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ACTUATOR ELEMENT AND ACTUATOR

Patent code P150011592
File No. N14001
Posted date Mar 24, 2015
Application number P2014-106300
Publication number P2015-122935A
Patent number P6323948
Date of filing May 22, 2014
Date of publication of application Jul 2, 2015
Date of registration Apr 20, 2018
Priority data
  • P2013-238436 (Nov 19, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)橋本 稔
  • (In Japanese)所 宏美
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title ACTUATOR ELEMENT AND ACTUATOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator element capable of increasing recovery stress while reducing an applied voltage.
SOLUTION: An actuator element 5 includes: a dielectric layer 10; and a pair of electrodes 12, 14 disposed by sandwiching the dielectric layer 10 in a thickness direction. The dielectric layer 10 is composed of a gelatinous dielectric substance that is creep-deformed when a voltage is applied to the electrodes 12, 14. A surface on a side in contact with at least the positive electrode 12 out of the pair of electrodes 12, 14 is a dielectric layer formed on an uneven surface that absorbs the creep deformation. The surface shrinks in a thickness direction when a voltage is applied between the electrodes 12, 14, and recovers to an original thickness when the applied voltage is released.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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、
該ゲル状誘電体が、エレクトロスピニングによって、ファイバー状のポリマーが折り重なるようにして結着して、ファイバー間に空隙を有する3次元のネット構造体をなす不織布に形成されており、
該不織布が、前記電極間に電圧を印加した際にはクリープ変形した変形分が前記空隙内に入りこむことによって厚さ方向に収縮し、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記載のアクチュエータ素子。

【請求項3】
 
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または2記載のアクチュエータ素子。

【請求項4】
 
前記一対の電極のうち、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または2記載のアクチュエータ素子。

【請求項5】
 
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1~4のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。

【請求項6】
 
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、該ゲル状誘電体が、エレクトロスピニングによって、ファイバー状のポリマーが折り重なるようにして結着して、ファイバー間に空隙を有する3次元のネット構造体をなす不織布に形成された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、
前記不織布が、前記電極間に電圧を印加した際にはクリープ変形した変形分が前記空隙内に入りこむことによって厚さ方向に収縮し、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7】
 
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6記載のアクチュエータ。

【請求項8】
 
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6または7記載のアクチュエータ。

【請求項9】
 
前記一対の電極のうち、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6または7記載のアクチュエータ。

【請求項10】
 
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6~9いずれか一項記載のアクチュエータ。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2014106300thum.jpg
State of application right Registered
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