 적층체의 반경 방향 치수가 감소하고, 적층체의 축방향 치수가 증가하도록 일어난다. 적층체(5)가 가요성 박막 시트(4)상에 장착될 때, 도2a에 도시된 바와 같이, 가요성 박막 시트(4)는 적층체의 변형력에 의해 절곡될 수 있다. 그 후, 스위치(32)가 꺼질 때, 도2b에 도시된 바와 같이, 적층체(5)는 그 원형으로 회복된다. 그러므로, 이러한 스위치 작동을 반복함으로써, 가요성 박막 시트(4)의 다이아프램은 주기적으로 변형될 수 있다.
예로서, 도3a 및 도3b에서 본 발명의 전기 활성 폴리머 액츄에이터를 사용한 다이아프램 펌프가 설명된다. 상기 다이아프램 펌프는 펌프 챔버를 그 상단면에 제공하기 위한 오목부(7)와 이 오목부에 연결된 흡기 및 배기 통로(2, 3)를 갖는 케이싱(1)과 오목부를 덮기 위한 다이아프램으로서 가요성 재료의 박막 시트(4)를 가진다. 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체(5)는 오목부(7)를 대면하는 면에 대향하는 박막 시트의 표면상에 장착된다. 박막 시트(4)가 금속 재료로 만들어진 경우에, 적층체는 소정의 절연층(도시 안됨)을 통해 박막 시트로 연결된다. 도면 부호 50 및 52는 흡기 및 배기 통로(2, 3)내에 설치된 일방향 밸브를 지시한다.
액츄에이터에 전압이 가해질 때, 다이아프램(4)은 적층체(5)의 변형에 의해 절곡되어서 공기와 같은 유체가 펌프 챔버로부터 배기 통로(3)를 통해 배기되도록, 도3a에 도시된 바와 같이, 챔버 내부 체적을 감소시킨다. 그 후, 인가된 전압이 제거될 때, 유체가 흡기 통로(2)를 통해 펌프 챔버 내로 들어오도록, 도3b에 도시된 바와 같이, 액츄에이터의 적층체(5)는 원형을 회복한다.
본 발명의 상기 다이아프램 펌프에 따르면, 개선된 응답 속도에서 안정된 펌프 작동을 제공하는 것이 가능하다. 즉, 종래의 전기 활성 폴리머 액츄에이터가 다이아프램으로서 전기 활성 폴리머 재료의 단일 시트 부재와 시트 부재의 양 표면상에 형성된 한 쌍의 전극층으로 조합된 적층체를 사용하기 때문에, 전술된 바와 같이, 펌프 작동 동안 일정한 다이아프램 운동을 얻기가 어렵다. 그렇지만, 본 발명에서는, 전기 활성 폴리머 재료의 복수의 링 부재의 동심 배열을 가지는 적층체(5)가 다이아프램 구동 수단으로서 사용되기 때문에, 높은 응답 속도에서 제어된 다이아프램 운동을 제공하는 것이 가능하다.
또한, 적층체(5)의 팽창 및 수축력은 각각의 링 부재(11 내지 16)의 팽창 및 수축력의 합과 동일하다. 그러므로, 본 실시예의 액츄에이터는 다이아프램으로서 전기 활성 폴리머 재료의 단일 시트 부재만을 사용하는 종래의 액츄에이터보다 강력한 펌프 동작을 제공할 수 있다. 또한, 다이아프램의 변형량이 액츄에이터에 인가된 전압의 양에 응답하여 정확하게 제어될 수 있다는 또 다른 이점도 있다.
본 발명의 엑츄에이터에서, 전기 활성 폴리머 재료의 링 부재의 수는 한정되지 않는다. 그렇지만, 다이아프램 펌프용 다이아프램 구동 수단으로서 액츄에이터를 사용할 때, 신뢰성 있고 높은 펌프 성능을 달성하기 위해 링 부재의 수는 3 내지 10 개의 범위 내에서 선택하는 것이 추천된다. 링 부재의 수가 10보다 많아질 때, 액츄에이터의 크기가 소형 장치에 비해 너무 커지는 경우가 있다. 또한, 액츄에이터의 생산비용이 증가할 수 있다.
예로서, 본 발명의 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체가 이하의 방법에 의해 제조될 수 있다. 먼저, 상이한 직경을 가지는 전기 활성 폴리머 재료의 복수의 튜브형 부재와 상이한 직경을 가지는 복수의 튜브형 전극이 다수의 동심 층을 가지는 중실 원통형 본체를 얻기 위해 교대로 위치된다. 각각의 튜브형 전극은 스퍼터링과 같은 PVD 법을 사용하여 각각의 링 부재의 외부 및/또는 내부 주연면 상에 전도성 막을 형성함으로써 얻어질 수 있다. 그 후, 중실 원통형 본체는 소정의 축길이를 가지는 디스크 형상 적층체를 얻기 위해 그 축방향에 수직인 방향으로 절단(또는 슬라이스)된다. 이러한 방법에 따라, 본 발명의 전기 활성 폴리머 액츄에이터용 적층체를 효율적으로 제조하는 것이 가능하다.
한편, 도1의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 제1 내지 제6 링 부재(11 내지 16)는 동일한 벽 두께를 가진다. 이러한 경우에, DC 전원의 양극에 연결된 홀수 번째 링 전극(21, 23, 25, 27)과 음극에 연결된 짝수 번째 링 전극(22, 24, 26)사이에 복수의 상이한 전압(V1, V2, V3, V4)을 이하의 방식에 따라 인가하는 것이 양호하다.
즉, 제1 링 부재(11)에 의해 이격된 제1 및 제2 링 전극(21, 22) 사이에 인가되는 전압(V1)의 크기는 제2 링 부재(12)에 의해 이격된 제2 및 제3 링 전극(22, 23) 사이에 인가되는 전압(V2)의 크기보다 작다. 유사하게, 제2 링 부재(12)에 의해 이격된 제2 및 제3 링 전극(22, 23) 사이에 인가되는 전압(V2)의 크기는 제3 링 부재(13)에 의해 이격된 제3 및 제4 링 전극(23, 24) 사이에 인가되는 전압(V3)의 크기보다 작다. 링 전극 사이에 인가되는 각각의 전압의 크기는 각각의 링 부재의 축방향으로의 증가량이 인접 링 부재의 것과 실질적으로 동일하도록 결정된다. 그 결과로서, 적층체의 축방향으로 균일한 신장을 달성하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 적층체의 홀수 번째 링 전극 및 짝수 번째 링 전극 사이에 상이한 전압을 인가하는 경우에 전기 회로를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 절연층(62, 64, 66)은 적층체(5)의 상부면상에 짝수 번째 링 전극(22, 24, 26)의 노출 단부 상에 형성되고, 제2 절연층(61, 63, 65, 67)은 적층체의 바닥면상에 홀수 번째 링 전극(21, 23, 25, 27)의 노출 단부 상에 형성된다.
그 다음, 복수의 제1 전도층(71, 72, 73, 74)은 적층체(5)의 상부면 상에 형성되므로 제1 전도층(예, 72) 각각은 절연층(예, 64)에 의해 인접한 제1 전도층(예, 73)으로부터 분리된다. 결과적으로, 제1 전도층(71-74) 각각은 적층체(5)의 상부면 상의 홀수 번째 링 전극(21, 23, 25, 27)의 노출 단부에 접속된다. 한편, 단일 제2 전도층(80)은 적층체(5)의 전체 바닥면 상에서 형성되므로 짝수 번째 링 전극(22, 24, 26)의 노출 단면이 제2 전극층에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 제2 전도층(80)은 어스(earth) 전극으로 사용된다. 제1 전도층(71-74) 및 어스 전극(80)사이에 소정의 전압(V1, V2, V3, V4)을 적용하기 위해서, (도시되지 않은) 복수의 DC 전원이 사용될 수 있다. 이와 달리, 센켈 회로(Schenkel circuit)가 사용될 수도 있다. 이 경우에, 복수의 전압은 단일 전원에 의해 얻어질 수 있다.
다음으로, 이 실시예의 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 변형이 설명된다.
제1 변형으로서, 도5에서 도시된 바와 같이, 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체는 제1 내지 제4 링 부재(11, 12, 13, 14)의 벽 두께(T1, T2, T3, T4)가 T1＞T2＞T3＞T4의 상태를 정의하도록 형성된다. 즉, 제1 내지 제6 링 부재 각각의 벽 두께는 DC 동력 공급(30)의 양극에 접속된 홀수 번째 링 전극 및 음극에 접속된 짝수 번째 링 전극 사이에 일정한 전압이 인가될 때, 링 부재 각각의 축방향 확장량은 인접 링 부재의 확장량과 대체로 동일한 것으로 판단된다. 그 결과로서, 적층체의 축방향에서 균일한 신장을 달성하는 것이 가능하다.
적층체(5)의 홀수 번째 링 전극(21, 23, 25) 및 짝수 번째 링 전극(22, 24) 사이에서 일정한 전압을 인가할 때, 도6a 및 도6b에서 도시된 바와 같이, 전기 회로를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 절연층(61, 63, 65)은 적층체의 상부면 상의 홀수 번째 링 전극(21, 23, 25)의 노출면 상에 형성되고, 제2 절연층(62, 64)은 적층체(5)의 바닥면 상의 짝수 번째 링 전극(22, 24)의 노출 단부 상에 형성된다.
다음으로, 제1 전도층(70)은 적층체(5)의 전체 상부면 상에서 형성되어 적층체의 상부면 상의 짝수 번째 링 전극(22, 24)의 노출 단부가 제1 전도층에 의해 서로 전기적으로 접속된다. 유사하게, 제2 전도층(80)은 적층체(5)의 전체 바닥면 상에 형성되므로 홀수 번째 링 전극(21, 23, 25)의 노출 단부가 제2 전도층에 의해 서로 전기적으로 접속된다. 마침내, DC 전력 공급원(30)은 온-오프 스위치(32)를 통해 제1 및 제2 전도층(70, 80) 사이에 접속된다.
제2 변형으로서, 도7 및 도8에서 도시된 바와 같이, 제1 내지 제5 링 부재(21-25) 각각은 중공 원통 형상으로 형성되도록 내부 원(C2)의 중심(P2)이 외부 원(C1)의 중심(P1)으로부터 변위된다. 전압이 이 적층체(5)로 인가될 때, 적층체의 변형은 적층체의 반경 방향으로 치수가 감소하고, 적층체의 축방향으로 치수가 증가하도록 발생한다. 이 경우에, 적층체의 한 측면(R2)에서 반경 방향으로의 수축량은 적층체의 다른 측면(R1)에서의 수축양보다 크다. 다시 말해서, 도7에서 도시된 바와 같이, 적층체(5)가 절곡되므로 적층체의 한 측면(R2)에서 축방향으로 신장은 적층체의 측면(R1)에서 신장보다 크다.
또한, 전기 활성 중합체 액츄에이터의 링 부재는 유사한 타원 링으로 형성될 수 있고 링 부재의 중심 축이 서로 조화하고 링 부재 각각이 인접한 링 전극 사이에 위치되도록 위치된다.
<제2 실시예>
도9에서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터는 삼각형상 프리즘을 갖는 복수의 적층체(5A) 각각의 정렬을 갖는다. 적층체(5A) 각각은 삼각형의 기부(S)에 대해 삼각형의 프리즘의 통상 표면인 삼각형의 꼭지점(P)으로부터 신장하는 수직선의 방향으로 교대로 복수의 전극(20A) 및 전기 활성 폴리머 재료(10A)를 포함한다. 실시예에서, 적층체의 개수는 8이다.
이러한 적층체(5A)는 대체로 8각형의 패턴으로 배열되므로 삼각형의 꼭지점(P)이 8각형 패턴의 중심 부근에 위치되고, 적층체(5A) 각각은 소정의 거리(d)만큼 인접 적층체로부터 이격된다. 액츄에이터는 적층체에서 변형을 야기시키도록 적층체 각각의 전극들(20A) 사이에서 전압을 인가하기 위한 (도시되지 않은)전압 인가 유닛을 더 갖는다. 동시에 적층체 전체에 전압을 인가함으로써, 적층체(5A)의 정렬에 부착된 다이아그램(4A)은 도9에서 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 경우에서와 마찬가지로 절곡될 수 있다.
<제3 실시예>
도10에서 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 전기 활성 폴리머 액츄에이터는 실리콘 고무 및 아크릴 재료의 전기 활성 폴리머 재료의 긴 시트(10B), 긴 시트의 양면 상에서 형성된 전극층(21B, 22B) 및 전극층(22B)상에서 형성된 절연층(60B) 등을 포함하는 적층체를 권취함으로써 형성된 나선형 구조체(5B)를 갖는다. 절연층(60B)은 나선형 구조체에서 전극층(21B, 22B)사이의 누전을 방지한다.
이러한 액츄에이터는 나선형 구조체(5B)에서 변형을 야기시키도록 전극층 사이에 전압을 인가하기 위해 전압 인가 유닛을 또한 갖는다. 나선형 구조체(5B)의 전극층(21B, 22B) 사이에서 전압을 인가함으로써, 나선형 구조체(5B)에 부착된 다이아그램(4B)은 도10에서 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 경우에서와 마찬가지로 절곡될 수 있다.
상기 제3 실시예에서, 본 발명의 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 단일 적층체(5)가 다이아그램(4)의 일 표면 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 유니모르프 타입 다이아그램 구동 유닛이 유도된다. 그러나, 도11a 내지 도11c에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 한 쌍의 적층체(5)가 다이아그램(4)의 양 표면 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 바이모르프형 다이다그램 구동 유닛이 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 상부 액츄에이터의 적층체(5)에 대해 단지 전압을 인가함으로서, 다이아그램(4)은 도11a에서 도시된 바와 같이 절곡될 수 있다. 또한, 하부 액츄에이터의 적층체(5)에 대해 단지 전압을 인가함으로서, 다이아그램(4)은 도11c에서 도시된 바와 같이 절곡될 수 있다. 따라서, 바이모르프형 다이아그램 구동 유닛은 다이아그램 운동의 증가된 범위를 포함할 수 있다.
본 발명에 따라, 전기 활성 효과를 사용하는 장치의 반응 속도 및 작동 신뢰성을 개선하는 전기 활성 폴리머 액츄에이터를 제공할 수 있다.
도1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터를 도시한 사시 단면도.
도2a 및 도2b는 전압이 인가될 때 야기되는 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 변형을 도시한 단면도.
도3a 및 도3b는 액츄에이터를 사용한 다이아프램 펌프를 도시한 개략 단면도.
도4의 (a) 및 (b)는 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 전기 회로를 도시한 사시 단면도.
도5는 제1 실시예의 제1 변경예에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체를 도시한 사시도.
도6a 및 도6b는 도5의 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 전기 회로를 도시한 사시 단면도.
도7은 제1 실시예의 제2 변경예에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체를 도시하는 사시도.
도8은 도7의 적층체의 링 부재를 도시한 평면도.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체를 도시한 사시도.
도10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 적층체를 도시한 사시도.
도11a 내지 도11c는 본 발명의 전기 활성 폴리머 액츄에이터 한 쌍을 사용한 바이모르프(bimorph) 형 다이아프램 구동 유닛의 작동을 도시한 개략도.
도12는 종래의 다이아프램 펌프를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 케이싱
2 : 흡기 통로
3 : 배기 통로
4 : 가요성 박막 시트
5 : 디스크형 적층체
7 : 오목부
11 내지 16 : 제1 내지 제6 링 부재
21 내지 27 : 제1 내지 제7 링 전극
30 : DC 전원
32 : 스위치
40 : 중앙 원통형 중실체
50, 52 : 일방향 밸브

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전기 활성 폴리머 액츄에이터이며,
    전기 활성 폴리머 재료의 튜브형 부재, 상기 튜브형 부재의 내부 주연면 상에 형성되는 제1 전극, 상기 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제2 전극, 전기 활성 폴리머 재료의 제2 튜브형 부재로서 상기 튜브형 부재의 외부 주연면이 상기 제2 전극을 통해 제2 튜브형 부재의 내부 주연면에 연결되도록 상기 제2 전극 둘레에 위치되는 제2 튜브형 부재, 및 상기 제2 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제3 전극을 구비하는 적층체와,
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이 및 상기 제2 전극과 제3 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 적층체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 포함하고,
    상기 튜브형 부재와 상기 제2 튜브형 부재 각각은 내부 원의 중심으로부터 변위된 외부 원의 중심을 갖는 중공 원통 형상으로 형성되는 전기 활성 폴리머 액츄에이터.
  5. 전기 활성 폴리머 액츄에이터이며,
    전기 활성 폴리머 재료의 튜브형 부재, 상기 튜브형 부재의 내부 주연면 상에 형성되는 제1 전극, 상기 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제2 전극, 전기 활성 폴리머 재료의 제2 튜브형 부재로서 상기 튜브형 부재의 외부 주연면이 상기 제2 전극을 통해 제2 튜브형 부재의 내부 주연면에 연결되도록 상기 제2 전극 둘레에 위치되는 제2 튜브형 부재, 및 상기 제2 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제3 전극을 구비하는 적층체와,
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이 및 상기 제2 전극과 제3 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 적층체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 포함하고,
    상기 튜브형 부재의 벽 두께는 상기 제2 튜브형 부재의 벽 두께보다 크도록 결정되어져, 상기 전압 인가 수단이 상기 제1 전극과 제2 전극 사이 및 상기 제2 전극과 제3 전극 사이에 동일한 전압을 인가할 때, 상기 튜브형 부재와 상기 제2 튜브형 부재는 축 방향으로 균일하게 신장하는 전기 활성 폴리머 액츄에이터.
  6. 전기 활성 폴리머 액츄에이터이며,
    전기 활성 폴리머 재료의 튜브형 부재, 상기 튜브형 부재의 내부 주연면 상에 형성되는 제1 전극, 상기 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제2 전극, 전기 활성 폴리머 재료의 제2 튜브형 부재로서 상기 튜브형 부재의 외부 주연면이 상기 제2 전극을 통해 제2 튜브형 부재의 내부 주연면에 연결되도록 상기 제2 전극 둘레에 위치되는 제2 튜브형 부재, 및 상기 제2 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제3 전극을 구비하는 적층체와,
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이 및 상기 제2 전극과 제3 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 적층체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 포함하고,
    상기 튜브형 부재와 상기 제2 튜브형 부재는 동일한 벽 두께를 가지며, 상기 전압 인가 수단은 상기 제2 전극과 제3 전극 사이에 인가되는 전압보다 작은 전압을 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가하여, 상기 튜브형 부재와 상기 제2 튜브형 부재를 축 방향으로 균일하게 신장시키는 전기 활성 폴리머 액츄에이터.
  7. 전기 활성 폴리머 액츄에이터이며,
    각각 삼각형 프리즘 형상을 갖는 복수의 적층체로서, 상기 적층체 각각은 상기 삼각형 프리즘의 공통면에서 삼각형의 꼭지점으로부터 삼각형의 기부로 연장하는 수직선의 방향으로 교대로 배치되는 한 쌍의 전극 및 전기 활성 폴리머 부재를 구비하고, 상기 복수의 적층체는 상기 삼각형의 꼭지점이 다각형 패턴의 중심 근방에 위치되도록 전체적으로 다각형 패턴으로 배열되며, 각각의 적층체는 인접 적층체로부터 소정의 거리만큼 이격되어 있는 적층체와,
    상기 적층체 각각에 대하여 전기 활성 폴리머 재료에 의해 서로 이격되어 있는 전극들 사이에 전압을 인가하여 적층체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 포함하는 전기 활성 폴리머 액츄에이터.
  8. 삭제
  9. 다이아프램 펌프이며,
    전기 활성 폴리머 재료의 튜브형 부재, 상기 튜브형 부재의 내부 주연면 상에 형성되는 제1 전극, 및 상기 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제2 전극을 구비하는 적층체와, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 적층체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 포함하는 다이아프램 구동 수단으로서의 전기 활성 폴리머 액츄에이터와,
    상기 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 상기 적층체의 바닥면에 부착되는 다이아프램으로서의 가요성 재료의 박막 시트를 포함하는 다이아프램 펌프.
  10. 다이아프램 펌프이며,
    다이아프램 구동 수단으로서 제7항에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터와,
    상기 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 상기 다각형 패턴으로 배열된 상기 적층체들이 장착되는 표면을 갖는 다이아프램으로서의 가요성 재료의 박막 시트를 포함하는 다이아프램 펌프.
  11. 다이아프램 펌프이며,
    전기 활성 폴리머 재료의 기다란 시트, 상기 기다란 시트의 양 대향면 상에 형성된 한 쌍의 제1 전측층과 제2 전극층, 및 상기 전극층들 중의 한 전극층 상에 형성된 절연층을 구비하는 적층체를 권취하여 형성한 나선형 구조체와, 상기 전극층들 사이에 전압을 인가하여 상기 나선형 구조체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 포함하는 다이아프램 구동 수단으로서의 전기 활성 폴리머 액츄에이터와,
    상기 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 상기 나선형 구조체의 바닥면에 부착되는 다이아프램으로서의 가요성 재료의 박막 시트를 포함하는 다이아프램 펌프.
  12. 삭제
  13. 다이아프램 펌프이며,
    상이한 직경을 갖는 전기 활성 폴리머 재료의 복수의 링 부재와 상이한 직경을 갖는 복수의 링 전극을 교대로 배치함으로써 상기 각각의 링 부재를 인접 링 전극들의 내부 주연면과 외부 주연면 사이에 위치시켜 형성한 적층체와, 상기 적층체의 가장 내부의 링 전극으로부터의 순서에 따라 상기 링 전극을 세는 경우에 홀수 번째 링 전극들과 짝수 번째 링 전극들 사이에 전압을 인가하여 상기 적층체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 포함하는 다이아프램 구동 수단으로서의 전기 활성 폴리머 액츄에이터와,
    상기 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 상기 적층체의 바닥면에 부착되는 다이아프램으로서의 가요성 재료의 박막 시트를 포함하는 다이아프램 펌프.
  14. 다이아프램 펌프이며,
    상이한 직경을 갖는 전기 활성 폴리머 재료의 복수의 링 부재와 상이한 직경을 갖는 복수의 링 전극을 교대로 배치함으로써 상기 각각의 링 부재를 인접 링 전극들의 내부 주연면과 외부 주연면 사이에 위치시켜 형성한 적층체와, 상기 적층체의 가장 내부의 링 전극으로부터의 순서에 따라 상기 링 전극을 세는 경우에 홀수 번째 링 전극들과 짝수 번째 링 전극들 사이에 전압을 인가하여 상기 적층체에 변형을 일으키는 전압 인가 수단을 각각 포함하는 다이아프램 구동 수단으로서의 한 쌍의 전기 활성 폴리머 액츄에이터와,
    상기 전기 활성 폴리머 액츄에이터들의 상기 적층체들의 바닥면에 부착되는 양 면을 갖는 다이아프램으로서의 가요성 재료의 박막 시트를 포함하는 다이아프램 펌프.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 링 부재의 개수는 3 내지 10의 범위 내에 있는 다이아프램 펌프.
  16. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 튜브형 부재 및 상기 제2 튜브형 부재는 서로 상이한 직경의 중공 원통 형상을 가지며 동심으로 배열되어 상기 적층체를 형성하는 전기 활성 폴리머 액츄에이터.
  17. 다이아프램 펌프이며,
    제4항, 제5항, 제6항 또는 제16항 중 어느 한 항에 따른 전기 활성 폴리머 액츄에이터와,
    상기 전기 활성 폴리머 액츄에이터의 상기 적층체의 바닥면에 부착되는 다이아프램으로서의 가요성 재료의 박막 시트를 포함하는 다이아프램 펌프.
  18. 제9항에 있어서, 상기 적층체는,
    전기 활성 폴리머 재료의 제2 튜브형 부재로서, 상기 튜브형 부재의 외부 주연면이 상기 제2 전극을 통해 제2 튜브형 부재의 내부 주연면에 연결되도록 상기 제2 전극 둘레에 위치되는 제2 튜브형 부재와,
    상기 제2 튜브형 부재의 외부 주연면 상에 형성되는 제3 전극을 더 포함하며,
    상기 전압 인가 수단은 상기 제1 전극과 제2 전극 사이 및 상기 제2 전극과 제3 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 적층체에 변형을 일으키는 다이아프램 펌프.
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