KR20210088259A - Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same - Google Patents

Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210088259A
KR20210088259A KR1020200001477A KR20200001477A KR20210088259A KR 20210088259 A KR20210088259 A KR 20210088259A KR 1020200001477 A KR1020200001477 A KR 1020200001477A KR 20200001477 A KR20200001477 A KR 20200001477A KR 20210088259 A KR20210088259 A KR 20210088259A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
roller
containing film
dielectric elastomer
roll
strained
Prior art date
Application number
KR1020200001477A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102340494B1 (en
Inventor
최혁렬
정호상
호아 풍
양상율
김기현
박재형
고정우
깐 토안 응웬
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020200001477A priority Critical patent/KR102340494B1/en
Publication of KR20210088259A publication Critical patent/KR20210088259A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102340494B1 publication Critical patent/KR102340494B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H01L41/22—
    • H01L41/047—
    • H01L41/09—
    • H01L41/193—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/22—Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

Disclosed are a manufacturing device of a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and a manufacturing method of a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same. The manufacturing device comprises: a conveying roller unit on which a dielectric elastomer-containing film is disposed and conveyed; a winding shaft for winding the dielectric elastomer-containing film, wherein the winding shaft is provided on one end side of the conveying roller unit; a pre-strain forming roller disposed between the winding shaft and the conveying roller unit and forming a pre-strain by tensile stress in the dielectric elastomer-containing film; and a holder unit serving to hold an opposite end of a winding unit of the dielectric elastomer-containing film during conveying and winding processes of the dielectric elastomer-containing film.

Description

사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치 및 이를 이용한 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 방법{Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same}BACKGROUND ART Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using same actuator using the same}

본 발명은 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치 및 제작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing an elastic dielectric actuator, and more particularly, to an apparatus and method for manufacturing a roll-type dielectric elastic actuator.

일반적으로, 유전탄성체 구동기(dielectric elastomer actuator)(DEA)는 유전탄성체 필름의 상하면에 각각 상부전극 및 하부전극을 구비시키고, 상부전극과 하부전극 사이에 전기신호를 인가하는 전원인가부를 연결함으로써 구성된다. 전원인가부를 이용해서 상부전극과 하부전극 사이에 전압을 인가하면, 정전기력(electrostatic force)에 의해 유전탄성체 필름에 기계적 변형이 발생하고, 이를 이용해서 소정의 구동력을 발생시키게 된다. 유전탄성체 필름의 기계적 변형의 원리(즉, 운동 원리)는 맥스웰 스트레스(Maxwell stress)와 관련된 이론으로 설명될 수 있다. In general, a dielectric elastomer actuator (DEA) is configured by providing an upper electrode and a lower electrode on the upper and lower surfaces of a dielectric elastomer film, respectively, and connecting a power supply unit for applying an electric signal between the upper electrode and the lower electrode. . When a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode using a power supply unit, mechanical deformation occurs in the dielectric elastomer film by an electrostatic force, and a predetermined driving force is generated using this. The principle of mechanical deformation (ie, motion principle) of the dielectric elastomer film can be explained by a theory related to Maxwell stress.

유전탄성체 구동기(DEA)는, 사용 목적이나 용도에 따라, 실린더 형상이나 롤(roll) 형태로 제작될 수 있다. 롤 형태의 유전탄성체 구동기(롤타입 유전탄성체 구동기)는 작은 사이즈로 선형적 변형이나 그 밖에 다른 방식의 변형을 구현할 수 있기 때문에, 다양한 장점을 가질 수 있다. The dielectric elastic actuator (DEA) may be manufactured in a cylindrical shape or a roll shape, depending on the purpose or purpose of use. The roll type dielectric elastic material actuator (roll type dielectric elastic material actuator) can have various advantages because it can implement linear deformation or other types of deformation with a small size.

기존의 롤타입 유전탄성체 구동기는 유전탄성체 필름 등을 사전변형(pre-strain) 없이 말아서 롤 형태를 만든 후, 이를 길이 방향으로 인장시켜 변형을 가하고, 길이가 늘어나는 방향으로 구동시켜 사용하는 것이 일반적이다. 그런데 이 경우, 구동하려는 방향(즉, 길이 방향)이 아닌 구동 방향과 수직한 방향으로 우선적인 동작이 발생할 수 있고, 구동 방향으로의 성능 개선은 미비할 수 있다. 특히, 롤 형태의 유전탄성체 구동기의 양끝을 잡고 당기게 되면(즉, 인장하면), 중앙부에 응력이 집중되면서 유전탄성체 중앙부의 두께가 다른 부분보다 작아질 수 있고, 이는 두께의 균일성 및 정밀도가 중요한 유전탄성체 구동기의 전반적인 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다. Existing roll-type dielectric elastic actuators are generally used by rolling dielectric elastic films without pre-straining to form a roll, then stretching them in the longitudinal direction to apply deformation, and driving in the direction of increasing length. . However, in this case, a preferential operation may occur in a direction perpendicular to the driving direction rather than the driving direction (ie, the longitudinal direction), and performance improvement in the driving direction may be insignificant. In particular, when both ends of a roll-type dielectric elastic actuator are held and pulled (that is, tensioned), the thickness of the central portion of the dielectric elastic material may be smaller than that of other portions as stress is concentrated in the central portion, which is where uniformity and precision of thickness are important. It may be a factor that deteriorates the overall performance of the dielectric elastic actuator.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 용이하게 제작할 수 있도록 구성된 제작 장치 및 이를 이용한 제작 방법을 제공하는데 있다. 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 롤타입 유전탄성체 구동기의 사전변형 비율을 용이하게(자유롭게) 그리고 정밀하게 조절할 수 있고, 균일성 확보 및 성능 개선에 유리한 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치 및 제작 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus configured to easily manufacture a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and a manufacturing method using the same. The technical problem to be achieved by the present invention is to easily (freely) and precisely control the pre-strain ratio of the roll-type dielectric elastomer actuator, and to provide an apparatus and method for manufacturing a roll-type dielectric elastomer actuator, which is advantageous for securing uniformity and improving performance. is to provide

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 지지 프레임; 상기 지지 프레임 상에 장착된 것으로, 유전탄성체 함유 필름이 배치 및 이송되는 이송 롤러부; 상기 이송 롤러부의 일단측에 마련된 것으로, 상기 유전탄성체 함유 필름을 권취하는 권취 샤프트; 상기 권취 샤프트와 상기 이송 롤러부 사이에 배치된 것으로, 상기 유전탄성체 함유 필름에 인장응력에 의한 사전변형을 형성하는 사전변형 형성 롤러; 상기 사전변형 형성 롤러와 상기 권취 샤프트 사이에 배치된 것으로, 상기 사전변형 형성 롤러에 의해 상기 유전탄성체 함유 필름에 형성된 사전변형을 유지시키기 위한 사전변형 유지 롤러; 및 상기 유전탄성체 함유 필름의 이송 및 권취 과정에서 상기 유전탄성체 함유 필름의 권취부 반대쪽 단부를 잡아주는 역할을 하는 홀더부;를 포함하는 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치가 제공된다. According to embodiments of the present invention for achieving the above object, a support frame; a conveying roller unit mounted on the support frame, on which the dielectric elastomer-containing film is disposed and conveyed; a winding shaft provided at one end of the conveying roller unit to wind the dielectric elastic material-containing film; a pre-strain forming roller disposed between the winding shaft and the conveying roller unit to form a pre-strain in the dielectric elastic material-containing film by tensile stress; a prestrain holding roller disposed between the prestrain forming roller and the winding shaft for holding a prestrain formed in the dielectric elastomer-containing film by the prestrain forming roller; and a holder portion serving to hold an end opposite to the winding portion of the dielectric elastic material-containing film during the transport and winding process of the dielectric elastic material-containing film; a pre-deformed roll-type dielectric elastic material actuator including a manufacturing apparatus is provided.

상기 사전변형 형성 롤러는 상기 유전탄성체 함유 필름을 그의 폭 방향으로 양측으로 인장변형하도록 구성될 수 있다. The pre-strain forming roller may be configured to tensilely deform the dielectric elastomer-containing film to both sides in a width direction thereof.

상기 사전변형 형성 롤러는 사선의 축을 갖는 복수의 단위 롤러영역을 구비하는 사선 축 롤러(diagonal axis roller)를 포함할 수 있다. The pre-strain forming roller may include a diagonal axis roller having a plurality of unit roller areas having an oblique axis.

상기 사전변형 유지 롤러는 복수의 홈(groove)이 형성된 그루브 롤러(grooved roller)를 포함할 수 있다. The pre-strain retaining roller may include a grooved roller having a plurality of grooves formed therein.

상기 사전변형 형성 롤러와 상기 이송 롤러부 사이에 별도의 그루브 롤러(grooved roller)가 더 구비될 수 있다. A separate grooved roller may be further provided between the pre-strain forming roller and the conveying roller unit.

상기 유전탄성체 함유 필름을 사이에 두고 상기 권취 샤프트의 반대편에 위치하는 후방 샤프트; 상기 유전탄성체 함유 필름의 권취부 반대쪽 단부가 고정되는 고정부재; 및 상기 고정부재와 상기 후방 샤프트를 연결하는 와이어;가 더 구비될 수 있다. 적어도 상기 고정부재와 상기 와이어는 상기 홀더부에 포함될 수 있다. a rear shaft positioned opposite to the winding shaft with the dielectric elastic material-containing film therebetween; a fixing member to which an end opposite to the winding portion of the dielectric elastic material-containing film is fixed; and a wire connecting the fixing member and the rear shaft. At least the fixing member and the wire may be included in the holder part.

상기 권취 샤프트에 연결된 제1 스테핑 모터; 상기 후방 샤프트에 연결된 제2 스테핑 모터; 및 상기 제1 및 제2 스테핑 모터를 구동하는 구동부;가 더 구비될 수 있다. a first stepping motor connected to the take-up shaft; a second stepping motor coupled to the rear shaft; and a driving unit for driving the first and second stepping motors.

상기 이송 롤러부의 후방측에 상기 이송 롤러부에 대하여 실질적으로 수직하게 배열되는 후방 롤러부가 더 구비될 수 있고, 상기 후방 롤러부 위쪽에 상기 후방 샤프트가 배치될 수 있으며, 상기 후방 롤러부를 거쳐 상기 와이어가 상기 후방 샤프트에 연결될 수 있다. A rear roller portion arranged substantially perpendicular to the transfer roller portion may be further provided on the rear side of the transfer roller portion, and the rear shaft may be disposed above the rear roller portion, and the wire through the rear roller portion may be connected to the rear shaft.

상기 이송 롤러부는 일렬로 배열되는 복수의 이송 롤러를 포함할 수 있고, 상기 복수의 이송 롤러 중 적어도 두 개는 사이즈 및 높이 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. The conveying roller unit may include a plurality of conveying rollers arranged in a line, and at least two of the plurality of conveying rollers may have different sizes and at least one of a height.

상기 이송 롤러부의 적어도 일부는 아치(arch) 형태를 이루도록 구성될 수 있다. At least a portion of the conveying roller may be configured to form an arch.

상기 이송 롤러부는 상기 사전변형 형성 롤러에 인접한 단부측에 배치된 프레스 롤러(press roller)를 더 포함할 수 있고, 상기 프레스 롤러는 상기 유전탄성체 함유 필름을 위에서 아래로 눌러주는 역할을 할 수 있다. The conveying roller part may further include a press roller disposed on an end side adjacent to the pre-strain forming roller, and the press roller may serve to press the dielectric elastomer-containing film from top to bottom.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 제작 장치를 이용해서 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하는 방법으로, 유전탄성체 함유 필름의 일단을 상기 권취 샤프트에 고정하고 상기 유전탄성체 함유 필름의 타단을 상기 홀더부에 연결하는 단계; 상기 권취 샤프트와 상기 홀더부 사이에 위치하는 상기 유전탄성체 함유 필름에 그의 길이 방향으로 인장응력을 인가하여 제1의 사전변형을 형성하는 단계; 및 상기 사전변형 형성 롤러를 이용해서 상기 유전탄성체 함유 필름의 폭 방향으로 인장응력을 인가하여 제2의 사전변형을 형성하면서 상기 유전탄성체 함유 필름을 상기 권취 샤프트에 권취하는 단계;를 포함하는 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, in a method of manufacturing a pre-deformed roll-type dielectric elastomer actuator using the above-described manufacturing apparatus, one end of the dielectric elastomer-containing film is fixed to the winding shaft and the other end of the dielectric elastomer-containing film is fixed. connecting to the holder part; forming a first pre-strain by applying a tensile stress in a longitudinal direction thereof to the dielectric elastic material-containing film positioned between the winding shaft and the holder part; and winding the dielectric elastic material-containing film on the winding shaft while forming a second prestrain by applying a tensile stress in the width direction of the dielectric elastic material-containing film using the prestrain forming roller. A method for manufacturing a roll-type dielectric elastomer actuator is provided.

상기 제2의 사전변형을 형성하면서 상기 유전탄성체 함유 필름을 상기 권취 샤프트에 권취하는 단계에서, 상기 제1의 사전변형의 비율은 실질적으로 유지될 수 있다. In the step of winding the dielectric elastomer-containing film on the winding shaft while forming the second pre-strain, the ratio of the first pre-strain may be substantially maintained.

상기 유전탄성체 함유 필름의 일단은 상기 권취 샤프트에 고정될 수 있고, 상기 유전탄성체 함유 필름의 타단은 후방 샤프트에 연결될 수 있으며, 상기 제1의 사전변형을 형성하는 단계는 상기 후방 샤프트를 회전시켜 상기 유전탄성체 함유 필름을 그의 길이 방향으로 인장시키는 단계를 포함할 수 있다. One end of the dielectric elastic material-containing film may be fixed to the winding shaft, and the other end of the dielectric elastic material-containing film may be connected to a rear shaft, and the forming of the first pre-strain may include rotating the rear shaft. and stretching the dielectric elastomer-containing film in its longitudinal direction.

상기 제2의 사전변형을 형성하면서 상기 유전탄성체 함유 필름을 상기 권취 샤프트에 권취하는 단계는 상기 권취 샤프트 및 상기 후방 샤프트를 각각 회전 구동시키는 단계를 포함할 수 있다. The winding of the dielectric elastic material-containing film on the winding shaft while forming the second pre-strain may include rotating the winding shaft and the rear shaft, respectively.

본 발명의 실시예들에 따르면, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 용이하게 제작할 수 있는 제작 장치 및 이를 이용한 제작 방법을 구현할 수 있다. 실시예에 따른 제작 장치 및 제작 방법을 이용하면, 롤타입 유전탄성체 구동기의 사전변형 비율을 용이하게(자유롭게) 그리고 정밀하게 조절할 수 있고, 균일성 확보 및 성능 개선에 유리할 수 있다. 따라서, EMI(electromechanical instability) 현상이나 구동 성능 저하 문제 없이, 보다 높은 변위 성능을 나타낼 수 있는 유전탄성체 구동기를 간편하고 빠르게 제작할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, a manufacturing apparatus capable of easily manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and a manufacturing method using the same can be implemented. By using the manufacturing apparatus and manufacturing method according to the embodiment, the pre-strain ratio of the roll-type dielectric elastomer actuator can be easily (freely) and precisely adjusted, and it can be advantageous to ensure uniformity and improve performance. Therefore, it is possible to simply and quickly manufacture a dielectric elastic actuator capable of exhibiting higher displacement performance without problems of electromechanical instability (EMI) or deterioration of driving performance.

실시예들에 따른 제작 장치 및 제작 방법으로 제조된 롤타입 유전탄성체 구동기는 고전압 인가시 확장형 변위를 가질 수 있고, 폴리머 재질로 만들어져 움직임이 부드럽고 높은 유연성을 가지고 있어 구부리거나 스트레칭이 가능하며, 확장성(scalability)이 있어 다양한 크기로 제작이 가능하다. 따라서, 휴머노이드(humanoid) 로봇에 적용할 수 있는 메소 스케일(meso-scale)의 인공근육에서부터 직경 수십 mm (예컨대, 약 50 mm) 내외의 초소형 유도무기에 적용할 수 있는 밀리 스케일(milli-scale)의 구동장치까지 직선 운동 등이 필요한 다양한 분야에 적용 가능하다. The roll-type dielectric elastomer actuator manufactured by the manufacturing apparatus and manufacturing method according to the embodiments may have an extended displacement when a high voltage is applied, and it is made of a polymer material so that it has a smooth movement and high flexibility so that it can be bent or stretched, and extensibility Due to its scalability, it can be manufactured in various sizes. Therefore, from meso-scale artificial muscles that can be applied to humanoid robots to micro-guided weapons with a diameter of several tens of mm (eg, about 50 mm), milli-scale It can be applied to various fields that require linear motion, etc.

도 1은 유전탄성체 구동기(dielectric elastomer actuator)(DEA)의 구조 및 작동 원리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기(pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator)를 보여주는 사진 이미지들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 장치를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치를 위에서 바라본 구조를 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 3의 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치에 적용될 수 있는 이송 롤러부를 예시적으로 설명하기 위한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 제작 장치를 보여주는 사진 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 제작 장치를 보여주는 사진 이미지이다.
도 9a 내지 도 9e는 일 실시예에 따른 제작 장치를 이용해서 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하는 과정을 보여주는 사진 이미지이다. 1 is a perspective view for explaining the structure and operation principle of a dielectric elastomer actuator (DEA).
2 is a photographic image showing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator manufactured according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing an apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing the structure of the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator manufacturing apparatus of FIG. 3 as viewed from above.
FIG. 5 is a side view of the apparatus for manufacturing the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator of FIG. 3 .
6 is a side view for exemplarily explaining a transfer roller unit that can be applied to an apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.
7 is a photographic image showing a manufacturing apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.
8 is a photographic image showing a manufacturing apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.
9A to 9E are photographic images illustrating a process of manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using a manufacturing apparatus according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명학하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다. Examples of the present invention to be described below are provided to more clearly explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the scope of the present invention is not limited by the following examples, The embodiment may be modified in many different forms.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다. The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. As used herein, terms in the singular form may include the plural form unless the context clearly dictates otherwise. Also, as used herein, the terms “comprise” and/or “comprising” refer to the specified shape, step, number, action, member, element, and/or presence of a group of these mentioned. and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, steps, numbers, acts, elements, elements, and/or groups thereof. In addition, as used herein, the term “connection” not only means that certain members are directly connected, but also includes indirectly connected members with other members interposed therebetween.

아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. In addition, in the present specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member is present between the two members. As used herein, the term “and/or” includes any one and any combination of one or more of those listed items. In addition, as used herein, terms such as "about", "substantially" and the like are used in the meaning of the range or close to the numerical value or degree, in consideration of inherent manufacturing and material tolerances, and to help the understanding of the present application The exact or absolute figures provided for this purpose are used to prevent the infringer from using the mentioned disclosure unfairly.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The size or thickness of the regions or parts shown in the accompanying drawings may be slightly exaggerated for clarity and convenience of description. Like reference numerals refer to like elements throughout the detailed description.

도 1은 유전탄성체 구동기(dielectric elastomer actuator)(DEA)의 구조 및 작동 원리를 설명하기 위한 사시도이다. 도 1은 판형(plate-type) 구조의 유전탄성체 구동기(DEA)를 보여준다. 1 is a perspective view for explaining the structure and operation principle of a dielectric elastomer actuator (DEA). 1 shows a dielectric elastic actuator (DEA) of a plate-type structure.

도 1의 (A)를 참조하면, 유전탄성체 구동기(DEA)는 유전탄성체 필름(1) 및 유전탄성체 필름(1)의 상하면에 각각 구비된 상부전극(2a) 및 하부전극(2b)을 포함할 수 있다. 상하부전극(2a, 2b)은 플렉서블(flexible)하고 스트레처블(stretchable)한 유연 전극(compliant electrode)일 수 있다. 유전탄성체 구동기(DEA)는 상부전극(2a) 및 하부전극(2b)에 전기적 신호를 인가하기 위한 전원부(5) 및 전원부(5)를 통한 신호의 인가를 제어하는 스위치(7)를 포함할 수 있다. 도 1의 (A)는 스위치(7)가 오프(OFF) 상태인 경우이고, (B)는 스위치(7)가 온(ON) 상태인 경우이다. Referring to FIG. 1A , the dielectric elastic actuator DEA includes an upper electrode 2a and a lower electrode 2b provided on the upper and lower surfaces of the dielectric elastic film 1 and the dielectric elastic film 1, respectively. can The upper and lower electrodes 2a and 2b may be flexible and stretchable compliant electrodes. The dielectric elastic actuator DEA may include a power supply unit 5 for applying an electrical signal to the upper electrode 2a and the lower electrode 2b, and a switch 7 for controlling the application of a signal through the power supply unit 5. have. 1A is a case in which the switch 7 is in an OFF state, and (B) is a case in which the switch 7 is in an ON state.

도 1의 (B)에서와 같이 상하부전극(2a, 2b)에 전기적 신호(전압)를 인가하면, 상하부전극(2a, 2b)의 표면에 양(+)과 음(-)의 전하가 충전되어 정전기력이 발생하고, 정전기력에 의해 유전탄성체 필름(1)이 두께 방향(out-of-plane 방향)으로는 수축되고 수평 방향(in-plane 방향)으로는 팽창할 수 있다. 유전탄성체 필름(1)의 기계적 변형의 원리는 맥스웰 스트레스(Maxwell stress)와 관련된 이론으로 설명될 수 있고, 이는 잘 알려진 것이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. When an electrical signal (voltage) is applied to the upper and lower electrodes 2a and 2b as shown in FIG. 1B , positive (+) and negative (-) charges are charged on the surfaces of the upper and lower electrodes 2a and 2b. An electrostatic force is generated, and the dielectric elastic film 1 may contract in a thickness direction (out-of-plane direction) and expand in a horizontal direction (in-plane direction) by the electrostatic force. The principle of mechanical deformation of the dielectric elastomer film 1 may be explained by a theory related to Maxwell stress, which is well-known and detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기(pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator)를 보여주는 사진 이미지들이다. 2 is a photographic image showing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 2의 (A)는 실시예에 따라 제조된 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 보여준다. 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기는 유전탄성체 필름과 그 양면(상하면)에 각각 구비된 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있고, 상기 유전탄성체 필름과 제1 및 제2 전극의 적층체가 롤형태로 말린 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 롤형태로 말린 구조는 구동 성능 향상을 위해 사전변형이 가해진 상태일 수 있다. FIG. 2A shows a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator manufactured according to Example. The pre-deformed roll-type dielectric elastomer actuator may include a dielectric elastomer film and first and second electrodes respectively provided on both surfaces (upper and lower surfaces) thereof, wherein the dielectric elastomer film and the laminate of the first and second electrodes are rolled It may have a dried structure in the form. In this case, the rolled structure may be in a state in which a pre-strain is applied to improve driving performance.

도 2의 (B)는 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 밴더블(bendable) 특성을 보여주는 사진이고, 도 2의 (C)는 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 스트레처블(stretchable) 특성을 보여주는 사진이다. 2B is a photograph showing the bendable characteristics of the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator, and FIG. 2C is the stretchable characteristic of the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. is a picture showing

도 2에서 설명한 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기는 TCRDEA(tensioner-constrained roll-type dielectric elastomer actuator)라고 할 수 있다. The pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator described in FIG. 2 may be referred to as a tensioner-constrained roll-type dielectric elastomer actuator (TCRDEA).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 장치를 보여주는 사시도이다. 3 is a perspective view showing an apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 장치(사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치)(이하, 제작 장치)는 지지 프레임(100)과 지지 프레임(100) 상에 장착된 것으로 유전탄성체 함유 필름(미도시)이 배치 및 이송되는 이송 롤러부(200), 그리고 이송 롤러부(200)의 일단측에 마련된 것으로 상기 유전탄성체 함유 필름을 권취하는 권취 샤프트(310)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제작 장치는 권취 샤프트(310)와 이송 롤러부(200) 사이에 배치된 것으로 상기 유전탄성체 함유 필름에 인장응력에 의한 사전변형을 형성하는 사전변형 형성 롤러(320)를 포함할 수 있고, 사전변형 형성 롤러(320)와 권취 샤프트(310) 사이에 배치된 것으로 사전변형 형성 롤러(320)에 의해 상기 유전탄성체 함유 필름에 형성된 사전변형을 유지시키기 위한 사전변형 유지 롤러(330)를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 제작 장치는 상기 유전탄성체 함유 필름의 이송 및 권취 과정에서 상기 유전탄성체 함유 필름의 권취부 반대쪽 단부(즉, 후단부)를 잡아주는 역할을 하는 '홀더부'를 더 포함할 수 있다. 상기 홀더부의 구성에 대해서는 추후에 보다 상세히 설명한다. Referring to FIG. 3 , an apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator (hereinafter referred to as a manufacturing apparatus) for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator includes a support frame 100 and a support frame 100 on the support frame 100 . A conveying roller unit 200 on which a dielectric elastic material-containing film (not shown) is disposed and conveyed as mounted on, and a winding shaft 310 provided at one end of the conveying roller unit 200 to wind the dielectric elastic material-containing film. may include. In addition, the manufacturing apparatus may include a pre-strain forming roller 320 disposed between the winding shaft 310 and the conveying roller unit 200 and forming a pre-strain by tensile stress in the dielectric elastomer-containing film, and , disposed between the prestrain forming roller 320 and the winding shaft 310 and comprising a prestrain holding roller 330 for holding the prestrain formed in the dielectric elastomer-containing film by the prestrain forming roller 320 . can do. In addition, the manufacturing apparatus may further include a 'holder part' serving to hold the opposite end (ie, rear end) of the winding portion of the dielectric elastic material-containing film during the transport and winding process of the dielectric elastic material-containing film. The configuration of the holder part will be described in more detail later.

여기서, 상기 유전탄성체 함유 필름은 유전탄성체 구동기(DEA) 필름 또는 유전탄성체 구동기(DEA) 시트(sheet)라 할 수 있고, 예컨대, 유전탄성체 필름과 그 양면에 각각 구비된 제1 및 제2 전극을 구비할 수 있다. 또한, 상기 유전탄성체 함유 필름은 롤링(rolling) 과정에서 상기 제1 및 제2 전극 간의 전기적 단락을 방지하는 역할을 하는 분리층(절연층)을 더 포함할 수 있다. 그 밖에도 상기 유전탄성체 함유 필름의 구성은 다양하게 변화될 수 있다. Here, the dielectric elastomer-containing film may be referred to as a dielectric elastomer actuator (DEA) film or a dielectric elastomer actuator (DEA) sheet, for example, a dielectric elastomer film and first and second electrodes provided on both surfaces thereof. can be provided In addition, the dielectric elastomer-containing film may further include a separation layer (insulation layer) serving to prevent an electrical short circuit between the first and second electrodes during a rolling process. In addition, the composition of the dielectric elastomer-containing film may be variously changed.

지지 프레임(100)은 제작 장치의 전단부에 배치된 복수의 제1 수직 프레임(110)과 제작 장치의 후단부에 배치된 복수의 제2 수직 프레임(120) 및 복수의 제1 수직 프레임(110)과 복수의 제2 수직 프레임(120)을 연결하는 복수의 수평 프레임(130)을 포함할 수 있다. 예컨대, 한 쌍의 제1 수직 프레임(110)이 서로 평행하게 상호 이격하여 배치될 수 있고, 한 쌍의 제2 수직 프레임(120)이 서로 평행하게 상호 이격하여 배치될 수 있으며, 한 쌍의 수평 프레임(130)이 서로 평행하게 상호 이격하여 배치될 수 있다. 제2 수직 프레임(120)의 길이(높이)가 제1 수직 프레임(110)의 길이(높이)보다 클 수 있다. 그러나, 지지 프레임(100)의 구성은 다양하게 변화될 수 있다. The support frame 100 includes a plurality of first vertical frames 110 disposed at the front end of the manufacturing apparatus, a plurality of second vertical frames 120 and a plurality of first vertical frames 110 disposed at the rear end of the manufacturing apparatus. ) and a plurality of horizontal frames 130 connecting the plurality of second vertical frames 120 may be included. For example, a pair of first vertical frames 110 may be disposed to be spaced apart from each other in parallel, and a pair of second vertical frames 120 may be disposed to be spaced apart from each other in parallel to each other, and a pair of horizontal frames may be disposed to be spaced apart from each other. The frames 130 may be disposed parallel to each other and spaced apart from each other. A length (height) of the second vertical frame 120 may be greater than a length (height) of the first vertical frame 110 . However, the configuration of the support frame 100 may be variously changed.

이송 롤러부(200)와 권취 샤프트(310), 사전변형 형성 롤러(320), 사전변형 유지 롤러(330) 등은 수평 프레임들(130)에 장착될 수 있다. The conveying roller unit 200 , the winding shaft 310 , the pre-strain forming roller 320 , the pre-strain holding roller 330 , and the like may be mounted on the horizontal frames 130 .

사전변형 형성 롤러(320)는 상기 유전탄성체 함유 필름을 그의 폭 방향(즉, 도면상 X축에 평행한 방향)으로 양측으로 인장변형하도록 구성될 수 있다. 사전변형 형성 롤러(320)는 사선의 축(중심축)을 갖는 복수의 단위 롤러영역을 구비하는 사선 축 롤러(diagonal axis roller)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 단위 롤러영역은 제1 그룹의 단위 롤러영역(320a) 및 제2 그룹의 단위 롤러영역(320b)을 포함할 수 있다. 제1 그룹의 단위 롤러영역(320a)과 제2 그룹의 단위 롤러영역(320b)은 사전변형 형성 롤러(320)의 중심(X축 방향에 따른 중심)을 기준으로 그 양측으로 나눠서 배치될 수 있다. 제1 그룹의 단위 롤러영역(320a)과 제2 그룹의 단위 롤러영역(320b)은 서로 다른 방향의 사선의 축(중심축)을 가질 수 있다. 제1 그룹의 단위 롤러영역(320a)의 단위 롤러의 중심축은 사전변형 형성 롤러(320)의 전체 축에 대하여 왼쪽 방향으로 소정의 예각 만큼 회전된 사선의 축일 수 있고, 제2 그룹의 단위 롤러영역(320b)의 단위 롤러의 중심축은 사전변형 형성 롤러(320)의 전체 축에 대하여 오른쪽 방향으로 소정의 예각 만큼 회전된 사선의 축일 수 있다. 제1 그룹의 단위 롤러영역(320a)의 단위 롤러들과 제2 그룹의 단위 롤러영역(320b)의 단위 롤러들은 사전변형 형성 롤러(320)의 중심(X축 방향에 따른 중심)을 기준으로 바깥쪽으로 가면서, 즉, 권취 샤프트(310)에 가까운 쪽으로 가면서, 상호 간격이 벌어지는 형태가 되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 사전변형 형성 롤러(320)를 통과하는 상기 유전탄성체 함유 필름이 그의 폭 방향으로 인장응력을 인가 받아 사전변형될 수 있다. 제1 및 제2 그룹의 단위 롤러영역(320a, 320b)의 단위 롤러들 각각을 '사선 축 롤러'라고 할 수도 있고, 제1 및 제2 그룹의 단위 롤러영역(320a, 320b)의 단위 롤러들 전체가 하나의 '사선 축 롤러'를 구성한다고 볼 수도 있다. 그러나, 여기서 설명한 사전변형 형성 롤러(320)의 구체적인 구성은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. The pre-strain forming roller 320 may be configured to tensilely deform the dielectric elastomer-containing film in both sides in its width direction (ie, a direction parallel to the X-axis in the drawing). The pre-strain forming roller 320 may include a diagonal axis roller having a plurality of unit roller areas having an oblique axis (central axis). Here, the plurality of unit roller areas may include a first group of unit roller areas 320a and a second group of unit roller areas 320b. The unit roller area 320a of the first group and the unit roller area 320b of the second group may be arranged on both sides of the pre-strain forming roller 320 based on the center (the center along the X-axis direction). . The unit roller area 320a of the first group and the unit roller area 320b of the second group may have diagonal axes (central axes) in different directions. The central axis of the unit rollers of the unit roller region 320a of the first group may be an oblique axis rotated by a predetermined acute angle in the left direction with respect to the entire axis of the pre-strain forming roller 320, and the unit roller region of the second group The central axis of the unit roller in ( 320b ) may be an oblique axis rotated by a predetermined acute angle in the right direction with respect to the entire axis of the pre-strain forming roller 320 . The unit rollers of the unit roller area 320a of the first group and the unit rollers of the unit roller area 320b of the second group are outside the center (center along the X-axis direction) of the pre-strain forming roller 320 . While going to the side, that is, going to the side closer to the winding shaft 310, it may be arranged so that the mutual spacing is widened. In this case, the dielectric elastic material-containing film passing through the pre-strain forming roller 320 may be pre-strained by applying a tensile stress in its width direction. Each of the unit rollers of the unit roller areas 320a and 320b of the first and second groups may be referred to as 'oblique axial rollers', and the unit rollers of the unit roller areas 320a and 320b of the first and second groups The whole can be viewed as constituting one 'slanted shaft roller'. However, the specific configuration of the pre-strain forming roller 320 described herein is exemplary and may be variously changed.

사전변형 유지 롤러(330)는, 예컨대, 복수의 홈(groove)이 형성된 그루브 롤러(grooved roller)를 포함할 수 있다. 사전변형 유지 롤러(330)는 제1 그루브 롤러일 수 있다. 홈이 형성된 그루브 롤러를 사전변형 형성 롤러(330)와 권취 샤프트(310) 사이에 사용하면, 사전변형 형성 롤러(330)에 의해 형성된 사전변형이 잘 유지된 상태로 상기 유전탄성체 함유 필름이 권취 샤프트(310)에 권취될 수 있다. The pre-strain retention roller 330 may include, for example, a grooved roller having a plurality of grooves formed therein. The pre-strain retention roller 330 may be a first groove roller. When a grooved roller is used between the pre-strain forming roller 330 and the winding shaft 310, the dielectric elastomer-containing film is wound on the winding shaft while the pre-strain formed by the pre-strain forming roller 330 is well maintained. It may be wound on 310 .

사전변형 형성 롤러(320)와 이송 롤러부(200) 사이에는 별도의 그루브 롤러(grooved roller)(340)가 더 구비될 수 있다. 유전탄성체 함유 필름의 소정 영역(제1 영역)은 별도의 그루브 롤러(340)를 통과한 후에 사전변형 형성 롤러(320)로 진입할 수 있다. 이 경우, 별도의 그루브 롤러(340)에 의한 균일성 확보 등의 효과가 있기 때문에, 사전변형 형성 롤러(320)에 의한 사전변형 작업이 보다 잘 이루어질 수 있다. 그러나, 경우에 따라, 별도의 그루브 롤러(340)는 구비되지 않을 수도 있다. A separate grooved roller 340 may be further provided between the pre-strain forming roller 320 and the conveying roller unit 200 . A predetermined region (first region) of the dielectric elastomer-containing film may enter the pre-strain forming roller 320 after passing through a separate groove roller 340 . In this case, since there is an effect of ensuring uniformity by the separate groove roller 340 , the pre-strain operation by the pre-strain forming roller 320 can be performed better. However, in some cases, a separate groove roller 340 may not be provided.

이송 롤러부(200)의 끝단에서부터 별도의 그루브 롤러(340), 사전변형 형성 롤러(320), 사전변형 유지 롤러(330), 권취 샤프트(310)로 가면서 이들의 중심축의 높이는 점차 낮아질 수 있다. The height of their central axis may gradually decrease from the end of the conveying roller unit 200 toward the separate groove roller 340, the pre-strain forming roller 320, the pre-strain holding roller 330, and the winding shaft 310.

권취 샤프트(310)와 사전변형 형성 롤러(320) 및 이들 주변의 요소들을 적절히 구성 및 배치함으로써, 유전탄성체 함유 필름에 실질적으로 균일한 사전변형을 가하면서 이를 용이하게 권취할 수 있고, 우수한 특성을 갖는 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작할 수 있다. By appropriately configuring and arranging the winding shaft 310, the prestrain forming roller 320, and the elements around them, it is possible to easily wind the dielectric elastomer-containing film while applying a substantially uniform prestrain, and to exhibit excellent properties. It is possible to fabricate a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator with

실시예에 따른 제작 장치는 상기 유전탄성체 함유 필름을 사이에 두고 권취 샤프트(310)의 반대편에 위치하는 후방 샤프트(500), 상기 유전탄성체 함유 필름의 권취부 반대쪽 단부(즉, 후단부)가 고정되는 고정부재(즉, 고정대)(미도시)(도 8의 FM1) 및 상기 고정부재와 후방 샤프트(500)를 연결하는 와이어(wire 혹은 string)(미도시)(도 8의 W1)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 적어도 상기 고정부재와 상기 와이어는 앞서 언급한 '홀더부'에 포함될 수 있다. 즉, 상기 고정부재와 상기 와이어를 이용해서, 유전탄성체 함유 필름의 이송 및 권취 과정에서 상기 유전탄성체 함유 필름의 권취부 반대쪽 단부(즉, 후단부)를 잡아줄 수 있다. 넓은 의미에서, 후방 샤프트(500)까지 상기 '홀더부'에 포함된 요소로 볼 수도 있다. In the manufacturing apparatus according to the embodiment, the rear shaft 500 positioned on the opposite side of the winding shaft 310 with the dielectric elastic material-containing film interposed therebetween, the end opposite the winding portion of the dielectric elastic material-containing film (ie, the rear end) is fixed It further includes a fixing member (ie, a fixing base) (not shown) (FM1 in FIG. 8) and a wire or string (not shown) (W1 in FIG. 8) connecting the fixing member and the rear shaft 500 to be can do. Here, at least the fixing member and the wire may be included in the aforementioned 'holder unit'. That is, by using the fixing member and the wire, it is possible to hold the opposite end (ie, the rear end) of the winding portion of the dielectric elastic material-containing film during the transport and winding process of the dielectric elastic material-containing film. In a broad sense, even the rear shaft 500 may be viewed as an element included in the 'holder unit'.

실시예에 따른 제작 장치는 이송 롤러부(200)의 후방측에 이송 롤러부(200)에 대하여 실질적으로 수직하게 배열되는 후방 롤러부(400)를 더 포함할 수 있다. 후방 롤러부(400) 위쪽에 후방 샤프트(500)가 배치될 수 있다. 상기한 와이어(미도시)(도 8의 W1)는 후방 롤러부(400)를 거쳐 후방 샤프트(500)에 연결(고정)될 수 있다. 후방 롤러부(400) 및 후방 샤프트(500)는 제2 수직 프레임들(120)의 상단부에 장착될 수 있다. The manufacturing apparatus according to the embodiment may further include a rear roller unit 400 arranged substantially perpendicular to the conveying roller unit 200 on the rear side of the conveying roller unit 200 . The rear shaft 500 may be disposed above the rear roller part 400 . The wire (not shown) (W1 in FIG. 8 ) may be connected (fixed) to the rear shaft 500 via the rear roller part 400 . The rear roller unit 400 and the rear shaft 500 may be mounted on upper ends of the second vertical frames 120 .

이송 롤러부(200)는 서로 평행하게 일렬로 배열되는 복수의 이송 롤러(220)를 포함할 수 있다. 복수의 이송 롤러(220) 및 이를 지지하기 위한 롤러 고정대들은 3차원 프린팅 등의 방법으로 제작될 수 있다. 복수의 이송 롤러(220) 중 적어도 두 개는 사이즈 및 높이 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 이송 롤러부(200)의 적어도 일부는 아치(arch) 형태를 이루도록 구성될 수 있다. 이 경우, 이송 롤러부(200) 상에 배치되어 이송되는 유전탄성체 함유 필름이 이송 롤러부(200)의 접촉면에 잘 부착되어 수직 방향으로 적절한 마찰을 일으킬 수 있고, 이는 유전탄성체 함유 필름의 이송 및 후속하는 사전변형 형성 롤러(320)에 의한 사전변형에 유리하게 작용할 수 있다. 이송 롤러부(200)의 아치(arch) 형태에 대해서는 추후에 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명한다. The transfer roller unit 200 may include a plurality of transfer rollers 220 arranged in a line parallel to each other. The plurality of transport rollers 220 and the roller fixtures for supporting them may be manufactured by a method such as 3D printing. At least two of the plurality of transport rollers 220 may have different sizes and heights. For example, at least a portion of the transfer roller unit 200 may be configured to form an arch shape. In this case, the film containing the dielectric elastomer disposed on the transfer roller unit 200 and transferred is well attached to the contact surface of the transfer roller unit 200 to cause proper friction in the vertical direction, which results in the transfer of the film containing the dielectric elastomer and It may advantageously act on a prestrain by a subsequent prestrain forming roller 320 . The arch shape of the conveying roller unit 200 will be described in more detail later with reference to FIG. 6 .

이송 롤러부(200)는 사전변형 형성 롤러(320)에 인접한 단부측(즉, 전단부측)에 배치된 제1 프레스 롤러(press roller)(250)를 더 포함할 수 있다. 제1 프레스 롤러는 유전탄성체 함유 필름의 이송 과정에서 이를 위에서 아래로 눌러주는 역할을 할 수 있다. 제1 프레스 롤러(250)에 의해 유전탄성체 함유 필름에 적절한 마찰력이 발생할 수 있고, 이는 유전탄성체 함유 필름의 이송 및 사전변형에 유리하게 작용할 수 있다. 또한, 이송 롤러부(200)는 후방 롤러부(400)에 인접한 단부측(즉, 후단부측)에 배치된 제2 프레스 롤러(270)를 더 포함할 수 있다. 제2 프레스 롤러(270)는 상기한 와이어(미도시)(도 8의 W1)를 위에서 아래로 눌러주는 역할을 할 수 있다. 후방 롤러부(400)는 서로 평행하게 일렬로 배열되는 복수의 후방 롤러(420)를 포함할 수 있다. 복수의 후방 롤러(420) 중 적어도 두 개는 서로 다른 사이즈를 가질 수 있다. The transfer roller unit 200 may further include a first press roller 250 disposed on an end side (ie, a front end side) adjacent to the pre-strain forming roller 320 . The first press roller may serve to press the dielectric elastic material-containing film from top to bottom during the transport process. An appropriate frictional force may be generated in the dielectric elastomer-containing film by the first press roller 250 , which may advantageously act in conveying and pre-straining of the dielectric elastomer-containing film. In addition, the conveying roller unit 200 may further include a second press roller 270 disposed on an end side (ie, a rear end side) adjacent to the rear roller unit 400 . The second press roller 270 may serve to press the wire (not shown) (W1 in FIG. 8 ) from top to bottom. The rear roller unit 400 may include a plurality of rear rollers 420 arranged in a line parallel to each other. At least two of the plurality of rear rollers 420 may have different sizes.

실시예에 따른 제작 장치는 권취 샤프트(310)에 연결된 제1 스테핑 모터(M1) 및 후방 샤프트(500)에 연결된 제2 스테핑 모터(M2)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 스테핑 모터(M1, M2)를 구동하는 구동부(미도시)(도 7의 DP1)를 더 포함할 수 있다. 권취 샤프트(310)에는 유전탄성체 함유 필름의 일단부가 감겨서 권취되고, 유전탄성체 함유 필름의 타단부(후단부)는 와이어(미도시)(도 8의 W1)에 의해 후방 샤프트(500)에 연결될 수 있다. 권취 샤프트(310)의 회전 방향 및 회전 속도와 후방 샤프트(500)의 회전 방향 및 회전 속도 등을 적절히 그리고 정밀하게 제어함으로써, 유전탄성체 함유 필름에 균일한 사전변형을 가하면서 롤타입의 유전탄성체 구동기를 제작할 수 있다. The manufacturing apparatus according to the embodiment may further include a first stepping motor M1 connected to the winding shaft 310 and a second stepping motor M2 connected to the rear shaft 500 . In addition, a driving unit (not shown) ( DP1 of FIG. 7 ) for driving the first and second stepping motors M1 and M2 may be further included. One end of the dielectric elastic material-containing film is wound around the winding shaft 310, and the other end (rear end) of the dielectric elastic material-containing film is connected to the rear shaft 500 by a wire (not shown) (W1 in FIG. 8). can By appropriately and precisely controlling the rotational direction and rotational speed of the winding shaft 310 and the rotational direction and rotational speed of the rear shaft 500, a roll-type dielectric elastic material actuator while applying a uniform pre-strain to the dielectric elastic material-containing film can be produced.

사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제조하기 위해, 감겨지는(권취되는) 유전탄성체 함유 필름을 균일한(실질적으로 균일한) 힘으로 당기면서 감아줄 수 있다. 이러한 인장력(유전탄성체 함유 필름의 길이 방향으로의 인장력)을 유지하기 위해, 유전탄성체 함유 필름의 길이 방향으로 두 개의 스테핑 모터(M1, M2)를 이용하여, 한쪽으로는 유전탄성체 함유 필름을 일정 속도로 감아주고 다른 한쪽으로는 일정 속도로 풀어주면서 일정한(실질적으로 일정한) 길이 방향(즉, Y축에 평행한 방향)으로의 사전변형을 가하면서 권취할 수 있다. 유전탄성체 함유 필름의 길이 방향(즉, Y축에 평행한 방향)으로 일정한 사전변형을 가하면서, 사전변형 형성 롤러(320)를 이용해서 폭 방향(즉, X축에 평행한 방향)으로 일정한 사전변형을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 스테핑 모터(M1, M2)를 이용함으로써, 자동화된 제작 장치를 구현할 수 있다. 필요한 경우, 사전변형 형성 롤러(320)의 각 단위 롤러영역의 사선 축의 각도나 사이즈, 간격, 개수 등을 변화시켜 유전탄성체 함유 필름의 폭 방향(즉, X축에 평행한 방향)으로의 사전변형 특성을 용이하게 제어할 수 있다. In order to manufacture the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator, the film containing the dielectric elastomer to be wound (wound) may be wound while pulling with a uniform (substantially uniform) force. In order to maintain this tensile force (the tensile force in the longitudinal direction of the dielectric elastomer-containing film), two stepping motors (M1, M2) are used in the longitudinal direction of the dielectric elastomer-containing film, and the dielectric elastomer-containing film is moved at a constant speed on one side. It can be wound while applying a pre-strain in a constant (substantially constant) longitudinal direction (that is, in a direction parallel to the Y axis) while unwinding at a constant speed on the other side. While applying a constant pre-strain in the longitudinal direction (ie, parallel to the Y-axis) of the dielectric elastomer-containing film, a predetermined pre-strain in the width direction (ie, parallel to the X-axis) using the pre-strain forming roller 320 . deformation can be formed. By using the first and second stepping motors M1 and M2, an automated manufacturing apparatus may be implemented. If necessary, the pre-strain in the width direction (ie, parallel to the X-axis) of the dielectric elastomer-containing film by changing the angle, size, spacing, number, etc. of the oblique axis of each unit roller area of the pre-strain forming roller 320 . properties can be easily controlled.

따라서, 실시예에 다른 제작 장치를 이용하면, 원하는 사전변형 비율이 적용되어 작동 방향으로 높은 변위 성능을 갖는 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작할 수 있다. 스테핑 모터(M1, M2)를 활용하면, 자동화 공정을 통해 손쉽게 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작할 수 있다. Therefore, by using the manufacturing apparatus according to the embodiment, a roll-type dielectric elastomer actuator having a high displacement performance in the operating direction by applying a desired pre-strain ratio can be manufactured. If stepping motors (M1, M2) are used, roll-type dielectric elastomer actuators can be easily manufactured through an automated process.

도 4는 도 3의 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치를 위에서 바라본 구조를 보여주는 평면도(즉, top-view)이다. 4 is a plan view (ie, top-view) showing the structure of the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator manufacturing apparatus of FIG. 3 as viewed from above.

도 4에서는 권취 샤프트(310), 사전변형 유지 롤러(330), 사전변형 형성 롤러(320), 별도의 그루브 롤러(340), 이송 롤러부(200), 후방 샤프트(500) 등의 평면적인 위치 관계 등을 확인할 수 있다. 편의상, 도 4에서는 제1 및 제2 스테핑 모터(M1, M2)는 도시하지 않았다. In FIG. 4 , the winding shaft 310 , the pre-strain retaining roller 330 , the pre-strain forming roller 320 , the separate groove roller 340 , the conveying roller unit 200 , the rear shaft 500 , etc. are planarly positioned relationship can be checked. For convenience, the first and second stepping motors M1 and M2 are not shown in FIG. 4 .

도 5는 도 3의 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치의 측면도(side-view)이다. 5 is a side-view of the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator manufacturing apparatus of FIG. 3 .

도 3 및 도 4의 구조와 더불어, 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치의 전체적인 구성을 확인할 수 있다. With reference to FIG. 5 in addition to the structures of FIGS. 3 and 4 , the overall configuration of the pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator manufacturing apparatus according to the embodiment can be confirmed.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치에 적용될 수 있는 이송 롤러부를 예시적으로 설명하기 위한 측면도이다. 6 is a side view for exemplarily explaining a transfer roller unit that can be applied to an apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 이송 롤러부(200A)는 서로 평행하게 일렬로 배열되는 복수의 이송 롤러(220a)를 포함할 수 있다. 복수의 이송 롤러(220a) 중 적어도 두 개는 사이즈 및 높이 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 이송 롤러부(200A)의 소정 영역 내에서, 복수의 이송 롤러(220a)는 중앙부에서 양쪽 끝으로 갈수록 사이즈가 점차 감소하거나 높이가 점차 낮아질 수 있다. 이 경우, 이송 롤러부(200A)의 적어도 일부는 아치(arch) 형태를 이룰 수 있다. 다시 말해, 복수의 이송 롤러(220a)의 최상부 정점을 연결한 곡선이 아치 형상이나 원호 형상 또는 이와 유사한 형상을 이룰 수 있다. 이 경우, 이송 롤러부(200A) 상에 배치되어 이송되는 유전탄성체 함유 필름이 이송 롤러부(200A)의 접촉면에 잘 부착되어 수직 방향으로 적절한 마찰을 일으킬 수 있고, 이는 유전탄성체 함유 필름의 이송 및 후속하는 사전변형 형성 롤러에 의한 사전변형에 유리하게 작용할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the conveying roller unit 200A may include a plurality of conveying rollers 220a arranged in a line parallel to each other. At least two of the plurality of transfer rollers 220a may have different sizes and heights. For example, within a predetermined area of the conveying roller unit 200A, the plurality of conveying rollers 220a may gradually decrease in size or decrease in height from the central portion toward both ends. In this case, at least a portion of the transfer roller unit 200A may form an arch. In other words, a curve connecting the uppermost vertices of the plurality of conveying rollers 220a may form an arc shape, an arc shape, or a similar shape. In this case, the dielectric elastic material-containing film disposed on the transfer roller unit 200A and transferred is well adhered to the contact surface of the transfer roller unit 200A and may cause appropriate friction in the vertical direction, which may result in the transfer of the dielectric elastic material-containing film and It can advantageously act on a prestrain by a subsequent prestrain forming roller.

참조부호 M1은 이송 롤러부(200A)에 의해 이송되는 이송체를 나타내고, 이송체(M1)는 유전탄성체 함유 필름 및 이에 연결된 와이어를 포함할 수 있다. 이송체(M1)의 후단부는 이송 롤러부(200A)의 마지막 롤러(도면상 오른쪽 끝의 롤러)의 하면부를 통과하여 위쪽으로 당겨질 수 있다. Reference numeral M1 denotes a transport body transported by the transport roller unit 200A, and the transport body M1 may include a dielectric elastomer-containing film and a wire connected thereto. The rear end of the transfer body M1 may be pulled upward through the lower surface of the last roller (the right end roller in the drawing) of the transfer roller unit 200A.

도 6에 도시된 이송 롤러부(200A)의 구성은 예시적인 것에 불과하고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 이송 롤러부(200A)의 일부 영역에서만 복수의 롤러들이 선택적으로 아치(arch) 형상을 이루거나, 아치 형상이 아닌 다른 형상을 이룰 수도 있다. 이송 롤러부가 복수의 구간으로 나눠지고, 구간별로 다른 형상이나 배치 구조를 가질 수도 있다. The configuration of the conveying roller unit 200A shown in FIG. 6 is merely exemplary, and may be variously changed. A plurality of rollers may selectively form an arch shape only in a partial area of the conveying roller unit 200A, or may form a shape other than the arch shape. The conveying roller unit may be divided into a plurality of sections, and may have a different shape or arrangement structure for each section.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 제작 장치를 보여주는 사진 이미지이다. 7 is a photographic image showing a manufacturing apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 도 3 내지 도 5 등을 참조하여 설명한 제작 장치에 대응하는 장치 및 그 구성요소들을 확인할 수 있다. 특히, 상기 제작 장치는 제1 스테핑 모터(M1)와 제2 스테핑 모터(M2) 및 이들과 연결된 구동부(DP1)를 포함할 수 있다. 구동부(DP1)는 2채널 스테핑 모터 드라이버, 마이크로프로세서(microprocessor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제작 장치는 제1 및 제2 스테핑 모터(M1, M2) 등에 전원을 공급하기 위한 파워 서플라이(power supply)(도 8의 PS1)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7 , an apparatus and components thereof corresponding to the manufacturing apparatus described with reference to FIGS. 3 to 5 and the like can be identified. In particular, the manufacturing apparatus may include a first stepping motor M1 , a second stepping motor M2 , and a driving unit DP1 connected thereto. The driving unit DP1 may include a two-channel stepping motor driver, a microprocessor, and the like. In addition, the manufacturing apparatus may further include a power supply (PS1 of FIG. 8 ) for supplying power to the first and second stepping motors M1 and M2 and the like.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하기 위한 제작 장치를 보여주는 사진 이미지이다. 8 is a photographic image showing a manufacturing apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 오른쪽 상단의 확대 도면에 고정부재(FM1) 및 이와 연결된 와이어(W1)가 도시되어 있다. 고정부재(FM1)는 유전탄성체 함유 필름(F1)의 단부(후단부)를 고정(홀딩)하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 고정부재(FM1)는 접착 테이프(ex, 양면 접착 테이프) 등에 의해 유전탄성체 함유 필름(F1)의 단부에 접착될 수 있다. 이 경우, 고정부재(FM1)는 접착 테이프를 이용한 홀더라고 할 수 있다. 그러나 접착 테이프 이외에 다른 방법을 이용해서, 유전탄성체 함유 필름(F1)의 단부에 고정부재(FM1)를 고정할 수도 있다. 고정부재(FM1)에는 복수의 와이어(wire or string)(W1)가 연결되어 있을 수 있고, 와이어(W1)는 후방 샤프트(500)에 고정될 수 있다. 와이어(W1)를 후방 샤프트(500)에 고정한 후, 후방 샤프트(500)를 회전시킴으로써, 유전탄성체 함유 필름(F1)을 후방 샤프트(500) 쪽으로 잡아당기거나 반대 방향으로 풀어줄 수 있다. Referring to FIG. 8 , the fixing member FM1 and the wire W1 connected thereto are shown in an enlarged view of the upper right. The fixing member FM1 may serve to fix (hold) the end (rear end) of the dielectric elastic material-containing film F1. For example, the fixing member FM1 may be adhered to the end of the dielectric elastic material-containing film F1 by an adhesive tape (eg, a double-sided adhesive tape). In this case, the fixing member FM1 may be referred to as a holder using an adhesive tape. However, the fixing member FM1 may be fixed to the end of the dielectric elastic material-containing film F1 using a method other than the adhesive tape. A plurality of wires (wire or string) W1 may be connected to the fixing member FM1 , and the wire W1 may be fixed to the rear shaft 500 . After fixing the wire W1 to the rear shaft 500 , by rotating the rear shaft 500 , the dielectric elastic material-containing film F1 may be pulled toward the rear shaft 500 or released in the opposite direction.

도 9a 내지 도 9e는 일 실시예에 따른 제작 장치를 이용해서 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하는 과정을 보여주는 사진 이미지이다. 9A to 9E are photographic images showing a process of manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using a manufacturing apparatus according to an embodiment.

도 9a를 참조하면, 유전탄성체 함유 필름(F1)을 제작 장치의 이송 롤러부(200) 상에 배치한 후, 유전탄성체 함유 필름(F1)의 길이 방향으로의 후단부를 고정부재(FM1)에 고정할 수 있다. 다음, 고정부재(FM1)에 연결된 와이어(W1)를 후방 샤프트(미도시)(도 8의 500)에 고정할 수 있다. 이로서, 유전탄성체 함유 필름(F1)의 후단부가 고정부재(FM1) 및 와이어(W1)에 의해 후방 샤프트(도 8의 500)에 연결 및 고정될 수 있다. Referring to FIG. 9A , after disposing the dielectric elastic material-containing film F1 on the transfer roller unit 200 of the manufacturing apparatus, the rear end of the dielectric elastic material-containing film F1 in the longitudinal direction is fixed to the fixing member FM1. can do. Next, the wire W1 connected to the fixing member FM1 may be fixed to the rear shaft (not shown) (500 in FIG. 8 ). As a result, the rear end of the dielectric elastic material-containing film F1 may be connected and fixed to the rear shaft ( 500 in FIG. 8 ) by the fixing member FM1 and the wire W1 .

도 9b를 참조하면, 유전탄성체 함유 필름(F1)의 길이 방향으로의 전단부를 권취 샤프트(310)에 고정할 수 있다. 예를 들어, 접착 테이프(예컨대, 양면 접착 테이프) 및/또는 접착제(예컨대, 실리콘 접착제) 등을 이용해서, 유전탄성체 함유 필름(F1)의 전단부를 권취 샤프트(310)에 고정할 수 있다. 다음, 제1 스테핑 모터(미도시)(도 7의 M1)를 약 1∼3회 정도 회전시킴으로써, 상기 전단부의 고정 과정을 완료할 수 있다. Referring to FIG. 9B , the front end of the dielectric elastic material-containing film F1 in the longitudinal direction may be fixed to the winding shaft 310 . For example, the front end of the dielectric elastic material-containing film F1 may be fixed to the winding shaft 310 using an adhesive tape (eg, double-sided adhesive tape) and/or an adhesive (eg, silicone adhesive). Next, by rotating the first stepping motor (not shown) (M1 in FIG. 7 ) about 1 to 3 times, the fixing process of the front end may be completed.

도 9a 및 도 9b의 단계는 유전탄성체 함유 필름(F1)의 양단을 고정하는 '홀딩 프로세스(holding process)'라고 할 수 있다. 상기 홀딩 프로세스(holding process)의 순서나 방식은 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 도 9b의 적어도 일부 단계를 먼저 수행한 후에 도 9a의 적어도 일부 단계를 나중에 수행할 수도 있다. The steps of FIGS. 9A and 9B may be referred to as a 'holding process' of fixing both ends of the dielectric elastic material-containing film F1. The order or method of the holding process may be variously changed. For example, after performing at least some of the steps of FIG. 9B first, at least some of the steps of FIG. 9A may be performed later.

도 9c를 참조하면, 후방 샤프트(미도시)(도 8의 500)에 연결된 제2 스테핑 모터(미도시)(도 7의 M2)를 회전시켜 와이어(W1)를 후방 샤프트(도 8의 500)에 감아줌으로써, 유전탄성체 함유 필름(F1)의 길이 방향으로 필름(F1)을 인장시켜 사전변형(제1의 사전변형)을 가할 수 있다. 이때, 제1 스테핑 모터(미도시)(도 7의 M1)는 고정되어 있을 수 있고, 제2 스테핑 모터(도 7의 M2)에 의해 후방 샤프트(도 8의 500)에 와이어(W1)가 감겨짐으로써 유전탄성체 함유 필름(F1)이 길이 방향으로 어느 만큼 늘어날 수 있다. 사전변형의 정도는 제2 스테핑 모터(도 7의 M2)의 회전 횟수에 의해 조절될 수 있다. 도 9c의 단계는 길이 방향으로의 '프리-스트레칭 프로세스(pre-stretching process)'라고 할 수 있다. Referring to FIG. 9C , a second stepping motor (not shown) (M2 in FIG. 7 ) connected to the rear shaft (not shown) (500 in FIG. 8 ) is rotated to rotate the wire W1 to the rear shaft (500 in FIG. 8 ) By winding the film, a pre-strain (first pre-strain) may be applied by stretching the film F1 in the longitudinal direction of the dielectric elastic material-containing film F1. At this time, the first stepping motor (not shown) (M1 in FIG. 7 ) may be fixed, and the wire W1 is wound around the rear shaft (500 in FIG. 8 ) by the second stepping motor (M2 in FIG. 7 ). As a result, the dielectric elastic material-containing film F1 may be stretched to some extent in the longitudinal direction. The degree of pre-strain can be adjusted by the number of rotations of the second stepping motor (M2 in FIG. 7 ). The step of FIG. 9C may be referred to as a 'pre-stretching process' in the longitudinal direction.

도 9d를 참조하면, 제1 스테핑 모터(미도시)(도 7의 M1) 및 제2 스테핑 모터(미도시)(도 7의 M2)를 동시에 구동하여, 유전탄성체 함유 필름(F1)에 걸려 있는 길이 방향으로의 사전변형 비율을 유지(실질적으로 유지)하면서 권취 샤프트(310)에 유전탄성체 함유 필름(F1)을 권취할 수 있다. 제1 스테핑 모터(도 7의 M1)는 필름(F1)을 감는 방향으로 구동될 수 있고, 제2 스테핑 모터(도 7의 M2)는 필름(F1)을 풀어주는 방향으로 구동될 수 있다. 이때, 유전탄성체 함유 필름(F1)이 사전변형 형성 롤러(320)를 지나면서 필름(F1)의 폭 방향으로 인장응력에 의한 사전변형(제2의 사전변형)이 형성될 수 있고, 이러한 폭 방향으로의 사전변형이 사전변형 유지 롤러(330)에서 대체로 유지될 수 있으며, 사전변형이 잘 유지된 상태로 권취 샤프트(310)에 권취될 수 있다. Referring to FIG. 9D , the first stepping motor (not shown) (M1 in FIG. 7) and the second stepping motor (not shown) (M2 in FIG. 7) are simultaneously driven to be hung on the dielectric elastomer-containing film F1. The dielectric elastomer-containing film F1 may be wound around the winding shaft 310 while maintaining (substantially maintaining) the pre-strain ratio in the longitudinal direction. The first stepping motor (M1 of FIG. 7 ) may be driven in a direction to wind the film F1 , and the second stepping motor ( M2 of FIG. 7 ) may be driven in a direction to unwind the film F1 . At this time, as the dielectric elastic material-containing film F1 passes through the pre-strain forming roller 320 , a pre-strain (second pre-strain) by tensile stress may be formed in the width direction of the film F1, in this width direction. The pre-strain may be generally maintained on the pre-strain retaining roller 330 , and may be wound around the winding shaft 310 with the pre-strain being well maintained.

유전탄성체 함유 필름(F1)의 폭 방향으로의 사전변형의 정도는 사전변형 형성 롤러(320)의 단위 롤러영역들의 축 각도, 간격, 사이즈, 개수 등에 의해 조절될 수 있다. 또한, 더 큰 사전변형 비율을 형성하기 위해서 두 개 이상의 사전변형 형성 롤러를 연속적으로 배열하여 사용할 수도 있다. 사전변형 형성 롤러(320)의 구성이나 사용 개수, 배치 등은 다양하게 변화될 수 있다. 도 9d의 단계는 '롤링 업 프로세스(rolling up process)'라고 할 수 있다. The degree of prestrain in the width direction of the dielectric elastic material-containing film F1 may be controlled by the axial angle, spacing, size, number, etc. of the unit roller areas of the prestrain forming roller 320 . It is also possible to use two or more pre-strain forming rollers arranged in series to form a larger pre-strain ratio. The configuration, number, and arrangement of the pre-strain forming roller 320 may be variously changed. The step of FIG. 9D may be referred to as a 'rolling up process'.

도 9e는 상기한 '롤링 업 프로세스(rolling up process)'가 완료된 상태를 보여준다. 9E shows a state in which the above 'rolling up process' is completed.

본 발명의 실시예들에 따르면, 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 자동화된 방식으로 용이하게 제작할 수 있다. 실시예에 따른 제작 장치 및 제작 방법을 이용하면, 롤타입 유전탄성체 구동기의 사전변형 비율을 용이하게(자유롭게) 그리고 정밀하게 조절할 수 있고, 우수한 균일성 및 성능을 확보할 수 있다. EMI(electromechanical instability) 현상이나 구동 성능 저하 문제 없이, 보다 높은 변위 성능을 나타낼 수 있는 롤타입 유전탄성체 구동기를 간편하고 빠르게 제작할 수 있다. According to embodiments of the present invention, a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator can be easily manufactured in an automated manner. Using the manufacturing apparatus and manufacturing method according to the embodiment, it is possible to easily (freely) and precisely adjust the pre-strain ratio of the roll-type dielectric elastomer actuator, and to ensure excellent uniformity and performance. A roll-type dielectric elastomer actuator capable of exhibiting higher displacement performance can be manufactured simply and quickly without problems of electromechanical instability (EMI) or deterioration of driving performance.

실시예들에 따른 제작 장치 및 제작 방법으로 제조된 롤타입 유전탄성체 구동기는 고전압 인가시 확장형 변위를 가질 수 있고, 폴리머 재질로 만들어져 움직임이 부드럽고 높은 유연성을 가지고 있어 구부리거나 스트레칭이 가능하며, 확장성(scalability)이 있어 다양한 크기로 제작이 가능하다. 따라서, 휴머노이드(humanoid) 로봇에 적용할 수 있는 메소 스케일(meso-scale)의 인공근육에서부터 직경 수십 mm (예컨대, 약 50 mm) 내외의 초소형 유도무기에 적용할 수 있는 밀리 스케일(milli-scale)의 구동장치까지 직선 운동 등이 필요한 다양한 분야에 적용 가능하다. The roll-type dielectric elastomer actuator manufactured by the manufacturing apparatus and manufacturing method according to the embodiments may have an extended displacement when a high voltage is applied, and it is made of a polymer material so that it has a smooth movement and high flexibility so that it can be bent or stretched, and extensibility Due to its scalability, it can be manufactured in various sizes. Therefore, from meso-scale artificial muscles that can be applied to humanoid robots to micro-guided weapons with a diameter of several tens of mm (eg, about 50 mm), milli-scale It can be applied to various fields that require linear motion, etc.

본 명세서에서는 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 2 내지 도 9e를 참조하여 설명한 실시예들에 따른 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기 제작 장치 및 제작 방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다. In the present specification, preferred embodiments have been disclosed, and although specific terms are used, these are only used in a general sense to easily explain the technical content of the present invention and help the understanding of the present invention, and to limit the scope of the present invention. it is not It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein. For example, those of ordinary skill in the art will recognize that the pre-deformed roll-type dielectric elastomer actuator manufacturing apparatus and manufacturing method according to the embodiments described with reference to FIGS. 2 to 9E may be variously modified. you will know Therefore, the scope of the invention should not be determined by the described embodiments, but should be determined by the technical idea described in the claims.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
100 : 지지 프레임 200 : 이송 롤러부
220 : 이송 롤러 250 : 제1 프레스 롤러
270 : 제2 프레스 롤러 310 : 권취 샤프트
320 : 사전변형 형성 롤러 330 : 사전변형 유지 롤러
340 : 그루브 롤러 400 : 후방 롤러부
420 : 후방 롤러 500 : 후방 샤프트
F1 : 유전탄성체 함유 필름 FM1 : 고정부재
M1 : 제1 스테핑 모터 M2 : 제2 스테핑 모터
PS1 : 파워 서플라이 W1 : 와이어* Explanation of symbols for main parts of the drawing *
100: support frame 200: transfer roller unit
220: transport roller 250: first press roller
270: second press roller 310: winding shaft
320: pre-strain forming roller 330: pre-strain retention roller
340: groove roller 400: rear roller part
420: rear roller 500: rear shaft
F1: film containing dielectric elastic material FM1: fixing member
M1: first stepping motor M2: second stepping motor
PS1: Power supply W1: Wire

Claims (15)

지지 프레임;
상기 지지 프레임 상에 장착된 것으로, 유전탄성체 함유 필름이 배치 및 이송되는 이송 롤러부;
상기 이송 롤러부의 일단측에 마련된 것으로, 상기 유전탄성체 함유 필름을 권취하는 권취 샤프트;
상기 권취 샤프트와 상기 이송 롤러부 사이에 배치된 것으로, 상기 유전탄성체 함유 필름에 인장응력에 의한 사전변형을 형성하는 사전변형 형성 롤러;
상기 사전변형 형성 롤러와 상기 권취 샤프트 사이에 배치된 것으로, 상기 사전변형 형성 롤러에 의해 상기 유전탄성체 함유 필름에 형성된 사전변형을 유지시키기 위한 사전변형 유지 롤러; 및
상기 유전탄성체 함유 필름의 이송 및 권취 과정에서 상기 유전탄성체 함유 필름의 권취부 반대쪽 단부를 잡아주는 역할을 하는 홀더부;를 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. support frame;
a conveying roller unit mounted on the support frame, on which the dielectric elastomer-containing film is disposed and conveyed;
a winding shaft provided at one end of the conveying roller unit to wind the dielectric elastic material-containing film;
a pre-strain forming roller disposed between the winding shaft and the conveying roller unit to form a pre-strain in the dielectric elastic material-containing film by tensile stress;
a prestrain holding roller disposed between the prestrain forming roller and the winding shaft for holding a prestrain formed in the dielectric elastomer-containing film by the prestrain forming roller; and
In the process of transporting and winding the dielectric elastic material-containing film, the holder portion serves to hold the opposite end of the winding portion of the dielectric elastic material-containing film;
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 1 항에 있어서,
상기 사전변형 형성 롤러는 상기 유전탄성체 함유 필름을 그의 폭 방향으로 양측으로 인장변형하도록 구성된,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. The method of claim 1,
wherein the pre-strain forming roller is configured to tensilely deform the dielectric elastomer-containing film to both sides in its width direction.
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 1 항에 있어서,
상기 사전변형 형성 롤러는 사선의 축을 갖는 복수의 단위 롤러영역을 구비하는 사선 축 롤러(diagonal axis roller)를 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. The method of claim 1,
The pre-strain forming roller comprises a diagonal axis roller having a plurality of unit roller areas having an oblique axis.
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 1 항에 있어서,
상기 사전변형 유지 롤러는 복수의 홈(groove)이 형성된 그루브 롤러(grooved roller)를 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. The method of claim 1,
wherein the pre-strain retention roller comprises a plurality of grooved grooved rollers;
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 1 항에 있어서,
상기 사전변형 형성 롤러와 상기 이송 롤러부 사이에 구비된 별도의 그루브 롤러(grooved roller)를 더 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. The method of claim 1,
Further comprising a separate grooved roller (grooved roller) provided between the pre-strain forming roller and the conveying roller portion,
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 1 항에 있어서,
상기 유전탄성체 함유 필름을 사이에 두고 상기 권취 샤프트의 반대편에 위치하는 후방 샤프트;
상기 유전탄성체 함유 필름의 권취부 반대쪽 단부가 고정되는 고정부재; 및
상기 고정부재와 상기 후방 샤프트를 연결하는 와이어;를 더 포함하고,
적어도 상기 고정부재와 상기 와이어는 상기 홀더부에 포함되는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. The method of claim 1,
a rear shaft positioned opposite to the winding shaft with the dielectric elastic material-containing film therebetween;
a fixing member to which an end opposite to the winding portion of the dielectric elastic material-containing film is fixed; and
Further comprising a; wire connecting the fixing member and the rear shaft,
At least the fixing member and the wire are included in the holder portion,
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 6 항에 있어서,
상기 권취 샤프트에 연결된 제1 스테핑 모터;
상기 후방 샤프트에 연결된 제2 스테핑 모터; 및
상기 제1 및 제2 스테핑 모터를 구동하는 구동부;를 더 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. 7. The method of claim 6,
a first stepping motor connected to the take-up shaft;
a second stepping motor coupled to the rear shaft; and
Further comprising; a driving unit for driving the first and second stepping motors;
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 6 항에 있어서,
상기 이송 롤러부의 후방측에 상기 이송 롤러부에 대하여 실질적으로 수직하게 배열되는 후방 롤러부를 더 포함하고,
상기 후방 롤러부 위쪽에 상기 후방 샤프트가 배치되며,
상기 후방 롤러부를 거쳐 상기 와이어가 상기 후방 샤프트에 연결되는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. 7. The method of claim 6,
Further comprising a rear roller portion arranged substantially perpendicular to the transfer roller portion on the rear side of the transfer roller portion,
The rear shaft is disposed above the rear roller part,
The wire is connected to the rear shaft via the rear roller part,
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 1 항에 있어서,
상기 이송 롤러부는 일렬로 배열되는 복수의 이송 롤러를 포함하고,
상기 복수의 이송 롤러 중 적어도 두 개는 사이즈 및 높이 중 적어도 하나가 서로 다른,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. The method of claim 1,
The conveying roller unit includes a plurality of conveying rollers arranged in a line,
At least two of the plurality of conveying rollers are different from each other in at least one of a size and a height,
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 9 항에 있어서,
상기 이송 롤러부의 적어도 일부는 아치(arch) 형태를 이루도록 구성된,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. 10. The method of claim 9,
At least a portion of the conveying roller portion is configured to form an arch (arch),
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 1 항에 있어서,
상기 이송 롤러부는 상기 사전변형 형성 롤러에 인접한 단부측에 배치된 프레스 롤러(press roller)를 더 포함하고, 상기 프레스 롤러는 상기 유전탄성체 함유 필름을 위에서 아래로 눌러주는 역할을 하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. The method of claim 1,
The conveying roller portion further comprises a press roller disposed on an end side adjacent to the pre-strain forming roller, the press roller serving to press the dielectric elastomer-containing film from top to bottom.
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 청구항 1에 기재된 제작 장치를 이용해서 사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기를 제작하는 방법으로,
유전탄성체 함유 필름의 일단을 상기 권취 샤프트에 고정하고 상기 유전탄성체 함유 필름의 타단을 상기 홀더부에 연결하는 단계;
상기 권취 샤프트와 상기 홀더부 사이에 위치하는 상기 유전탄성체 함유 필름에 그의 길이 방향으로 인장응력을 인가하여 제1의 사전변형을 형성하는 단계;
상기 사전변형 형성 롤러를 이용해서 상기 유전탄성체 함유 필름의 폭 방향으로 인장응력을 인가하여 제2의 사전변형을 형성하면서 상기 유전탄성체 함유 필름을 상기 권취 샤프트에 권취하는 단계;를 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 방법. A method of manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the manufacturing apparatus according to claim 1,
fixing one end of the dielectric elastic material-containing film to the winding shaft and connecting the other end of the dielectric elastic material-containing film to the holder;
forming a first pre-strain by applying a tensile stress in a longitudinal direction thereof to the dielectric elastic material-containing film positioned between the winding shaft and the holder part;
winding the dielectric elastic material-containing film on the winding shaft while forming a second prestrain by applying a tensile stress in the width direction of the dielectric elastic material-containing film using the pre-strain forming roller;
A method for fabricating a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 12 항에 있어서,
상기 제2의 사전변형을 형성하면서 상기 유전탄성체 함유 필름을 상기 권취 샤프트에 권취하는 단계에서, 상기 제1의 사전변형의 비율을 실질적으로 유지하도록 구성된,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 방법. 13. The method of claim 12,
configured to substantially maintain the ratio of the first prestrain in winding the dielectric elastomer-containing film on the winding shaft while forming the second prestrain.
A method for fabricating a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 12 항에 있어서,
상기 유전탄성체 함유 필름의 일단은 상기 권취 샤프트에 고정되고, 상기 유전탄성체 함유 필름의 타단은 후방 샤프트에 연결되며,
상기 제1의 사전변형을 형성하는 단계는 상기 후방 샤프트를 회전시켜 상기 유전탄성체 함유 필름을 그의 길이 방향으로 인장시키는 단계를 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. 13. The method of claim 12,
One end of the dielectric elastic material-containing film is fixed to the winding shaft, and the other end of the dielectric elastic material-containing film is connected to the rear shaft,
wherein forming the first prestrain comprises rotating the rear shaft to tension the dielectric-elastomer-containing film in its longitudinal direction;
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator. 제 14 항에 있어서,
상기 제2의 사전변형을 형성하면서 상기 유전탄성체 함유 필름을 상기 권취 샤프트에 권취하는 단계는 상기 권취 샤프트 및 상기 후방 샤프트를 각각 회전 구동시키는 단계를 포함하는,
사전변형된 롤타입 유전탄성체 구동기의 제작 장치. 15. The method of claim 14,
The winding of the dielectric elastic material-containing film on the winding shaft while forming the second pre-strain includes rotationally driving the winding shaft and the rear shaft, respectively.
An apparatus for manufacturing a pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator.
KR1020200001477A 2020-01-06 2020-01-06 Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same KR102340494B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200001477A KR102340494B1 (en) 2020-01-06 2020-01-06 Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200001477A KR102340494B1 (en) 2020-01-06 2020-01-06 Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210088259A true KR20210088259A (en) 2021-07-14
KR102340494B1 KR102340494B1 (en) 2021-12-17

Family

ID=76863166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200001477A KR102340494B1 (en) 2020-01-06 2020-01-06 Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102340494B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0539153A (en) * 1991-08-06 1993-02-19 Matsushita Graphic Commun Syst Inc Recording paper conveyer
KR20150004981A (en) * 2013-07-03 2015-01-14 삼성디스플레이 주식회사 Supporting device for display panel and manufacturing method of display device using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0539153A (en) * 1991-08-06 1993-02-19 Matsushita Graphic Commun Syst Inc Recording paper conveyer
KR20150004981A (en) * 2013-07-03 2015-01-14 삼성디스플레이 주식회사 Supporting device for display panel and manufacturing method of display device using the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Arun Rajamani et. al., Wound Roll Dielectric Elastomer Actuators: Fabrication, Analysis, and Experiments, IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, VOL. 13, NO. 1, FEBRUARY 2008 1부.* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102340494B1 (en) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021238433A1 (en) Terminal provided with flexible screen
US10193095B2 (en) Display device
CN104203779B (en) The formation method of Handling device and electronics package
JP6310706B2 (en) Flexible display device
KR102340494B1 (en) Manufacturing apparatus for pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator and method of manufacturing pre-strained roll-type dielectric elastomer actuator using the same
WO2021135135A1 (en) Piezoelectric drive structure and imaging module
US11534812B2 (en) Device for applying coiling-tension to a slit band sheet
US9663314B2 (en) Roll-to-roll substrates transferring unit and method of processing substrates using the substrates transferring unit
US20230005766A1 (en) Non-rigid pad for device transfer, method for manufacturing non-rigid pad for device transfer, and non-rigid pad group for device transfer comprising non-rigid pad for device transfer
WO2021218809A1 (en) Projection apparatus
US9815652B2 (en) Film treating method
WO2021218807A1 (en) Projection apparatus
JP7095650B2 (en) Grease supply method for meandering correction device
CN106129477B (en) Rolling device and rolling method
Randazzo et al. Architecture for the semi-automatic fabrication and assembly of thin-film based dielectric elastomer actuators
JP5929324B2 (en) Transport device
KR102552366B1 (en) Coiled-microhinge metasheet and stretchable device having the same
JP2006149156A (en) Electrostatic attractor, and transfer method of sheet type attracted material using its electrostatic attractor
JP2020090701A (en) Thin film deposition apparatus
JP2014217124A (en) Actuator
KR20190029067A (en) Bending revision device of electrode
JP2018177392A (en) Substrate holding device
JP6850708B2 (en) Actuator manufacturing method
JP2008198811A (en) Electrostrictive type actuator
JP6606424B2 (en) Unwinding device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant