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アクチュエータ素子及びアクチュエータ コモンズ

国内特許コード P150011592
整理番号 N14001
掲載日 2015年3月24日
出願番号 特願2014-106300
公開番号 特開2015-122935
出願日 平成26年5月22日(2014.5.22)
公開日 平成27年7月2日(2015.7.2)
優先権データ
  • 特願2013-238436 (2013.11.19) JP
発明者
  • 橋本 稔
  • 所 宏美
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 アクチュエータ素子及びアクチュエータ コモンズ
発明の概要 【課題】印加電圧を低減させかつ回復応力を増大させることを可能にするアクチュエータ素子を提供する。
【解決手段】アクチュエータ素子5は、誘電体層10と、誘電体層10を厚さ方向に挟んで配される一対の電極12、14とを備え、誘電体層10が、電極12、14間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、少なくとも一対の電極12、14のうちの陽極12に接する側の表面が、前記クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であり、電極12、14間に電圧を印加した際には厚さ方向に収縮し、電圧の印加を解除した際には元の厚さに復帰する作用をなす。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



近年、高分子材料を用いた次世代型アクチュエータが注目されている。たとえば、伸縮率と発生力に優れるが応答性が低い導電性高分子、発生力と応答性に優れるが高い印加電圧が必要とされる誘電性エラストマ等である。これらと比較して、本願の発明者により開発されたPVCゲルアクチュエータは、柔軟で伸縮性に富み、大気中での収縮駆動が可能であり(非特許文献1)、PVCゲルの薄膜化によって、印加電圧100Vで収縮率25%、回復応力24.4kPa/cmという優れた特性を備えている(非特許文献2)。





PVCゲルは、ポリ塩化ビニル(PVC)と可塑剤であるアジピン酸ジブチル(DBA)を、溶媒テトラヒドロフラン(THF)中で混合し、その混合液をシャーレにキャストして得ることができる。図15に示すように、PVCゲルは電圧印加により陽極近傍でクリープ変形を生じる。PVCゲルアクチュエータはこの特性を利用して、ゲルをメッシュ状の陽極と箔状の陰極とで挟んだ構造とすることによって構成される。





図16は、ゲルアクチュエータの最も基本となる構造で、メッシュ状の電極(陽極)をゲルシートにより挟み、双方のゲルシートの外面に箔状の電極(陰極)を設けたものである。このゲルアクチュエータは、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、ゲルがメッシュの空間内に引き込まれ、全体として厚さ方向に収縮し、電圧印加を除去するとゲル自体の弾性によって元の状態(元の厚さ)に戻るように作用する。図16に示すアクチュエータを厚さ方向に積層した構成とすることにより、アクチュエータの変位量と回復応力を増大させることができる。

産業上の利用分野



本発明は、誘電体層に、陽極に接する側の表面が凹凸面に形成された誘電体層を使用したアクチュエータ素子及びこれを用いたアクチュエータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
誘電体層と、該誘電体層を厚さ方向に挟んで配される一対の電極とを備え、
前記誘電体層が、前記電極間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、少なくとも前記一対の電極のうちの陽極に接する側の表面が、前記クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であり、
前記電極間に電圧を印加した際には厚さ方向に収縮し、電圧の印加を解除した際には元の厚さに復帰することを特徴とするアクチュエータ素子。

【請求項2】
前記誘電体層が、3次元のネット構造体をなすことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ素子。

【請求項3】
前記誘電体層がエレクトロスピニングによりネット構造体に形成されていることを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ素子。

【請求項4】
前記誘電体層と電極とが厚さ方向に交互に積層されていることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。

【請求項5】
前記一対の電極が、ともに箔状の電極からなることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。

【請求項6】
前記一対の電極のうち、前記陽極がメッシュ状の電極からなることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。

【請求項7】
前記誘電体層が、ポリ塩化ビニルからなることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。

【請求項8】
誘電体層および、該誘電体層を厚さ方向に挟んで配される一対の電極を備え、前記誘電体層が、前記電極間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、少なくとも前記一対の電極のうちの陽極に接する側の表面が、前記クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であるアクチュエータ素子と、
前記電極間に、電圧をON-OFF制御して印加する電圧印加手段とを備え、
前記電極間に電圧を印加した際には厚さ方向に収縮し、電圧の印加を解除した際には元の厚さに復帰することを特徴とするアクチュエータ。

【請求項9】
前記誘電体層が、3次元のネット構造体をなすアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8記載のアクチュエータ。

【請求項10】
前記誘電体層がエレクトロスピニングによりネット構造体に形成されているアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項9記載のアクチュエータ。

【請求項11】
前記誘電体層と電極とが厚さ方向に交互に積層されているアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8~10いずれか一項記載のアクチュエータ。

【請求項12】
前記一対の電極が、ともに箔状の電極からなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8~11いずれか一項記載のアクチュエータ。

【請求項13】
前記一対の電極のうち、前記陽極がメッシュ状の電極からなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8~11いずれか一項記載のアクチュエータ。

【請求項14】
前記誘電体層が、ポリ塩化ビニルからなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8~13いずれか一項記載のアクチュエータ。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2014106300thum.jpg
出願権利状態 公開
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