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JP5375487B2 - Actuator - Google Patents
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JP5375487B2 - Actuator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator capable of linearly moving a movable body correctly in assumed direction, even with a simple structure. <P>SOLUTION: The actuator includes actuator elements 12 and 12 wherein two sheets formed of electrostrictive material are laminated together and bent in bellows, and a movable body 11 supported by the plurality of actuator elements 12 and 12. In the actuator elements 12 and 12, electrode parts 13 and 13 are intermittently formed on both surfaces of one sheet being laminated. In the bellows form, a tilted part where the electrode parts 13 and 13 are formed and a tilted part where no electrode is formed are presented alternately. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、電歪材料を用いた送り部材により挟持された可動体を、略直線状に微小送りすることができるアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator capable of minutely feeding a movable body sandwiched by a feeding member using an electrostrictive material in a substantially linear shape.

医療機器、産業用ロボット等は、精緻な動きを要求される機会が多い。したがって、小型、軽量であり、しかも柔軟性に富むアクチュエータの開発が急務となっている。例えばイオン導電性高分子を用いた高分子アクチュエータは、イオン導電性高分子膜と、表面に相互に絶縁状態で接合した金属電極とで構成されており、金属電極間に電圧を印加することによりイオン導電性高分子膜に湾曲等の変形を生じさせている。   Medical devices, industrial robots, and the like often require precise movements. Therefore, there is an urgent need to develop an actuator that is small, lightweight, and flexible. For example, a polymer actuator using an ion conductive polymer is composed of an ion conductive polymer film and a metal electrode joined to the surface in an insulated state. By applying a voltage between the metal electrodes, Deformation such as bending is caused in the ion conductive polymer film.

また、上述したアクチュエータを組み合わせることにより、湾曲等の変形動作を直線運動、回転運動等に変換する動作機構も提案されている。例えば特許文献1には、平板を一定の方向へ直線移動させることができるアクチュエータシステムが開示されている。図1は、従来のアクチュエータシステムの構成を示す模式図である。   There has also been proposed an operation mechanism that converts a deformation operation such as bending into a linear motion, a rotational motion, or the like by combining the above-described actuators. For example, Patent Literature 1 discloses an actuator system that can linearly move a flat plate in a certain direction. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional actuator system.

図1において、従来のアクチュエータシステム1は、複数の高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dの上に、移動対象となる平板2を載置してある。平板2の、高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dに面する側には、爪部3が設けてある。   In FIG. 1, a conventional actuator system 1 has a flat plate 2 to be moved on a plurality of polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, 4d. A claw portion 3 is provided on the side of the flat plate 2 facing the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c and 4d.

高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dの両面には電極膜を設けてあり、電源E1、E2により高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dに電圧を印加した場合、電圧の極性に応じて高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dが図1の左右方向に湾曲する。電源E1及びE2を、1個おきに高分子アクチュエータ素子4a、4c、及び4b、4dにそれぞれ接続しておき、極性を互いに逆転しておくことにより、印加する電圧の極性に応じて高分子アクチュエータ素子4a、4cが右(左)方向に湾曲する場合には高分子アクチュエータ素子4b、4dが左(右)方向に湾曲する。   Electrode films are provided on both surfaces of the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, and 4d. When a voltage is applied to the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, and 4d by the power sources E1 and E2, the voltage depends on the polarity of the voltage. Thus, the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, and 4d are curved in the left-right direction in FIG. By connecting the power supplies E1 and E2 to the polymer actuator elements 4a, 4c, 4b, and 4d every other power supply and reversing the polarities, the polymer actuators are applied according to the polarity of the applied voltage. When the elements 4a and 4c are bent in the right (left) direction, the polymer actuator elements 4b and 4d are bent in the left (right) direction.

高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dが右方向に湾曲した場合、湾曲部分が平板2の爪部3に引っかかって平板2は右方向へと移動する。一方、高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dが左方向に湾曲した場合、湾曲部分は平板2の爪部3に引っかからず、平板2は移動することがない。したがって、高分子アクチュエータ素子4a、4cと、高分子アクチュエータ素子4b、4dとを、それぞれ交互に左右に湾曲させることにより、平板2は右方向へ円滑に移動することができる。   When the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, and 4d are bent in the right direction, the curved portion is caught by the claw portion 3 of the flat plate 2 and the flat plate 2 moves in the right direction. On the other hand, when the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, and 4d are bent in the left direction, the curved portion is not caught by the claw portion 3 of the flat plate 2, and the flat plate 2 does not move. Therefore, the flat plate 2 can be smoothly moved rightward by bending the polymer actuator elements 4a and 4c and the polymer actuator elements 4b and 4d alternately to the left and right.

特開2007−151249号公報JP 2007-151249 A

しかし、特許文献1に記載のアクチュエータシステム1では、移動対象である平板2に爪部3等の移動を促進するための加工を施す必要があり、コスト増加の要因となる。また、高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dを鉛直方向に配置する必要がある等の制約も生じ、装置全体の構造が複雑になるという問題点があった。   However, in the actuator system 1 described in Patent Literature 1, it is necessary to perform processing for promoting the movement of the claw portion 3 and the like on the flat plate 2 that is the movement target, which causes an increase in cost. In addition, there is a problem that the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, and 4d need to be arranged in the vertical direction, and the structure of the entire apparatus becomes complicated.

また、平板2は、高分子アクチュエータ素子4a、4b、4c、4dの上に載置されており、直線移動はできるものの、その移動方向を制御することは困難である。すなわち、外力が付与された場合には容易に平板2に位置ずれが生じ、正しく直線移動させることが困難であるという問題点もあった。   The flat plate 2 is placed on the polymer actuator elements 4a, 4b, 4c, and 4d, and can move linearly, but it is difficult to control the moving direction. That is, when an external force is applied, the flat plate 2 is easily displaced, and it is difficult to move the straight line correctly.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造であっても可動体を想定した方向へ正しく直線移動させることができるアクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an actuator that can be linearly moved in a direction assuming a movable body even with a simple structure.

上記目的を達成するために第1発明に係るアクチュエータは、電歪材料で形成された二枚のシートを張り合わせて蛇腹形状に折り曲げたアクチュエータ素子と、複数の前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してある可動体とを有するアクチュエータであって、前記アクチュエータ素子は、張り合わせてある一方の前記シートの表裏両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、前記電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してあることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an actuator according to the first invention is supported by an actuator element in which two sheets made of an electrostrictive material are laminated and bent into a bellows shape, and a plurality of top portions of the plurality of actuator elements. The actuator element has an electrode film intermittently formed on both front and back surfaces of one of the sheets that are bonded together, and the electrode film is formed in a bellows shape. The inclined portions that are formed and the inclined portions that are not formed are alternately arranged.

第1発明では、電歪材料で形成された二枚のシートを張り合わせて蛇腹形状に折り曲げたアクチュエータ素子の複数の頂部にて可動体を支持してある。アクチュエータ素子は、張り合わせてある一方のシートの表裏両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してある。電極膜に電圧を印加した場合、電極膜が形成されている傾斜部では電歪材料で形成されたシートが延伸するとともに硬化し、電極膜が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さに維持される。したがって、可動体と接触している蛇腹形状は、例えば右上がり(右下がり)の傾斜部に電極膜が形成されている場合には右(左)方向へと変形し、蛇腹形状の頂部は右(左)方向へと移動する。よって、該頂部に接触している可動体を直線移動させることができる。   In the first invention, the movable body is supported by a plurality of apexes of the actuator element in which two sheets made of an electrostrictive material are bonded and bent into a bellows shape. In the actuator element, electrode films are intermittently formed on both the front and back surfaces of one of the laminated sheets, and in the bellows shape, the inclined portions where the electrode films are formed and the inclined portions where the electrode films are not formed are alternately arranged. It is. When a voltage is applied to the electrode film, the sheet formed of the electrostrictive material is stretched and cured in the inclined portion where the electrode film is formed, and before the voltage is applied in the inclined portion where the electrode film is not formed. Maintained at the length of Therefore, the bellows shape that is in contact with the movable body is deformed to the right (left) direction when the electrode film is formed on, for example, an upward slope (downward right), and the top of the bellows shape is on the right. Move in the (left) direction. Therefore, the movable body in contact with the top can be linearly moved.

また、第2発明に係るアクチュエータは、第1発明において、前記アクチュエータ素子は、前記可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してあることを特徴とする。   The actuator according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect, the actuator element has a plurality of apexes positioned on the side opposite to the side in contact with the movable body fixed to a fixed member. To do.

第2発明では、アクチュエータ素子は、可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してある。電極膜に電圧を印加した場合、電極膜が形成されている傾斜部では電歪材料で形成されたシートが延伸するとともに硬化し、電極膜が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さに維持される。可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してあるので、可動体と接触している蛇腹形状の変形により、可動体と接触する側に位置する複数の頂部が移動し、該頂部に接触している可動体を直線移動させることができる。   In the second invention, the actuator element has a plurality of apexes located on the side opposite to the side in contact with the movable body fixed to the fixed member. When a voltage is applied to the electrode film, the sheet formed of the electrostrictive material is stretched and cured in the inclined portion where the electrode film is formed, and before the voltage is applied in the inclined portion where the electrode film is not formed. Maintained at the length of Since the tops located on the side opposite to the side in contact with the movable body are fixed to the fixed member, a plurality of positions located on the side in contact with the movable body due to deformation of the bellows shape in contact with the movable body The top of the movable body moves, and the movable body in contact with the top can be moved linearly.

また、第3発明に係るアクチュエータは、第1又は第2発明において、前記可動体は板状であり、前記アクチュエータ素子は、前記可動体を挟んで互いに対向する位置に配置してあることを特徴とするアクチュエータ。   An actuator according to a third invention is characterized in that, in the first or second invention, the movable body is plate-shaped, and the actuator elements are arranged at positions facing each other across the movable body. Actuator.

第3発明では、板状の可動体を、互いに対向する位置に配置してあるアクチュエータ素子で挟むことにより、板状の可動体を一定方向へ確実に直線移動させることが可能となる。   In the third aspect of the invention, the plate-shaped movable body can be surely linearly moved in a certain direction by sandwiching the plate-shaped movable body between the actuator elements arranged at positions facing each other.

また、第4発明に係るアクチュエータは、第3発明において、前記可動体を挟んで相対する電極膜に印加する電圧の極性を切り替える極性切替手段を備えることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the actuator according to the third aspect, further comprising polarity switching means for switching a polarity of a voltage applied to the electrode films facing each other with the movable body interposed therebetween.

第4発明では、可動体を挟んで相対する電極膜に印加する電圧の極性を切り替えることにより、両者が同じ極性である場合には可動体を移動させることができ、両者が異なる極性である場合には可動体を保持することができるアクチュエータを構成することが可能となる。   In the fourth invention, by switching the polarity of the voltage applied to the electrode films facing each other across the movable body, the movable body can be moved when both have the same polarity, and both have different polarities. It is possible to configure an actuator that can hold a movable body.

また、第5発明に係るアクチュエータは、第1又は第2発明において、前記アクチュエータ素子は、前記固定部材を挟んで互いに対向する位置にて前記固定部材に配置してあり、前記可動体は、前記固定部材と接触する側とは反対側に位置する、前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してあることを特徴とする。   The actuator according to a fifth aspect is the actuator according to the first or second aspect, wherein the actuator element is disposed on the fixed member at a position facing each other with the fixed member interposed therebetween, and the movable body is The actuator element is supported by a plurality of top portions located on the side opposite to the side in contact with the fixing member.

第5発明では、アクチュエータ素子は、固定部材を挟んで互いに対向する位置にて固定部材に配置してある。可動体は、固定部材と接触する側とは反対側に位置する、アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してある。これにより、アクチュエータ素子を両側から挟むような形状の可動体であっても、確実に直線移動させることが可能となる。   In the fifth invention, the actuator element is arranged on the fixing member at a position facing each other across the fixing member. The movable body is supported by a plurality of top portions of the actuator element located on the side opposite to the side in contact with the fixed member. Thereby, even if it is a movable body of the shape which pinches | interposes an actuator element from both sides, it becomes possible to move linearly reliably.

また、第6発明に係るアクチュエータは、第1乃至第5発明のいずれか1つにおいて、前記電極膜は、金属材料にて形成してあることを特徴とする。   An actuator according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the electrode film is formed of a metal material.

第6発明では、電極膜を金属材料にて形成することにより、比較的安価なアクチュエータを提供することが可能となる。   In the sixth invention, it is possible to provide a relatively inexpensive actuator by forming the electrode film from a metal material.

第7発明に係るアクチュエータは、第1乃至第5発明のいずれか1つにおいて、前記電極膜は、導電性高分子材料にて形成してあることを特徴とする。   An actuator according to a seventh invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the electrode film is formed of a conductive polymer material.

第7発明では、電極膜を導電性高分子材料にて形成することにより、電極膜が電歪材料で形成してあるシートと密着しやすく、アクチュエータ素子の変形により電極膜が剥離するのを効果的に抑制することが可能となる。   In the seventh invention, by forming the electrode film from a conductive polymer material, the electrode film can be easily adhered to a sheet formed of an electrostrictive material, and the electrode film is effectively peeled off due to deformation of the actuator element. Can be suppressed.

上記構成により、張り合わせてある一方のシートの両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してある。電極膜に電圧を印加した場合、電極膜が形成されている傾斜部では電歪材料で形成されたシートが延伸するとともに硬化し、電極膜が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さに維持される。したがって、可動体と接触している蛇腹形状は、例えば右上がり(右下がり)の傾斜部に電極膜が形成されている場合には右(左)方向へと変形し、蛇腹形状の頂部は右(左)方向へと移動する。よって、該頂部に接触している可動体を直線移動させることができる。   With the above configuration, the electrode films are intermittently formed on both surfaces of one of the laminated sheets, and in the bellows shape, the inclined portions where the electrode films are formed and the inclined portions where the electrode films are not formed are alternately arranged. It is. When a voltage is applied to the electrode film, the sheet formed of the electrostrictive material is stretched and cured in the inclined portion where the electrode film is formed, and before the voltage is applied in the inclined portion where the electrode film is not formed. Maintained at the length of Therefore, the bellows shape that is in contact with the movable body is deformed to the right (left) direction when the electrode film is formed on, for example, an upward slope (downward right), and the top of the bellows shape is on the right. Move in the (left) direction. Therefore, the movable body in contact with the top can be linearly moved.

従来のアクチュエータシステムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the conventional actuator system. 本発明の実施の形態1に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the actuator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るアクチュエータのアクチュエータ素子の製造工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the actuator element of the actuator which concerns on Embodiment 1 of this invention. ユニモルフ型アクチュエータの動作原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of operation of a unimorph type actuator. 本発明の実施の形態1に係るアクチュエータの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating operation | movement of the actuator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るアクチュエータの、印加する電圧の極性を切り替えた場合の動作説明のための模式図である。It is a schematic diagram for operation | movement description at the time of switching the polarity of the voltage to apply of the actuator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the actuator which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the actuator which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係るアクチュエータの構成を模式的に示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing typically the composition of the actuator concerning Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態5に係るアクチュエータの構成を模式的に示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing typically the composition of the actuator concerning Embodiment 5 of the present invention. 本発明の実施の形態5に係るアクチュエータの、弾性部材を設ける場合のアクチュエータ素子の取付工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the attachment process of the actuator element in the case of providing the elastic member of the actuator which concerns on Embodiment 5 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、可動体が板状の部材である場合について説明するが、特にこれに限定されるものではなく、アクチュエータ素子の変形に応じて移動することが可能な形状であれば何でも良い。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the case where the movable body is a plate-like member will be described. However, the movable body is not particularly limited to this, and may have a shape that can move according to the deformation of the actuator element. Anything is fine.

(実施の形態1)
図2は、本発明の実施の形態1に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。実施の形態1に係るアクチュエータ10は、矢印方向に移動することが可能な板状の可動体11を、アクチュエータ素子12、12の複数の頂部にて上下から挟持してあり、アクチュエータ素子12、12の可動体11と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部は固定部材14に固着されている。アクチュエータ素子12、12は蛇腹形状をなしており、傾斜している傾斜部には、1つおきに電極部(電極膜)13、13、・・・が形成してある。すなわち、同じ方向に傾斜している傾斜部(図2では、上方のアクチュエータ素子12では右下がり方向に、下方のアクチュエータ素子12では右上がり方向に、それぞれ傾斜している傾斜部)に電極部13、13、・・・が形成してある。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the actuator according to Embodiment 1 of the present invention. In the actuator 10 according to the first embodiment, a plate-like movable body 11 that can move in the arrow direction is sandwiched from above and below by a plurality of apexes of the actuator elements 12, 12. A plurality of top portions located on the side opposite to the side in contact with the movable body 11 are fixed to the fixing member 14. The actuator elements 12, 12 have a bellows shape, and every other inclined electrode portion (electrode film) 13, 13,... Is formed on the inclined portion. In other words, the electrode portion 13 is formed on an inclined portion that is inclined in the same direction (in FIG. 2, the inclined portion that is inclined downward in the right direction in the upper actuator element 12 and in the upward direction in the lower actuator element 12). , 13,... Are formed.

図3は、本発明の実施の形態1に係るアクチュエータ10のアクチュエータ素子12の製造工程を模式的に示す断面図である。まず図3(a)に示すように、高分子電歪材料で形成された二枚の電歪シート(シート)31、32を準備し、一方の電歪シート31の表裏両面に、電極部13として所定の間隔にて電極膜33、34を形成する。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the actuator element 12 of the actuator 10 according to the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, two electrostrictive sheets (sheets) 31 and 32 formed of a polymer electrostrictive material are prepared, and electrode portions 13 are provided on both front and back surfaces of one electrostrictive sheet 31. As a result, the electrode films 33 and 34 are formed at predetermined intervals.

電歪シート31、32を形成する高分子電歪材料としては、強誘電性を有する高分子圧電材料であれば、特に限定されるものではない。例えばPVDF(ポリビニリデンフルオロイド)、PVDF(ポリビニリデンフルオロイド)系のコーポリマであるPVDF−TrFE、あるいはPVDF系のターポリマ、例えばPVDF−TrFE−CFE、PVDF−TrFE−CTFE、PVDF−TrFE−CDFE、PVDF−TrFE−HFA、PVDF−TrFE−HFP、PVDF−TrFE−VC等が好ましい。なお、TrFEはトリフルオロエチレンを、CFEはクロロフルオロエチレンを、CTFEはクロロトリフルオロエチレンを、CDFEはクロロディフルオロエチレンを、HFAはヘキサフルオロアセトンを、HFPはヘキサフルオロプロピレンを、VCはビニルクロライドを、それぞれ示している。   The polymer electrostrictive material forming the electrostrictive sheets 31 and 32 is not particularly limited as long as it is a polymer piezoelectric material having ferroelectricity. For example, PVDF (polyvinylidene fluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride) -based copolymer PVDF-TrFE, or PVDF-based terpolymers, such as PVDF-TrFE-CFE, PVDF-TrFE-CTFE, PVDF-TrFE-CDFE, PVDF-TrFE-HFA, PVDF-TrFE-HFP, PVDF-TrFE-VC and the like are preferable. TrFE is trifluoroethylene, CFE is chlorofluoroethylene, CTFE is chlorotrifluoroethylene, CDFE is chlorodifluoroethylene, HFA is hexafluoroacetone, HFP is hexafluoropropylene, and VC is vinyl chloride. Respectively.

具体的には、電歪シート31、32として、上述した高分子電歪材料を用いて数μmから100μm程度のシートを成形する。そして、一方の電歪シート31の表裏両面に、蒸着あるいはスパッタにより、Ni(ニッケル)、Pt(白金)、Pt−Pd(白金−パラジウム合金)、Al(アルミニウム)、Au(金)、Au−Pd(金パラジウム合金)等の金属膜を20nm〜50nm程度、電極膜33、34として所定の間隔にて形成する。電極膜33、34を形成した後、図3(b)に示すように、電歪シート31、32をエポキシ系の熱硬化性接着剤、UV硬化性接着剤等を用いて張り合わせる。   Specifically, as the electrostrictive sheets 31 and 32, a sheet having a thickness of several μm to 100 μm is formed using the above-described polymer electrostrictive material. Then, Ni (nickel), Pt (platinum), Pt—Pd (platinum-palladium alloy), Al (aluminum), Au (gold), Au— are formed on both the front and back surfaces of one electrostrictive sheet 31 by vapor deposition or sputtering. A metal film of Pd (gold palladium alloy) or the like is formed as electrode films 33 and 34 at a predetermined interval of about 20 nm to 50 nm. After forming the electrode films 33 and 34, as shown in FIG. 3B, the electrostrictive sheets 31 and 32 are bonded together using an epoxy thermosetting adhesive, a UV curable adhesive, or the like.

その後、図3(c)に示すように、二枚の電歪シート31、32を張り合わせた状態のまま蛇腹形状に折り曲げ、電極膜33、34が、蛇腹形状の1つおきの傾斜部に形成されるように、すなわち同じ方向に傾斜している傾斜部(図3では、右上がり方向に傾斜している傾斜部)に形成されたアクチュエータ素子12を得る。図3(c)では、右上がりの傾斜部には電極膜33、34が形成され、右下がりの傾斜部には形成されていない。   Thereafter, as shown in FIG. 3 (c), the two electrostrictive sheets 31 and 32 are folded together into a bellows shape, and electrode films 33 and 34 are formed on every other inclined portion of the bellows shape. In other words, the actuator element 12 formed in the inclined portion inclined in the same direction (inclined portion inclined in the upward direction in FIG. 3) is obtained. In FIG. 3 (c), the electrode films 33 and 34 are formed on the upwardly inclined portion, and are not formed on the downwardly inclined portion.

このようにすることで、蛇腹形状の1つおきの傾斜部に電極部13を形成した、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能させることができる。図4は、ユニモルフ型アクチュエータの動作原理の説明図である。   By doing in this way, it can function as what is called a unimorph type actuator which formed electrode part 13 in every other inclined part of a bellows shape. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operating principle of the unimorph actuator.

図4の例では、上述した高分子電歪材料からなる二枚の電歪シート41、42の、一方の電歪シート41の表裏両面に電極膜43、44を形成してあり、電歪シート41、42をエポキシ系の熱硬化性接着剤、UV硬化性接着剤等を用いて張り合わせてある。張り合わせた電歪シート41、42の一端を支持部材に固着し、他端は変形することが可能に開放してある。   In the example of FIG. 4, the electrode films 43 and 44 are formed on the front and back surfaces of one electrostrictive sheet 41 of the two electrostrictive sheets 41 and 42 made of the above-described polymer electrostrictive material. 41 and 42 are bonded together using an epoxy thermosetting adhesive, a UV curable adhesive, or the like. One end of the electrostrictive sheets 41 and 42 bonded together is fixed to the support member, and the other end is opened so that it can be deformed.

電極膜43、44を電源45に接続して、所定の電圧を印加した場合、電極膜43、44が形成してある電歪シート41は厚み方向に収縮し、ポアソン比に応じて長さが延伸する。しかし、張り合わせてある電歪シート42は長さが変動しないことから、電歪シート41、42の結合体は、図4の矢印方向に湾曲するよう変形する。   When the electrode films 43 and 44 are connected to the power source 45 and a predetermined voltage is applied, the electrostrictive sheet 41 on which the electrode films 43 and 44 are formed contracts in the thickness direction, and the length thereof depends on the Poisson's ratio. Stretch. However, since the length of the bonded electrostrictive sheet 42 does not vary, the combined body of the electrostrictive sheets 41 and 42 is deformed so as to be bent in the arrow direction in FIG.

本実施の形態1では、図4に示す原理で湾曲するユニモルフ型アクチュエータが、アクチュエータ素子12の蛇腹形状の1つおきの傾斜部に存在する、すなわち一定の方向に傾斜している傾斜部に存在すると考えることができる。図5は、本発明の実施の形態1に係るアクチュエータ10の動作を説明するための模式図である。   In the first embodiment, the unimorph actuator that bends in accordance with the principle shown in FIG. 4 exists in every other inclined portion of the bellows shape of the actuator element 12, that is, exists in the inclined portion that is inclined in a certain direction. Then you can think. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the actuator 10 according to the first embodiment of the present invention.

図5では、アクチュエータ素子12の可動体11と接触する側に位置する複数の頂部にて可動体11を支持し、可動体11と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を固定部材14に固着している。この状態で、電極膜33、34に電圧を印加した場合、電極膜33、34が形成されている右上がりの傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、右方向へ湾曲する。一方、電極膜33、34が形成されていない右下がりの傾斜部では湾曲しないため、可動体11と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは右上方向となる。したがって、アクチュエータ素子12の変形により、可動体11を押圧しつつ右方向へ移動させることができる。   In FIG. 5, the movable body 11 is supported by a plurality of apexes located on the side in contact with the movable body 11 of the actuator element 12, and the plural apexes located on the side opposite to the side in contact with the movable body 11 are fixed members. 14 is fixed. In this state, when a voltage is applied to the electrode films 33 and 34, the upwardly inclined portion on which the electrode films 33 and 34 are formed functions as a unimorph actuator and bends to the right. On the other hand, since it does not curve in the downward sloping portion where the electrode films 33 and 34 are not formed, the top movement vector located on the side in contact with the movable body 11 is in the upper right direction. Therefore, the deformation of the actuator element 12 can move the movable body 11 to the right while pressing.

その後、電極膜33、34への電圧の印加を停止した場合、電極膜33、34が形成されている右上がりの傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能せず、元の形状へ戻る。一方、電極膜33、34が形成されていない右下がりの傾斜部は元来変形していないので、可動体11と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは左下方向となる。このとき、可動体11を左方向へ移動させる移動ベクトル成分が存在しているが、可動体11と接触する側に位置する頂部は、右上がりの傾斜部の長さが短くなる(元の長さに戻る)ことから可動体11との接触圧が小さくなり、可動体11が左方向へ移動することはない。よって、電極膜33、34への電圧の印加及び印加の停止を繰り返し行うことにより、可動体11を右方向(矢印方向)へ移動させることができるアクチュエータを構成することが可能となる。   Thereafter, when the application of the voltage to the electrode films 33 and 34 is stopped, the upwardly inclined portion where the electrode films 33 and 34 are formed does not function as a unimorph actuator and returns to the original shape. On the other hand, since the downward sloping portion where the electrode films 33 and 34 are not formed is not originally deformed, the top movement vector located on the side in contact with the movable body 11 is in the lower left direction. At this time, there is a movement vector component that moves the movable body 11 in the left direction, but the apex located on the side in contact with the movable body 11 has a length of an upwardly inclined portion shortened (original length). Therefore, the contact pressure with the movable body 11 is reduced, and the movable body 11 does not move leftward. Therefore, by repeatedly applying and stopping the voltage application to the electrode films 33 and 34, it is possible to configure an actuator that can move the movable body 11 in the right direction (arrow direction).

また、図2の例では、可動体11は左右両側からアクチュエータ素子12、12の複数の頂部にて支持されているので、印加する電圧の極性を切り替えることにより、移動させることも、保持することも可能となる。図6は、本発明の実施の形態1に係るアクチュエータ10の、印加する電圧の極性を切り替えた場合の動作説明のための模式図である。   In the example of FIG. 2, the movable body 11 is supported by the plurality of apexes of the actuator elements 12 and 12 from both the left and right sides. Therefore, the movable body 11 can be moved or held by switching the polarity of the applied voltage. Is also possible. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the actuator 10 according to Embodiment 1 of the present invention when the polarity of the voltage to be applied is switched.

図6(a)は、可動体11を挟んで相対する電極膜62、63に印加する電圧の極性が、可動体11の両側にて同じ極性である場合を、図6(b)は、可動体11を挟んで相対する電極膜62、63に印加する電圧の極性が、可動体11の両側にて異なる場合を、それぞれ示している。なお、アクチュエータ素子61は、二枚の電歪シートを張り合わせた状態を模式的に示しており、電極膜62、63は、一方の電歪シートの表裏両面に形成してあるが、図6では、便宜上アクチュエータ素子61の表裏両面に記載している。   6A shows the case where the polarities of the voltages applied to the electrode films 62 and 63 facing each other with the movable body 11 in between are the same polarity on both sides of the movable body 11, and FIG. The case where the polarities of the voltages applied to the electrode films 62 and 63 facing each other across the body 11 are different on both sides of the movable body 11 is shown. The actuator element 61 schematically shows a state in which two electrostrictive sheets are bonded together, and the electrode films 62 and 63 are formed on both the front and back surfaces of one electrostrictive sheet, but in FIG. For convenience, it is shown on both front and back surfaces of the actuator element 61.

図6(a)に示すように、可動体11を挟んで相対する電極膜62が負極、電極膜63が正極となるように電圧を印加した場合、電極膜62、63が形成してある傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、可動体11を押圧しながら右方向へと湾曲する。そして、印加する電圧の極性が可動体11の両側にて同じであることから、可動体11を挟んで相対する電極膜62、62間あるいは電極膜63、63間には電気的斥力が生じており、可動体11は、電極膜62、63が形成してある傾斜部の変形に沿って円滑に移動することができる。   As shown in FIG. 6 (a), when a voltage is applied so that the electrode film 62 opposed to the movable body 11 is a negative electrode and the electrode film 63 is a positive electrode, the slope in which the electrode films 62 and 63 are formed. The portion functions as a unimorph type actuator and bends in the right direction while pressing the movable body 11. Since the polarity of the applied voltage is the same on both sides of the movable body 11, an electric repulsive force is generated between the electrode films 62 and 62 or the electrode films 63 and 63 facing each other with the movable body 11 interposed therebetween. Thus, the movable body 11 can move smoothly along the deformation of the inclined portion on which the electrode films 62 and 63 are formed.

一方、図6(b)に示すように、上方のアクチュエータ素子61では、電極膜62が正極、電極膜63が負極となるように電圧を印加する一方、下方のアクチュエータ素子61では、電極膜62が負極、電極膜63が正極となるように電圧を印加した場合、電極膜62、63が形成してある傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、可動体11を押圧しながら右方向へと湾曲する。しかし、印加する電圧の極性が可動体11の両側にて異なる極性であることから、可動体11を挟んで相対する電極膜62、62間あるいは電極膜63、63間には電気的引力が生じており、可動体11は、電極膜62、63が形成してある傾斜部が湾曲した場合であっても、電気的引力によって互いに引き寄せあうので、変形した場合であっても可動体11は移動することができず、アクチュエータ素子61にて保持することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), in the upper actuator element 61, a voltage is applied so that the electrode film 62 is a positive electrode and the electrode film 63 is a negative electrode, while in the lower actuator element 61, the electrode film 62 is applied. When the voltage is applied so that the electrode film 63 becomes the positive electrode, the inclined portion on which the electrode films 62 and 63 are formed functions as a unimorph type actuator and curves to the right while pressing the movable body 11. To do. However, since the polarity of the applied voltage is different on both sides of the movable body 11, an electric attractive force is generated between the electrode films 62 and 62 or between the electrode films 63 and 63 across the movable body 11. The movable body 11 moves even when the inclined portions where the electrode films 62 and 63 are formed are curved even when the movable body 11 is deformed because the movable body 11 is attracted to each other by the electric attractive force. Cannot be held by the actuator element 61.

印加する電圧の極性は、電源により固定であっても良いし、極性の異なる電源を複数設けておき、必要に応じて接続を切り替えることにより、印加する電圧の極性を切り替えても良い。印加する電圧の極性を切り替える極性切替手段は特に限定されるものではないが、例えば高電圧リレーを用いればよい。   The polarity of the voltage to be applied may be fixed by the power supply, or the polarity of the voltage to be applied may be switched by providing a plurality of power supplies having different polarities and switching the connection as necessary. The polarity switching means for switching the polarity of the voltage to be applied is not particularly limited. For example, a high voltage relay may be used.

以上のように本実施の形態1によれば、蛇腹形状の1つおきの傾斜部に、すなわち同じ方向へ傾斜している傾斜部に電極膜33、34が形成されることで、蛇腹形状において、電極膜33、34が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してある。電極膜33、34に電圧を印加した場合、電極膜33、34が形成されている傾斜部では電歪シート31が延伸するとともに硬化し、電極膜33、34が形成されていない傾斜部は、電圧を印加する前の長さに維持される。したがって、可動体11と接触している蛇腹形状は、例えば右上がり(右下がり)の傾斜部に電極膜33、34が形成してある場合には右(左)方向へと変形し、蛇腹形状の頂部は右(左)方向へと移動する。よって、該頂部に接触している可動体11を直線移動させることができる。   As described above, according to the first embodiment, the electrode films 33 and 34 are formed on every other inclined portion of the bellows shape, that is, on the inclined portion inclined in the same direction. The inclined portions where the electrode films 33 and 34 are formed and the inclined portions where the electrode films 33 and 34 are not formed are alternately arranged. When a voltage is applied to the electrode films 33 and 34, the electrostrictive sheet 31 is stretched and cured in the inclined portion where the electrode films 33 and 34 are formed, and the inclined portion where the electrode films 33 and 34 are not formed is The length before the voltage is applied is maintained. Therefore, the bellows shape that is in contact with the movable body 11 is deformed in the right (left) direction when the electrode films 33 and 34 are formed on the inclined portion that rises to the right (lower right), for example, and the bellows shape. Moves to the right (left). Therefore, the movable body 11 in contact with the top can be moved linearly.

なお、上述した実施の形態1では、電歪シート31の表裏両面に電極膜33、34を形成してから、電極膜を形成していない電歪シート32と張り合わせているが、特に両面に電極膜を形成することに限定されるものではなく、片方の面に電極膜を形成した電歪シート同士を張り合わせても良いことは言うまでもない。   In the first embodiment described above, the electrode films 33 and 34 are formed on both the front and back surfaces of the electrostrictive sheet 31, and then bonded to the electrostrictive sheet 32 on which no electrode film is formed. It is not limited to forming a film, and it goes without saying that electrostrictive sheets having electrode films formed on one surface may be bonded together.

(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係るアクチュエータ10の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態1とは異なり、固定部材14に形成してある板状の固定部141を挟持するように、固定部141を挟んで互いに対向する位置にアクチュエータ素子12、12を配置してある。アクチュエータ素子12の可動体11と接触する側とは反対側に位置する頂部は、固定部141に固着してあり、固定部141と接触する側とは反対側に位置する頂部にて、可動体11を支持してある。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the actuator 10 according to Embodiment 2 of the present invention. Unlike the first embodiment, the actuator elements 12 and 12 are arranged at positions facing each other across the fixing portion 141 so as to sandwich the plate-like fixing portion 141 formed on the fixing member 14. The top of the actuator element 12 that is located on the side opposite to the side that contacts the movable body 11 is fixed to the fixed portion 141, and the top that is located on the side opposite to the side that contacts the fixed portion 141 is movable body. 11 is supported.

図7の例では、可動体11の断面形状がコの字形状となっているが、特にこれに限定されるものではなく、固定部141を挟んで互いに対向する位置に配置してあるアクチュエータ素子12、12の頂部と接触することが可能な形状であれば何でも良い。   In the example of FIG. 7, the cross-sectional shape of the movable body 11 is a U-shape, but is not particularly limited to this, and the actuator elements arranged at positions facing each other with the fixed portion 141 interposed therebetween. Any shape can be used as long as it can contact the tops of 12 and 12.

実施の形態2に係るアクチュエータ10は、実施の形態1と同様、二枚の電歪シートを張り合わせた状態で蛇腹形状に折り曲げてあり、傾斜している傾斜部には、1つおきに電極部13、13、・・・が形成してある。すなわち、同じ方向に傾斜している傾斜部(図7では、上方のアクチュエータ素子12では右上がり方向に傾斜している傾斜部、下方のアクチュエータ素子12では右下がり方向に傾斜している傾斜部)に形成してある。したがって、蛇腹形状の1つおきの傾斜部は、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能することができる。   Similarly to the first embodiment, the actuator 10 according to the second embodiment is bent into a bellows shape with two electrostrictive sheets bonded together, and every other inclined electrode portion has an electrode portion. 13, 13, ... are formed. That is, an inclined portion that is inclined in the same direction (in FIG. 7, an inclined portion that is inclined upward in the upper actuator element 12 and an inclined portion that is inclined downward in the lower actuator element 12). Is formed. Therefore, every other inclined portion of the bellows shape can function as a so-called unimorph type actuator.

上方(下方)のアクチュエータ素子12に着目すると、可動体11と接触する側に位置する頂部にて可動体11を支持し、可動体11と接触する側と反対側に位置する頂部にて固定部141に固着している。この状態で、電極部13、13、・・・に電圧を印加した場合、電極部13、13、・・・に形成されている傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、図7の右方向へと湾曲する。一方、電極部13、13、・・・が形成されていない傾斜部では湾曲しないため、可動体11と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは右上(右下)方向となる。したがって、アクチュエータ素子12の変形により、可動体11を押圧しつつ右方向へ移動させることができる。   Focusing on the upper (lower) actuator element 12, the movable body 11 is supported at the top located on the side in contact with the movable body 11, and the fixed portion is located on the top opposite to the side in contact with the movable body 11. 141. In this state, when a voltage is applied to the electrode portions 13, 13,..., The inclined portion formed in the electrode portions 13, 13,... Functions as a unimorph actuator, and moves to the right in FIG. And bend. On the other hand, since it does not curve in the inclined part where the electrode parts 13, 13,... Are not formed, the movement vector of the top part located on the side in contact with the movable body 11 is in the upper right (lower right) direction. Therefore, the deformation of the actuator element 12 can move the movable body 11 to the right while pressing.

その後、電極部13、13、・・・への電圧の印加を停止した場合、電極部13、13、・・・が形成されている傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能せず、元の形状へ戻る。一方、電極部13、13、・・・が形成されていない傾斜部は元来変形していないので、可動体11と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは左方向となる。このとき、可動体11を左方向へ移動させる移動ベクトル成分が存在しているが、可動体11と接触する側に位置する頂部では、右上がりの傾斜部の長さが短くなる(元の長さに戻る)ことから可動体11との接触圧が小さくなり、可動体11が左方向へ移動することはない。よって、電極部13、13、・・・への電圧の印加及び印加の停止を繰り返し行うことにより、可動体11を右方向(矢印方向)へ移動させることができるアクチュエータを構成することが可能となる。   After that, when the application of voltage to the electrode portions 13, 13,... Is stopped, the inclined portion where the electrode portions 13, 13,... Are not functioning as a unimorph type actuator, and returns to the original shape. Return. On the other hand, since the inclined portion where the electrode portions 13, 13,... Are not formed is originally not deformed, the movement vector of the top portion located on the side in contact with the movable body 11 is in the left direction. At this time, there is a movement vector component that moves the movable body 11 to the left, but at the top located on the side in contact with the movable body 11, the length of the upwardly inclined portion is shortened (original length). Therefore, the contact pressure with the movable body 11 is reduced, and the movable body 11 does not move leftward. Therefore, it is possible to configure an actuator that can move the movable body 11 in the right direction (arrow direction) by repeatedly applying and stopping the application of voltage to the electrode portions 13, 13,. Become.

以上のように本実施の形態2によれば、電極部13に電圧を印加した場合、電極部13が形成されている傾斜部では電歪シートが延伸するとともに硬化し、電極部13が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さを維持する。したがって、可動体11と接触する側に位置する蛇腹形状の頂部が、電極部13が形成されている傾斜部が傾斜している方向へ湾曲することにより、該頂部に接触している可動体11を、電極部13が形成されている傾斜部が傾斜している方向へと移動させることができる。   As described above, according to the second embodiment, when a voltage is applied to the electrode portion 13, the electrostrictive sheet is stretched and cured at the inclined portion where the electrode portion 13 is formed, and the electrode portion 13 is formed. In the not inclined portion, the length before the voltage is applied is maintained. Therefore, the bellows-shaped top portion located on the side in contact with the movable body 11 is bent in a direction in which the inclined portion where the electrode portion 13 is formed is inclined, whereby the movable body 11 in contact with the top portion. Can be moved in a direction in which the inclined portion on which the electrode portion 13 is formed is inclined.

なお、上述した実施の形態2では、固定部141を用いているが、特に板状の部材に限定されるものではなく、円柱状の部材であっても良い。この場合、円柱状の部材を固定部141として用い、複数のアクチュエータ素子12、12、・・・を収容する円筒形状の可動体11を用いることにより、可動体11を移動させることができるアクチュエータを構成することが可能となる。アクチュエータ素子12は、円柱状の固定部141を挟んで対向する位置に配置すれば足りるので、二つで一組のアクチュエータ素子12、12に限定されるものではなく、円柱状の固定部141の周囲に複数組のアクチュエータ素子12、12、・・・を配置しても良い。   In addition, in Embodiment 2 mentioned above, although the fixing | fixed part 141 is used, it is not limited to a plate-shaped member in particular, A cylindrical member may be sufficient. In this case, an actuator capable of moving the movable body 11 by using a cylindrical member as the fixed portion 141 and using the cylindrical movable body 11 that accommodates the plurality of actuator elements 12, 12,... It can be configured. The actuator elements 12 need only be arranged at positions facing each other with the columnar fixing portion 141 interposed therebetween. Therefore, the actuator elements 12 are not limited to a pair of actuator elements 12 and 12, and the columnar fixing portion 141 is not limited. A plurality of sets of actuator elements 12, 12,... May be arranged around the periphery.

(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3に係るアクチュエータ10の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態1及び2のように、アクチュエータ素子12の可動体11と接触する側とは反対側に位置する頂部を固定部材に固着していない。例えば可動体11を、上下方向に移動することができるように鉛直方向に設けることにより、アクチュエータ素子12の可動体11と接触する側とは反対側に位置する頂部を固定部材に固着しなくてもユニモルフ型アクチュエータとして機能させることができる。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the actuator 10 according to the third embodiment of the present invention. As in the first and second embodiments, the top of the actuator element 12 located on the side opposite to the side in contact with the movable body 11 is not fixed to the fixed member. For example, by providing the movable body 11 in the vertical direction so that the movable body 11 can be moved in the vertical direction, the top of the actuator element 12 located on the side opposite to the side in contact with the movable body 11 is not fixed to the fixed member. Can also function as a unimorph actuator.

図8では、円筒形状の固定部材14を鉛直方向に設置し、円筒形状の固定部材14の中心部に可動体11を配置してある。可動体11の周囲には、互いに対向する位置に一組又は複数組のアクチュエータ素子12、12、・・・を配置してある。   In FIG. 8, a cylindrical fixing member 14 is installed in the vertical direction, and the movable body 11 is arranged at the center of the cylindrical fixing member 14. Around the movable body 11, one set or a plurality of sets of actuator elements 12, 12,...

アクチュエータ素子12は、実施の形態1と同様、二枚の電歪シートを張り合わせた状態で蛇腹形状に折り曲げてあり、傾斜している傾斜部には、1つおきに電極部13、13、・・・が形成してある。すなわち同じ方向に傾斜している傾斜部(図8では、左側のアクチュエータ素子12では右上がり方向に傾斜している傾斜部、右側のアクチュエータ素子12では右下がり方向に傾斜している傾斜部)に電極部13、13、・・・が形成してある。したがって、蛇腹形状の1つおきの傾斜部は、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能することができる。   Similarly to the first embodiment, the actuator element 12 is bent into a bellows shape with two electrostrictive sheets bonded together, and every other inclined electrode portion 13, 13,.・ ・ Is formed. That is, in an inclined portion that is inclined in the same direction (in FIG. 8, an inclined portion that is inclined upward in the left actuator element 12 and an inclined portion that is inclined downward in the right actuator element 12). Electrode portions 13, 13,... Are formed. Therefore, every other inclined portion of the bellows shape can function as a so-called unimorph type actuator.

左側(右側)のアクチュエータ素子12に着目すると、可動体11と接触する側に位置する頂部にて可動体11を支持し、可動体11と接触する側とは反対側に位置する頂部は、固定板材14に固着していない。この状態で、電極部13、13、・・・に電圧を印加した場合、電極部13、13、・・・が形成されている傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、図8の上方向へと湾曲する。一方、電極部13、13、・・・が形成されていない傾斜部では湾曲しないため、可動体11と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは上方向となる。可動体11と接触する側とは反対側に位置する頂部を固定板材14に固着していないが、底面によってアクチュエータ素子12が支持されているので、アクチュエータ素子12の変形により、可動体11を押圧しつつ上方向へ移動させることができる。   When attention is paid to the left side (right side) actuator element 12, the movable body 11 is supported by the top located on the side in contact with the movable body 11, and the top located on the side opposite to the side in contact with the movable body 11 is fixed. It is not fixed to the plate material 14. In this state, when a voltage is applied to the electrode portions 13, 13,..., The inclined portion on which the electrode portions 13, 13,... Function functions as a unimorph actuator, and moves upward in FIG. And bend. On the other hand, since it does not curve in the inclined part where the electrode parts 13, 13,... Are not formed, the movement vector of the top part located on the side in contact with the movable body 11 is upward. Although the top located on the side opposite to the side in contact with the movable body 11 is not fixed to the fixed plate member 14, the actuator element 12 is supported by the bottom surface, so that the movable body 11 is pressed by the deformation of the actuator element 12. However, it can be moved upward.

また、アクチュエータ素子12、12の互いに対向する電極部13、13、・・・に印加する電圧の極性を、例えば下から同じ極性、異なる極性、同じ極性、異なる極性、・・・と交互に同じ極性及び異なる極性となるように電源に接続しておき、高電圧リレーにより同じ極性の電極部13、13、・・・と異なる極性の電極部13、13、・・・とを交互にオンオフすることにより、可動体11が下方へズレ落ちることなく上方向へ移動させることができる。   Moreover, the polarity of the voltage applied to the electrode parts 13, 13,... Facing each other of the actuator elements 12, 12 is alternately the same as, for example, the same polarity, different polarity, same polarity, different polarity,. .. Are connected to a power source so as to have different polarities and different polarities, and the electrode portions 13, 13,... Having the same polarity and the electrode portions 13, 13,. Thus, the movable body 11 can be moved upward without being displaced downward.

すなわち、まず下から奇数番目の電極部13、13、・・・に電圧を印加するよう高電圧リレーを切り替える。これにより、下から奇数番目の電極部13、13、・・・が変形し、同じ極性であることから電気的斥力が働くので、可動体11を上方向へ移動させることができる。次に、下から偶数番目の電極部13、13、・・・に電圧を印加するよう高電圧リレーを切り替える。これにより、下から奇数番目の電極部13、13、・・・は元の状態へ戻り、下から偶数番目の電極部13、13、・・・が変形するが、異なる極性であることから電気的引力が働くので、可動体11は下方へ落下することなく保持される。このように、上方への移動、保持、上方への移動、保持、・・・という動作を繰り返し行うことにより、より安定して可動体11を上方へ移動させることができる。   That is, first, the high voltage relay is switched so as to apply a voltage to the odd-numbered electrode portions 13, 13,. As a result, the odd-numbered electrode portions 13, 13,... From the bottom are deformed and have the same polarity, so that an electric repulsive force acts, so that the movable body 11 can be moved upward. Next, the high voltage relay is switched so as to apply a voltage to the even-numbered electrode portions 13, 13,. As a result, the odd-numbered electrode portions 13, 13,... From the bottom return to the original state, and the even-numbered electrode portions 13, 13,. Since the attractive force works, the movable body 11 is held without falling downward. As described above, the movable body 11 can be moved more stably by repeatedly performing the operations of upward movement, holding, upward movement, holding, and so on.

なお、アクチュエータ素子12は、固定部材14の全長にわたって一のアクチュエータ素子として構成されていても良いし、複数のアクチュエータ素子で構成されていても良い。   In addition, the actuator element 12 may be comprised as one actuator element over the full length of the fixing member 14, and may be comprised by the several actuator element.

(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4に係るアクチュエータ10の構成を模式的に示す部分断面図である。図9では、説明を簡単にするために、アクチュエータ素子12を略直線的に折り曲げた蛇腹形状としているが、特にこの形状に限定されるものではない。本実施の形態4では、実施の形態1乃至3とは異なり、アクチュエータ素子12の電極部13、13、・・・が形成されていない傾斜部に、補強部材を設けてある。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a partial cross-sectional view schematically showing the configuration of the actuator 10 according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 9, for the sake of simplicity, the actuator element 12 has a bellows shape that is bent substantially linearly, but is not limited to this shape. In the fourth embodiment, unlike the first to third embodiments, a reinforcing member is provided in an inclined portion where the electrode portions 13, 13,... Of the actuator element 12 are not formed.

図9の例では、アクチュエータ素子12の右上がりの傾斜部に電極部13、13、・・・が形成してあり、右下がりの傾斜部に補強部材91、91、・・・が設けてある。補強部材91は、ウレタン、アクリル、シリコン等からなるエラストマーの小シートであり、アクチュエータ素子12を蛇腹形状に折り曲げる前に、電極部13、13、・・・が形成されていない傾斜部に熱硬化性接着剤あるいはUV硬化性接着剤等により張り付けてある。   In the example of FIG. 9, electrode portions 13, 13,... Are formed on the upwardly inclined portion of the actuator element 12, and reinforcing members 91, 91,. . The reinforcing member 91 is an elastomeric small sheet made of urethane, acrylic, silicon or the like, and is thermoset to an inclined portion where the electrode portions 13, 13,... Are not formed before the actuator element 12 is bent into a bellows shape. It is pasted with an adhesive or a UV curable adhesive.

このように補強部材91、91、・・・を設けることにより、アクチュエータ素子12の頂部を固定部材14に固着している側と反対側から過剰な外力を付与された場合であっても、アクチュエータ素子12が座屈等により損傷するおそれが少なく、外力に対する耐性の高いアクチュエータを構成することが可能となる。   As described above, by providing the reinforcing members 91, 91,..., Even if an excessive external force is applied from the side opposite to the side where the top of the actuator element 12 is fixed to the fixing member 14, the actuator The element 12 is less likely to be damaged due to buckling or the like, and an actuator having high resistance to external force can be configured.

(実施の形態5)
図10は、本発明の実施の形態5に係るアクチュエータ10の構成を模式的に示す部分断面図である。図10では、説明を簡単にするために、アクチュエータ素子12を略直線的に折り曲げた蛇腹形状としているが、特にこの形状に限定されるものではない。本実施の形態5では、実施の形態1乃至4とは異なり、アクチュエータ素子12と固定部材14との間の隙間に、弾性を有する弾性部材101を設けてある。
(Embodiment 5)
FIG. 10 is a partial cross-sectional view schematically showing the configuration of the actuator 10 according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 10, for simplicity of explanation, the actuator element 12 has a bellows shape that is bent substantially linearly, but is not particularly limited to this shape. In the fifth embodiment, unlike the first to fourth embodiments, an elastic member 101 having elasticity is provided in the gap between the actuator element 12 and the fixing member 14.

図10の例では、アクチュエータ素子12の右上がりの傾斜部に電極部13、13、・・・が形成してあり、アクチュエータ素子12と固定部材14との間の隙間に、弾性部材101を設けてある。弾性部材101は、ウレタン、アクリル、シリコン等からなるエラストマー系のゴム材料であり、一定の弾性を有することから、アクチュエータ素子12の頂部を固定部材14に固着している側と反対側から過剰な外力を付与された場合であっても、弾性部材101の弾性により座屈等が生じる可能性が低くなる。   In the example of FIG. 10, electrode portions 13, 13,... Are formed on the upwardly inclined portion of the actuator element 12, and an elastic member 101 is provided in the gap between the actuator element 12 and the fixing member 14. It is. The elastic member 101 is an elastomeric rubber material made of urethane, acrylic, silicon or the like, and has a certain elasticity. Therefore, the elastic member 101 is excessive from the side opposite to the side where the top of the actuator element 12 is fixed to the fixing member 14. Even when an external force is applied, the possibility of buckling or the like due to the elasticity of the elastic member 101 is reduced.

実際には、アクチュエータ素子12と固定部材14との間の隙間に、弾性部材101を隙間なく設けることは困難であるので、アクチュエータ素子12を蛇腹形状に折り曲げ、頂部を固定部材14に固着する時点で弾性部材101を設けている。図11は、本発明の実施の形態5に係るアクチュエータ10の、弾性部材101を設ける場合のアクチュエータ素子12の取付工程を模式的に示す断面図である。   Actually, since it is difficult to provide the elastic member 101 in the gap between the actuator element 12 and the fixing member 14 without a gap, the actuator element 12 is bent into a bellows shape and the top is fixed to the fixing member 14. The elastic member 101 is provided. FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the mounting process of the actuator element 12 when the elastic member 101 is provided in the actuator 10 according to Embodiment 5 of the present invention.

図11(a)は、アクチュエータ素子12を蛇腹形状に折り曲げる前の状態を、図11(b)は、アクチュエータ素子12を蛇腹形状に折り曲げた後の状態を、それぞれ示している。まず図11(a)に示すように、所定量の弾性部材101を固定部材14に載置し、下面を熱硬化性接着剤あるいはUV硬化性接着剤等により固定部材14に接着しておく。その上に、電極膜13、13、・・・を形成した、折り曲げる前のアクチュエータ素子12を配置する。   FIG. 11A shows a state before the actuator element 12 is bent into a bellows shape, and FIG. 11B shows a state after the actuator element 12 is bent into a bellows shape. First, as shown in FIG. 11A, a predetermined amount of the elastic member 101 is placed on the fixing member 14, and the lower surface is adhered to the fixing member 14 with a thermosetting adhesive or a UV curable adhesive. On top of that, the actuator element 12 before being bent, on which the electrode films 13, 13,.

次に、図11(b)に示すように、アクチュエータ素子12の電極膜13が形成されている部分の一端を固定部材14に点Aにて固着し、弾性部材101を覆うように次の電極膜13が形成されている部分の一端を固定部材14に点Bにて固着する。この場合、アクチュエータ素子12の電極膜13、13、・・・が形成されている部分と、電極膜13、13、・・・が形成されていない部分とでは固さが相違するので、弾性部材101の変形後の形状は非対称となるものの、電極膜13、13、・・・が形成されている部分と、電極膜13、13、・・・が形成されていない部分との境界は、頂部近傍に形成される。   Next, as shown in FIG. 11B, one end of the portion of the actuator element 12 where the electrode film 13 is formed is fixed to the fixing member 14 at a point A, and the next electrode is covered so as to cover the elastic member 101. One end of the portion where the film 13 is formed is fixed to the fixing member 14 at a point B. In this case, since the hardness is different between the portion of the actuator element 12 where the electrode films 13, 13,... Are formed and the portion where the electrode films 13, 13,. Although the shape after deformation of 101 is asymmetrical, the boundary between the portion where the electrode films 13, 13,... Are formed and the portion where the electrode films 13, 13,. It is formed in the vicinity.

この状態で電圧を印加した場合、電極膜13、13、・・・が形成されている部分のみが、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能するので、非対称な形状である弾性部材101の上端部分が変形することでアクチュエータ10として機能する。   When a voltage is applied in this state, only the portion where the electrode films 13, 13,... Function as a so-called unimorph actuator, so that the upper end portion of the elastic member 101 having an asymmetric shape is deformed. This functions as the actuator 10.

このように弾性部材101、101、・・・を設けることにより、アクチュエータ素子12を固定部材14に固着している側と反対側から過剰な外力を付与された場合であっても、アクチュエータ素子12が座屈等により損傷するおそれが少なく、外力に対する耐性の高いアクチュエータを構成することが可能となる。   As described above, by providing the elastic members 101, 101,..., Even when an excessive external force is applied from the side opposite to the side where the actuator element 12 is fixed to the fixing member 14, the actuator element 12 is provided. Therefore, it is possible to construct an actuator having high resistance to external force.

その他、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。例えば、電極膜は、上述した金属材料を用いても良いし、導電性高分子材料を用いても良い。例えば3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸(以下、PEDOT/PSSという)にて電極膜を形成する場合、PEDOT/PSSを機械的に粉砕し、アクリル樹脂等の有機バインダとともにプロパノール(有機溶剤)中に溶解する。そして、機械的に攪拌することによりPEDOT/PSSペーストを作成し、スクリーン印刷することにより電極膜を形成する。これにより、変形により剥離しにくいアクチュエータを容易に構成することができる。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications and substitutions are possible within the scope of the gist of the present invention. For example, the above-described metal material may be used for the electrode film, or a conductive polymer material may be used. For example, when forming an electrode film with 3,4-polyethylenedioxythiophene-polystyrene sulfonic acid (hereinafter referred to as PEDOT / PSS), PEDOT / PSS is mechanically pulverized and mixed with an organic binder such as acrylic resin with propanol (organic It dissolves in the solvent. Then, a PEDOT / PSS paste is created by mechanical stirring, and an electrode film is formed by screen printing. As a result, an actuator that does not easily peel off due to deformation can be easily configured.

10 アクチュエータ
11 可動体
12 アクチュエータ素子
13 電極部
14 固定部材
31、32 電歪シート
33、34 電極膜
91 補強部材
101 弾性部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Actuator 11 Movable body 12 Actuator element 13 Electrode part 14 Fixing member 31, 32 Electrostrictive sheet 33, 34 Electrode film 91 Reinforcing member 101 Elastic member

Claims (7)

電歪材料で形成された二枚のシートを張り合わせて蛇腹形状に折り曲げたアクチュエータ素子と、
複数の前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してある可動体と
を有するアクチュエータであって、
前記アクチュエータ素子は、張り合わせてある一方の前記シートの表裏両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、前記電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してあることを特徴とするアクチュエータ。
An actuator element in which two sheets formed of an electrostrictive material are bonded together and bent into a bellows shape;
An actuator having a movable body supported by a plurality of top portions of the plurality of actuator elements,
In the actuator element, electrode films are intermittently formed on both front and back surfaces of one of the sheets that are bonded together, and in an accordion shape, an inclined portion where the electrode film is formed and an inclined portion where the electrode film is not formed. Actuators arranged alternately.
前記アクチュエータ素子は、前記可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してあることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the actuator element has a plurality of apexes positioned on the side opposite to the side in contact with the movable body fixed to a fixed member. 前記可動体は板状であり、
前記アクチュエータ素子は、前記可動体を挟んで互いに対向する位置に配置してあることを特徴とする請求項1又は2記載のアクチュエータ。
The movable body is plate-shaped,
The actuator according to claim 1, wherein the actuator elements are arranged at positions facing each other across the movable body.
前記可動体を挟んで相対する電極膜に印加する電圧の極性を切り替える極性切替手段を備えることを特徴とする請求項3記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 3, further comprising a polarity switching unit that switches a polarity of a voltage applied to the electrode films facing each other with the movable body interposed therebetween. 前記アクチュエータ素子は、前記固定部材を挟んで互いに対向する位置にて前記固定部材に配置してあり、
前記可動体は、前記固定部材と接触する側とは反対側に位置する、前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してあることを特徴とする請求項1又は2記載のアクチュエータ。
The actuator element is disposed on the fixing member at a position facing each other across the fixing member,
3. The actuator according to claim 1, wherein the movable body is supported by a plurality of top portions of the actuator element located on a side opposite to a side in contact with the fixed member.
前記電極膜は、金属材料にて形成してあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the electrode film is formed of a metal material. 前記電極膜は、導電性高分子材料にて形成してあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the electrode film is made of a conductive polymer material.
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