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ゲルアクチュエータ及びその製造方法 コモンズ

国内特許コード P150011563
整理番号 N11112PCTJP
掲載日 2015年3月24日
出願番号 特願2013-558691
登録番号 特許第5713417号
出願日 平成25年2月12日(2013.2.12)
登録日 平成27年3月20日(2015.3.20)
国際出願番号 JP2013053249
国際公開番号 WO2013122047
国際出願日 平成25年2月12日(2013.2.12)
国際公開日 平成25年8月22日(2013.8.22)
優先権データ
  • 特願2012-029010 (2012.2.14) JP
発明者
  • 橋本 稔
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 ゲルアクチュエータ及びその製造方法 コモンズ
発明の概要 低電圧で生体筋に匹敵する発生力を有し、アクチュエータ素子としてさまざまな用途に利用することが可能なゲルアクチュエータを提供する。
ゲルアクチュエータ10は、誘電性高分子材料を含むゲル層14と、ゲル層14を厚さ方向に挟む陽極12と陰極16とからなる単位構造を備えるものであって、陽極12は、ゲル層14に対向する面が凹凸面に形成されていて、凹凸面の凸部がゲル層14に接触して、凹凸面の凹部が空隙になっているものである。
従来技術、競合技術の概要



医療・福祉分野で使用されるロボットをはじめとするさまざまな機械システムは、人間に対する親和性、安全性が求められることから、これらの条件を満足する次世代型のアクチュエータの開発が求められている。そのなかでも高分子材料を用いたアクチュエータは、人間の生体筋のようにソフトで、小型軽量であり、エネルギー効率が高いという利点を持つため、数多くの研究がなされている。しかしながら、高分子アクチュエータは溶液中でのみ駆動するタイプや屈曲変形するタイプ(特許文献1)が多く、生体筋のように大気中で伸縮する高分子アクチュエータは限られている。





高分子材料の一つであるポリ塩化ビニル(PVC)を可塑剤によりゲル化したPVCゲルは、陽極近傍でクリープ変形を生じ、大気中での高い伸縮率と応答性を有することが知られている(非特許文献1)。本発明者らは、このPVCゲルの電場駆動特性に着目し、陽極にメッシュ形状を有する電極を用いてPVCゲルを電極で挟み、積層することにより大気中で収縮駆動するソフトアクチュエータを開発し(非特許文献2)、その特性を明らかにするとともに(非特許文献3)、そのモデル化と制御に関する研究を行ってきた。さらに、この原理を利用した負作動型ブレーキの開発を行った(非特許文献4)。





これらの一連の研究により、600Vの電圧印加で変位率10%、発生力400Pa/Layer、応答性7Hzという特性を有し、大気中において低消費電力で伸縮駆動するアクチュエータの実現可能性を示した。本アクチュエータは電場印加により剛性が増加するという、生体筋によく似た特性を有するとともに、フィードバック制御により正確な変位制御が可能で、このアクチュエータを一つの制御要素として扱えることも明らかになった。

産業上の利用分野



本発明は、ロボットをはじめとするさまざまな機械システムに利用することができるゲルアクチュエータ及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
誘電性高分子材料を含むゲル層と、そのゲル層を厚さ方向に挟む陽極と陰極とからなる単位構造を備えるゲルアクチュエータであって、
前記陽極は、前記ゲル層に対向する面が凹凸面に形成されていて、前記凹凸面の凸部が前記ゲル層に接触して、前記凹凸面の凹部が空隙になっていることを特徴とするゲルアクチュエータ。

【請求項2】
前記単位構造が、電気的短絡を回避する配置で、複数層に積層されていることを特徴とする請求項1に記載のゲルアクチュエータ。

【請求項3】
前記陽極の両面に前記ゲル層が設けられ、それぞれのゲル層に前記陰極が積層されて形成されていることを特徴とする請求項2に記載のゲルアクチュエータ。

【請求項4】
前記陰極の両面に前記ゲル層が設けられ、それぞれのゲル層に前記陽極が積層されて形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載のゲルアクチュエータ。

【請求項5】
前記陽極が、その陽極の一方の面における前記凸部と前記凹部とを、他方の面における前記凹部と前記凸部とする波形形状に形成され、前記凸部と前記凹部とが同形に形成されていることを特徴とする請求項1~4の何れかに記載のゲルアクチュエータ。

【請求項6】
前記陽極が、非導電性材からなるベース材の一方の面が凹凸形状に形成されていて、その凹凸形状の表面に導電層が被覆されて形成されていることを特徴とする請求項1~4の何れかに記載のゲルアクチュエータ。

【請求項7】
誘電性高分子材料を含むゲル層と、そのゲル層を厚さ方向に挟む陽極と陰極とからなる単位構造を備え、前記陽極に形成された凹凸面の凸部が前記ゲル層に接触し前記凹凸面の凹部が空隙になっているゲルアクチュエータの製造方法であって、
前記陽極の前記ゲル層に対向する面を、前記凹凸面に形成する工程と、
前記凸部を前記ゲル層に接触させて前記凹部を前記空隙にする工程と有することを特徴とするゲルアクチュエータの製造方法。

【請求項8】
前記陰極の両面に前記ゲル層を設けたゲルシートを形成する工程と、
前記ゲルシートに前記陽極を積層する工程とを、有することを特徴とする請求項7に記載のゲルアクチュエータの製造方法。
産業区分
  • 発電、電動
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2013558691thum.jpg
出願権利状態 登録
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