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JP7645448B2 - ACTUATOR AND ACTUATOR DEVICE - Google Patents
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JP7645448B2 - ACTUATOR AND ACTUATOR DEVICE - Google Patents

ACTUATOR AND ACTUATOR DEVICE Download PDF

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Description

本発明は、ゲル状誘電体を陽極および陰極で挟み込んだアクチュエータ素子を複数積層した積層体を備えたアクチュエータおよびそのアクチュエータを備えたアクチュエータ装置に関するものである。 The present invention relates to an actuator having a laminate in which multiple actuator elements, each of which has a gel-like dielectric sandwiched between an anode and a cathode, are stacked, and an actuator device having the actuator.

この種のアクチュエータおよびアクチュエータ装置として、下記特許文献1において出願人が開示したアクチュエータおよびユニットが知られている。このアクチュエータは、メッシュ状の陽極部材とシート状の陰極部材との間に誘電性高分子材料からなるゲル層が設けられた基本構成単位を複数積層して構成されている。この場合、陽極部材と陰極部材との間に電圧を印加したときにゲル層が陽極部材のメッシュの隙間に引き込まれ、これによってゲル層が厚さ方向に収縮する。また、電圧の印加を停止したときには、ゲル層が元の厚さに復元して復元力を発生する。このアクチュエータでは、このゲル層の復元力を発生力として取り出すように構成されている。また、このユニットは、複数のアクチュエータを備えて構成されている。 As an actuator and actuator device of this type, the actuator and unit disclosed by the applicant in the following Patent Document 1 are known. This actuator is constructed by laminating multiple basic structural units, each of which has a gel layer made of a dielectric polymer material between a mesh-like anode member and a sheet-like cathode member. In this case, when a voltage is applied between the anode member and the cathode member, the gel layer is drawn into the gaps in the mesh of the anode member, causing the gel layer to shrink in the thickness direction. When the application of the voltage is stopped, the gel layer returns to its original thickness and generates a restoring force. This actuator is configured to extract the restoring force of the gel layer as a generating force. Furthermore, this unit is configured with multiple actuators.

特開2015-171225号公報JP 2015-171225 A

ところが、上述した従来のアクチュエータおよびユニットには、解決すべき以下の課題がある。具体的には、上述したアクチュエータでは、各陽極部材にそれぞれ接続した陽極側導線を結束して電源用配線に接続すると共に、各負極部材にそれぞれ接続した負極側導線を結束して電源用配線に接続して電圧を印加している。また、このアクチュエータを複数備えた従来のユニットでは、結束した各アクチュエータの陽極側導線同士をさらに結束して電源用配線に接続すると共に、結束した各アクチュエータの負極側導線同士をさらに結束して電源用配線に接続する必要がある。このように、従来のアクチュエータおよびユニットには、配線作業が繁雑なことに起因して、製造効率の向上が困難であるという課題が存在する。 However, the above-mentioned conventional actuators and units have the following problems to be solved. Specifically, in the above-mentioned actuators, the anode side conductors connected to each anode member are bundled and connected to the power supply wiring, and the negative side conductors connected to each negative member are bundled and connected to the power supply wiring to apply a voltage. Furthermore, in conventional units that include multiple actuators, it is necessary to further bundle the anode side conductors of each bundled actuator to connect to the power supply wiring, and further bundle the negative side conductors of each bundled actuator to connect to the power supply wiring. Thus, conventional actuators and units have the problem that it is difficult to improve manufacturing efficiency due to the complicated wiring work.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、製造効率を向上させ得るアクチュエータおよびアクチュエータ装置を提供することを主目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and its main objective is to provide an actuator and actuator device that can improve manufacturing efficiency.

上記目的を達成すべく請求項1記載のアクチュエータは、電圧の供給によって厚さ方向に変形するゲル状誘電体と当該ゲル状誘電体を挟み込むように配置した陽極および陰極とからなるアクチュエータ素子を当該ゲル状誘電体を挟んで複数積層した積層体を備え、前記各陽極および前記各陰極を介して前記各ゲル状誘電体に電圧を供給している状態から当該電圧の供給を停止したときの当該各ゲル状誘電体の復元による前記厚さ方向の復元力を駆動力として発生させるアクチュエータであって、前記積層体の前記厚さ方向における少なくとも一方の端面に前記アクチュエータ素子を構成する前記ゲル状誘電体とは異なる材質の非導電性シートが配置され、前記非導電性シートには、前記各陽極に電気的に接続された第1電極が前記非導電性シートの外面における第1位置に配設されると共に、前記各陰極に電気的に接続された第2電極が前記非導電性シートの外面における前記第1位置とは異なる第2位置に配設され、前記非導電性シートの縁部に切り欠きが形成されている。 In order to achieve the above object, the actuator described in claim 1 includes a laminate in which actuator elements each consisting of a gel-like dielectric that deforms in a thickness direction when a voltage is supplied thereto and an anode and a cathode arranged to sandwich the gel-like dielectric are laminated on either side of the gel-like dielectric, and generates, as a driving force, a restoring force in the thickness direction caused by the restoration of each of the gel-like dielectrics when the supply of voltage is stopped from a state in which a voltage is supplied to each of the gel-like dielectrics via each of the anodes and each of the cathodes, and a non-conductive sheet made of a material different from the gel-like dielectric that constitutes the actuator element is arranged on at least one end surface in the thickness direction of the laminate, and the non-conductive sheet has a first electrode electrically connected to each of the anodes arranged at a first position on the outer surface of the non-conductive sheet, and a second electrode electrically connected to each of the cathodes arranged at a second position different from the first position on the outer surface of the non-conductive sheet , and a notch is formed on an edge of the non-conductive sheet .

請求項1記載のアクチュエータによれば、アクチュエータ素子の陽極に電気的に接続された第1電極およびアクチュエータ素子の陰極に電気的に接続された第2電極を、積層体の端面に配置された非導電性シートの外面に配設したことにより、第1電極および第2電極に電源用配線をそれぞれ接続するだけで積層体を構成する全てのアクチュエータ素子における全ての陽極および全ての陰極を電源用配線に電気的に接続することができる。このため、このアクチュエータによれば、各陽極にそれぞれ接続した導線を結束して電源用配線に接続すると共に、各負極にそれぞれ接続した導線を結束して電源用配線に接続する必要がある従来の構成と比較して、配線作業を省略することができる分、製造効率を十分に向上させることができる。 According to the actuator of claim 1, the first electrode electrically connected to the anode of the actuator element and the second electrode electrically connected to the cathode of the actuator element are disposed on the outer surface of a non-conductive sheet disposed on the end surface of the laminate, so that all the anodes and all the cathodes of all the actuator elements constituting the laminate can be electrically connected to the power supply wiring simply by connecting the power supply wiring to the first electrode and the second electrode, respectively. Therefore, according to this actuator, compared to the conventional configuration in which the conductors connected to each anode must be tied together and connected to the power supply wiring, and the conductors connected to each negative electrode must be tied together and connected to the power supply wiring, the wiring work can be omitted, and the manufacturing efficiency can be sufficiently improved.

また、このアクチュエータによれば、非導電性シートの縁部に切り欠きを形成したことにより、例えば、アクチュエータの外周に棒状の部材やリブ状の部材を配置し、その部材を切り欠きに嵌め込むことで、積層したアクチュエータの崩壊や、アクチュエータ同士の回転方向に位置ずれを確実に防止することができる。 Furthermore, with this actuator, by forming a notch in the edge of the non-conductive sheet, for example, it is possible to place a rod-shaped member or a rib-shaped member on the outer periphery of the actuator and fit the member into the notch, thereby reliably preventing collapse of the stacked actuators and misalignment of the actuators in the rotational direction.

また、このアクチュエータによれば、積層体の厚さ方向における両端面に非導電性シートをそれぞれ配設し、各非導電性シートの双方に第1電極および第2電極を配設したことにより、いずれの非導電性シートに配設された第1電極および第2電極に電源用配線を接続した場合においても、各陽極および各陰極に電圧を供給することができる。また、このアクチュエータによれば、複数のアクチュエータにおける第1電極同士および第2電極同士を対向させて積み重ねるだけで、各アクチュエータ間の配線作業を行うことなく各アクチュエータの全ての陽極および全ての陰極を電気的に接続することができる。 Moreover, according to this actuator, a non-conductive sheet is provided on each of both end faces in the thickness direction of the laminate, and a first electrode and a second electrode are provided on both of the non-conductive sheets, so that even if power supply wiring is connected to the first electrode and the second electrode provided on either of the non-conductive sheets, a voltage can be supplied to each anode and each cathode. Moreover, according to this actuator, by simply stacking the first electrodes and the second electrodes of the multiple actuators facing each other, it is possible to electrically connect all the anodes and all the cathodes of the actuators without performing wiring work between the actuators.

また、このアクチュエータ装置によれば、請求項1から3のいずれかに記載のアクチュエータと、アクチュエータを載置可能な非導電性のプレートと、載置状態のアクチュエータにおける第1電極および第2電極がそれぞれ接触可能にプレートの表面に配設された一対の導電体と、各導電体を介してアクチュエータに電圧を供給する電源部とを備えたことにより、各導電体に第1電極および第2電極がそれぞれ接触するようにアクチュエータをプレートの表面に載置するだけでアクチュエータにおける全ての陽極および陰極を介して全てのゲル状誘電体に電圧を供給してアクチュエータを駆動させることができる。また、このアクチュエータ装置によれば、例えば、帯状に形成した各導電体をプレートの表面の広い範囲に配設することで、各導電体の配設範囲内における任意の位置に任意の数のアクチュエータを配置して各アクチュエータを駆動させることができる。 According to this actuator device, the actuator according to any one of claims 1 to 3, a non-conductive plate on which the actuator can be placed, a pair of conductors arranged on the surface of the plate so that the first electrode and the second electrode of the actuator in the placed state can be in contact with each other, and a power supply unit that supplies a voltage to the actuator via each conductor, so that the actuator can be driven by supplying a voltage to all of the gel-like dielectrics via all of the anodes and cathodes of the actuator simply by placing the actuator on the surface of the plate so that the first electrode and the second electrode are in contact with each conductor. According to this actuator device, the conductors formed in strips, for example, can be arranged over a wide area of the surface of the plate, so that any number of actuators can be arranged at any position within the range of the conductors and each actuator can be driven.

また、このアクチュエータ装置によれば、第1電極同士および第2電極同士が互いに接触して導通するように積み重ねた請求項3記載の複数のアクチュエータと、各アクチュエータにおけるいずれかの第1電極および第2電極を介して各アクチュエータに電圧を供給する電源部とを備えたことにより、各アクチュエータ間の配線作業を行うことなく各アクチュエータの全ての陽極および全ての陰極を電気的に接続して各アクチュエータにおける全ての陽極および陰極を介して全てのゲル状誘電体に電圧を供給し、各アクチュエータを駆動させることができる。 Furthermore, according to this actuator device, there are provided a plurality of actuators as described in claim 3 stacked so that the first electrodes and the second electrodes are in contact with each other and conductive with each other, and a power supply unit which supplies a voltage to each actuator via any of the first electrodes and second electrodes of each actuator. This makes it possible to electrically connect all of the anodes and cathodes of each actuator without performing wiring work between each actuator, thereby supplying a voltage to all of the gel-like dielectrics via all of the anodes and cathodes of each actuator, thereby driving each actuator.

アクチュエータ10の構成を示す構成図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an actuator 10. アクチュエータ素子30の構成を示す構成図である。2 is a diagram showing the configuration of an actuator element 30. FIG. アクチュエータ10の平面図である。FIG. アクチュエータ装置50の構成を示す構成図である。2 is a diagram showing the configuration of an actuator device 50. FIG. アクチュエータ装置60の構成を示す構成図である。2 is a diagram showing the configuration of an actuator device 60. FIG. アクチュエータ10をカバー70で覆った構成を示す構成図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration in which the actuator 10 is covered with a cover 70.

以下、アクチュエータおよびアクチュエータ装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 The following describes embodiments of the actuator and actuator device with reference to the attached drawings.

最初に、図1に示すアクチュエータ10の構成について説明する。アクチュエータ10は本発明に係るアクチュエータの一例であって、同図に示すように、積層体20および非導電性シート40を備えて構成されている。 First, the configuration of the actuator 10 shown in Figure 1 will be described. The actuator 10 is an example of an actuator according to the present invention, and as shown in the figure, is configured with a laminate 20 and a non-conductive sheet 40.

積層体20は、図1,2に示すように、電圧の供給によって厚さ方向に変形する特性を有する平面視円形でシート状のゲル状誘電体31と、ゲル状誘電体31を挟み込むように配置された平面視円形でメッシュ状の陽極32および平面視円形でシート状の陰極33とで構成されたアクチュエータ素子30を、平面視円形のゲル状誘電体31を挟んで複数(一例として、10層)積層することによって構成されている。また、図1に示すように、陽極32および陰極33には、電源供給用のワイヤー(導線)が接続されている。 As shown in Figs. 1 and 2, the laminate 20 is constructed by stacking a plurality of actuator elements 30 (10 layers, for example) each of which is composed of a sheet-like gel dielectric 31 that is circular in plan view and has the property of deforming in the thickness direction when a voltage is applied, a mesh-like anode 32 that is circular in plan view, and a sheet-like cathode 33 that is circular in plan view, arranged to sandwich the gel dielectric 31. As shown in Fig. 1, a wire (conductor) for supplying power is connected to the anode 32 and the cathode 33.

非導電性シート40は、非導電性を有する材料(一例として、PETシート)で形成されて、図1に示すように、積層体20における厚さ方向の両端面にそれぞれ配設されている。また、図1,3に示すように、各非導電性シート40の各外面の縁部には、各アクチュエータ素子30の各陽極32にワイヤー(導線)34を介して電気的に接続された電極41a(第1電極)、および各アクチュエータ素子30の各陰極33にワイヤー34を介して電気的に接続された電極41b(第2電極)が配設されている。この場合、電極41aの配設位置(第1位置)と電極41bの配設位置(第2位置)は、一例として、非導電性シート40の中心を挟んで互いに対向する位置(互いに異なる位置)に規定されている。また、非導電性シート40の縁部には、図3に示すように、切り欠き42が形成されている。 The non-conductive sheets 40 are formed of a material having non-conductivity (for example, a PET sheet) and are disposed on both end surfaces in the thickness direction of the laminate 20 as shown in FIG. 1. Also, as shown in FIGS. 1 and 3, an electrode 41a (first electrode) electrically connected to each anode 32 of each actuator element 30 via a wire (conductor) 34, and an electrode 41b (second electrode) electrically connected to each cathode 33 of each actuator element 30 via a wire 34 are disposed on the edge of each outer surface of each non-conductive sheet 40. In this case, the arrangement position (first position) of the electrode 41a and the arrangement position (second position) of the electrode 41b are, for example, defined as positions facing each other across the center of the non-conductive sheet 40 (positions different from each other). Also, a notch 42 is formed on the edge of the non-conductive sheet 40 as shown in FIG. 3.

このアクチュエータ10では、各アクチュエータ素子30を構成する各陽極32および各陰極33を介して各ゲル状誘電体31に電圧を供給しているときに各ゲル状誘電体31の変形によって積層体20が縮長し、各ゲル状誘電体31に対する電圧の供給を停止したときに各ゲル状誘電体31の復元による復元力を伴って積層体20が伸長する。つまり、このアクチュエータ10では、この復元力を駆動力F(図1参照)として発生させることが可能となっている。ここで、アクチュエータ10が発生する駆動力Fは、各アクチュエータ素子30を構成するゲル状誘電体31、陽極32および陰極33の面積に比例(または、ほぼ比例)し、積層体20の変位量(伸縮量)は、アクチュエータ素子30の積層数に比例(または、ほぼ比例)する。 In this actuator 10, when a voltage is supplied to each gel-like dielectric 31 through each anode 32 and each cathode 33 constituting each actuator element 30, the laminate 20 contracts due to the deformation of each gel-like dielectric 31, and when the supply of voltage to each gel-like dielectric 31 is stopped, the laminate 20 expands with the restoring force due to the restoration of each gel-like dielectric 31. In other words, in this actuator 10, it is possible to generate this restoring force as a driving force F (see FIG. 1). Here, the driving force F generated by the actuator 10 is proportional (or approximately proportional) to the area of the gel-like dielectric 31, anode 32, and cathode 33 constituting each actuator element 30, and the amount of displacement (amount of expansion and contraction) of the laminate 20 is proportional (or approximately proportional) to the number of actuator elements 30 stacked.

このアクチュエータ10では、上述したように、各アクチュエータ素子30の各陽極32に電気的に接続された電極41aおよび各アクチュエータ素子30の各陰極33に電気的に接続された電極41bが、積層体20の端面に配置された非導電性シート40の外面に配設されている。このため、このアクチュエータ10によれば、電極41a,41bに電源用配線をそれぞれ接続するだけで積層体20を構成する各アクチュエータ素子30における全ての陽極32および全ての陰極33を電源用配線に電気的に接続することができる。したがって、このアクチュエータ10によれば、各陽極32にそれぞれ接続したワイヤー34を結束して電源用配線に接続すると共に、各陰極33にそれぞれ接続したワイヤー34を結束して電源用配線に接続する必要がある従来の構成と比較して、配線作業を省略することができる分、製造効率を十分に向上させることができる。 In this actuator 10, as described above, the electrodes 41a electrically connected to the anodes 32 of each actuator element 30 and the electrodes 41b electrically connected to the cathodes 33 of each actuator element 30 are disposed on the outer surface of the non-conductive sheet 40 disposed on the end surface of the laminate 20. Therefore, with this actuator 10, all the anodes 32 and all the cathodes 33 in each actuator element 30 constituting the laminate 20 can be electrically connected to the power supply wiring simply by connecting the power supply wiring to the electrodes 41a and 41b. Therefore, with this actuator 10, compared to the conventional configuration in which the wires 34 connected to each anode 32 must be tied together and connected to the power supply wiring, and the wires 34 connected to each cathode 33 must be tied together and connected to the power supply wiring, the wiring work can be omitted, and the manufacturing efficiency can be sufficiently improved.

また、このアクチュエータ10では、積層体20の厚さ方向における両端面に非導電性シート40がそれぞれ配設され、各非導電性シート40の双方に電極41a,41bが配設されている。このため、このアクチュエータ10によれば、どちらの非導電性シート40の電極41a,41bに電源用配線を接続しても、各陽極32および各陰極33に電圧を供給することができる。また、このアクチュエータ10によれば、複数のアクチュエータ10における電極41a同士および電極41b同士を対向させて積み重ねるだけで、各アクチュエータ10間の配線作業を行うことなく各アクチュエータ10の全ての陽極32および全ての陰極33を電気的に接続することができる。 In addition, in this actuator 10, non-conductive sheets 40 are disposed on both end surfaces in the thickness direction of the laminate 20, and electrodes 41a, 41b are disposed on both of the non-conductive sheets 40. Therefore, with this actuator 10, even if power supply wiring is connected to the electrodes 41a, 41b of either of the non-conductive sheets 40, voltage can be supplied to each anode 32 and each cathode 33. Furthermore, with this actuator 10, all anodes 32 and all cathodes 33 of each actuator 10 can be electrically connected without wiring between each actuator 10 by simply stacking the electrodes 41a and electrodes 41b of multiple actuators 10 facing each other.

次に、図4に示すアクチュエータ装置50の構成について説明する。なお、上述したアクチュエータ10の構成要素と同様の構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。 Next, the configuration of the actuator device 50 shown in FIG. 4 will be described. Note that components similar to those of the actuator 10 described above are given the same reference numerals and duplicated descriptions will be omitted.

アクチュエータ装置50は、本発明に係るアクチュエータ装置の一例であって、図4に示すように、複数(一例として、6個)のアクチュエータ10、プレート51、導電体52a,52bおよびコントローラ53を備えて構成されている。 The actuator device 50 is an example of an actuator device according to the present invention, and as shown in FIG. 4, is configured with a plurality of actuators 10 (for example, six actuators), a plate 51, conductors 52a and 52b, and a controller 53.

プレート51は、非導電性を有する材料(例えば、アクリル樹脂やPTFE)で形成されて、図4に示すように、非導電性シート40の外面(図1における下面)を下向きにした状態の複数のアクチュエータ10を載置可能に構成されている。 The plate 51 is formed of a non-conductive material (e.g., acrylic resin or PTFE) and is configured to allow multiple actuators 10 to be placed on it with the outer surface of the non-conductive sheet 40 (the lower surface in FIG. 1) facing downward, as shown in FIG. 4.

導電体52a,52bは、図4に示すように、帯状に形成されてプレート51の表面51aにおける広い範囲(ほぼ全域)に配設されている。また、導電体52a,52bは、プレート51の表面51aに載置された状態のアクチュエータ10における電極41a,41bにそれぞれ接触するように配設位置が規定されている。 As shown in FIG. 4, the conductors 52a and 52b are formed in a band shape and arranged over a wide area (almost the entire area) of the surface 51a of the plate 51. The conductors 52a and 52b are arranged in positions that are in contact with the electrodes 41a and 41b, respectively, of the actuator 10 when it is placed on the surface 51a of the plate 51.

コントローラ53は、アクチュエータ10を駆動する駆動用の電圧を出力可能な電源部と、出力電圧の電圧値や周波数を制御可能な制御部とを備えて構成され、導電体52a,52bを介してアクチュエータ10に駆動用の電圧を供給する。 The controller 53 is configured with a power supply unit capable of outputting a driving voltage for driving the actuator 10, and a control unit capable of controlling the voltage value and frequency of the output voltage, and supplies the driving voltage to the actuator 10 via the conductors 52a and 52b.

このアクチュエータ装置50では、図4に示すように、複数のアクチュエータ10をプレート51に載置した状態でコントローラ53から出力される駆動用の電圧を出力することで、プレート51に配設されている導電体52a,52b、および導電体52a,52bに接触しているアクチュエータ10の電極41a,41bを介してアクチュエータ10に電圧が供給され、これによってアクチュエータ10が駆動して駆動力Fを発生する。 As shown in FIG. 4, in this actuator device 50, when a driving voltage is output from a controller 53 with multiple actuators 10 placed on a plate 51, the voltage is supplied to the actuators 10 via conductors 52a, 52b arranged on the plate 51 and electrodes 41a, 41b of the actuators 10 that are in contact with the conductors 52a, 52b, thereby driving the actuators 10 to generate a driving force F.

このアクチュエータ装置50によれば、アクチュエータ10と、アクチュエータ10を載置可能なプレート51と、載置状態のアクチュエータ10における電極41a,41bがそれぞれ接触可能にプレート51の表面51aに配設された導電体52a,52bと、導電体52a,52bを介してアクチュエータ10に電圧を供給するコントローラ53とを備えたことにより、導電体52a,52bに電極41a,41bがそれぞれ接触するようにアクチュエータ10をプレート51の表面51aに載置するだけでアクチュエータ10における各陽極32および各陰極33を介して各ゲル状誘電体31に電圧を供給してアクチュエータ10を駆動させることができる。また、このアクチュエータ装置50によれば、帯状に形成した導電体52a,52bをプレート51の表面51aの広い範囲に配設することで、導電体52a,52bの配設範囲内における任意の位置に任意の数のアクチュエータ10を配置して各アクチュエータ10を駆動させることができる。 According to this actuator device 50, the actuator 10, the plate 51 on which the actuator 10 can be placed, the conductors 52a and 52b arranged on the surface 51a of the plate 51 so that the electrodes 41a and 41b of the actuator 10 in the placed state can contact each other, and the controller 53 that supplies voltage to the actuator 10 via the conductors 52a and 52b is provided. Therefore, by simply placing the actuator 10 on the surface 51a of the plate 51 so that the electrodes 41a and 41b contact the conductors 52a and 52b, the actuator 10 can be driven by supplying voltage to each gel-like dielectric 31 via each anode 32 and each cathode 33 of the actuator 10. In addition, according to this actuator device 50, the conductors 52a and 52b formed in a strip shape are arranged over a wide range on the surface 51a of the plate 51, so that any number of actuators 10 can be arranged at any position within the range of the conductors 52a and 52b, and each actuator 10 can be driven.

次に、図5に示すアクチュエータ装置60の構成について説明する。なお、上述したアクチュエータ10およびアクチュエータ装置50の構成要素と同様の構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。 Next, the configuration of the actuator device 60 shown in FIG. 5 will be described. Note that components similar to those of the actuator 10 and actuator device 50 described above are given the same reference numerals and duplicated descriptions will be omitted.

アクチュエータ装置60は、本発明に係るアクチュエータ装置の他の一例であって、図5に示すように、複数(一例として、3個)のアクチュエータ10、筒体61、固定プレート62、上プレート63a、下プレート63b、複数(例えば4本)のロッド64およびコントローラ53を備えて構成されている。なお、同図では、アクチュエータ10の構成の理解を容易とするため、各構成要素の一部または全部を透過した状態で図示している。 The actuator device 60 is another example of an actuator device according to the present invention, and as shown in FIG. 5, is configured with a plurality of actuators 10 (for example, three), a cylinder 61, a fixed plate 62, an upper plate 63a, a lower plate 63b, a plurality of rods 64 (for example, four), and a controller 53. Note that in the figure, each component is shown partially or entirely in a see-through state to facilitate understanding of the configuration of the actuator 10.

筒体61は、図5に示すように、一例として円筒状に形成されている。また、筒体61は、溶剤や可塑剤に対する耐性、および非導電性を有する材料(例えば、アクリル樹脂やPTFE)で形成されている。 As shown in FIG. 5, the cylindrical body 61 is formed in a cylindrical shape, for example. The cylindrical body 61 is formed from a material (e.g., acrylic resin or PTFE) that is resistant to solvents and plasticizers and is non-conductive.

固定プレート62は、筒体61と同様の材料によって円板状に形成されて、図5に示すように、筒体61の底部側に固定されている。また、固定プレート62には、ロッド64の挿通が可能な挿通孔Hが形成されている。また、固定プレート62の上面(アクチュエータ10が配置される面)には、アクチュエータ10の電極41a,41bにそれぞれ接触可能な導電体52a,52bが配設されている。 The fixed plate 62 is formed in a disk shape from the same material as the cylindrical body 61, and is fixed to the bottom side of the cylindrical body 61 as shown in FIG. 5. The fixed plate 62 is also formed with an insertion hole H through which the rod 64 can be inserted. Furthermore, conductors 52a and 52b that can come into contact with the electrodes 41a and 41b of the actuator 10 are arranged on the upper surface of the fixed plate 62 (the surface on which the actuator 10 is arranged).

上プレート63aは、筒体61と同様の材料によって円板状に形成されて、図5に示すように、筒体61の長さ方向にスライド可能に筒体61内におけるアクチュエータ10の上方に配置されている。下プレート63bは、筒体61と同様の材料によって円板状に形成されて、同図に示すように、筒体61の長さ方向にスライド可能に筒体61内における固定プレート62の下方に配置されている。また、下プレート63bには、コード65(例えば、アラミド繊維で形成されたひも)が接続されている。 The upper plate 63a is formed in a disk shape from the same material as the cylinder 61, and is disposed above the actuator 10 within the cylinder 61 so as to be slidable in the length direction of the cylinder 61, as shown in FIG. 5. The lower plate 63b is formed in a disk shape from the same material as the cylinder 61, and is disposed below the fixed plate 62 within the cylinder 61 so as to be slidable in the length direction of the cylinder 61, as shown in the same figure. A cord 65 (e.g., a string made of aramid fiber) is connected to the lower plate 63b.

ロッド64は、非導電性を有して形成され、図5に示すように、固定プレート62の挿通孔Hに挿通された状態で、上端部が上プレート63aに係止されると共に、下端部が下プレート63bに係止されて、上プレート63aおよび下プレート63bを連結する。 The rod 64 is formed to be non-conductive, and as shown in FIG. 5, when inserted into the insertion hole H of the fixed plate 62, the upper end is engaged with the upper plate 63a and the lower end is engaged with the lower plate 63b, connecting the upper plate 63a and the lower plate 63b.

各アクチュエータ10は、図5に示すように、各電極41a同士および各電極41b同士が対向するように各アクチュエータ10を積み重ねた状態で、筒体61内における固定プレート62の上方(固定プレート62と上プレート63aとの間)に配置されている。また、この状態では、最下部に配設されたアクチュエータ10の電極41a,41bと固定プレート62の上面に配設されている導電体52a,52bとが接触する。また、同図に示すように、各アクチュエータ10は、各非導電性シート40に形成されている切り欠き42(図3参照)にロッド64が嵌め込まれた状態で配置されている。 As shown in FIG. 5, the actuators 10 are stacked such that the electrodes 41a face each other and the electrodes 41b face each other, and are disposed above the fixed plate 62 (between the fixed plate 62 and the upper plate 63a) in the cylinder 61. In this state, the electrodes 41a and 41b of the actuator 10 disposed at the bottom come into contact with the conductors 52a and 52b disposed on the upper surface of the fixed plate 62. As shown in the figure, each actuator 10 is disposed with a rod 64 fitted into a notch 42 (see FIG. 3) formed in each non-conductive sheet 40.

コントローラ53は、固定プレート62の上面に配設されている導電体52a,52bを介して各アクチュエータ10に駆動用の電圧を供給する。 The controller 53 supplies driving voltage to each actuator 10 via conductors 52a and 52b arranged on the upper surface of the fixed plate 62.

このアクチュエータ装置60では、各アクチュエータ10の各アクチュエータ素子30を構成する各陽極32および各陰極33を介して各ゲル状誘電体31に電圧を供給しているときに各ゲル状誘電体31の変形によってアクチュエータ10の積層体20が縮長して上プレート63aおよび下プレート63bが下向きに移動し、各ゲル状誘電体31に対する電圧の供給を停止したときに各ゲル状誘電体31の復元による復元力を伴って積層体20が伸長することによって上プレート63aおよび下プレート63bが上向きに移動する。これにより、各ゲル状誘電体31の復元力を駆動力F(コード65を介した引張力)として発生させることが可能となっている。 In this actuator device 60, when a voltage is supplied to each gel-like dielectric 31 via each anode 32 and each cathode 33 constituting each actuator element 30 of each actuator 10, the deformation of each gel-like dielectric 31 causes the laminate 20 of the actuator 10 to contract, and the upper plate 63a and the lower plate 63b move downward, and when the supply of voltage to each gel-like dielectric 31 is stopped, the laminate 20 expands with the restoring force due to the restoration of each gel-like dielectric 31, and the upper plate 63a and the lower plate 63b move upward. This makes it possible to generate the restoring force of each gel-like dielectric 31 as a driving force F (tensile force via the cord 65).

このアクチュエータ装置60によれば、電極41a士および電極41b同士が互いに接触して導通するように積み重ねた複数のアクチュエータ10と、固定プレート62の導電体52a,52bに接触している最下部のアクチュエータ10の電極41a,41b(いずれかの電極41a,41b)を介して各アクチュエータ10に電圧を供給するコントローラ53とを備えたことにより、各アクチュエータ10間の配線作業を行うことなく各アクチュエータ10の全ての陽極32および全ての陰極33を電気的に接続して全ての陽極32および陰極33を介して全てのゲル状誘電体31に電圧を供給し、各アクチュエータ10を駆動させることができる。 This actuator device 60 includes a plurality of actuators 10 stacked such that the electrodes 41a and 41b are in contact with each other and conductive, and a controller 53 that supplies voltage to each actuator 10 via the electrodes 41a, 41b (either of the electrodes 41a, 41b) of the bottom actuator 10 that is in contact with the conductors 52a, 52b of the fixed plate 62. This makes it possible to electrically connect all the anodes 32 and cathodes 33 of each actuator 10 without wiring between the actuators 10, supply voltage to all the gel dielectrics 31 via all the anodes 32 and cathodes 33, and drive each actuator 10.

また、このアクチュエータ装置60によれば、各アクチュエータ10のうちの一部のアクチュエータ10に陽極32と陰極33とのショートやワイヤー34の断線による導通不良等の故障が発生したときには、故障が発生したアクチュエータ10だけを他のアクチュエータ10と交換することで、修復を迅速に行うことができる。 In addition, with this actuator device 60, when a failure occurs in some of the actuators 10, such as a short circuit between the anode 32 and the cathode 33 or poor continuity due to a broken wire 34, repairs can be made quickly by replacing only the actuator 10 in which the failure occurred with another actuator 10.

また、このアクチュエータ装置60によれば、アクチュエータ10の非導電性シート40に形成された切り欠き42にロッド64を嵌め込むことで、積み重ねた複数のアクチュエータ10の崩壊や、アクチュエータ10同士の回転方向に位置ずれを確実に防止することができる。 In addition, with this actuator device 60, by fitting a rod 64 into a notch 42 formed in the non-conductive sheet 40 of the actuator 10, it is possible to reliably prevent the collapse of stacked actuators 10 and the misalignment of the actuators 10 in the rotational direction.

なお、上述したアクチュエータ10、アクチュエータ装置50およびアクチュエータ装置60の構成は、本発明に係るアクチュエータおよびアクチュエータ装置の一例であって、適宜変更した構成を採用することができる。例えば、上述したアクチュエータ10の構成では、アクチュエータ素子30を10層積層して積層体20を構成しているが、積層体20を構成するアクチュエータ素子30の積層数は任意に規定することができる。 The configurations of the actuator 10, actuator device 50, and actuator device 60 described above are examples of the actuator and actuator device according to the present invention, and appropriate modifications can be made to the configuration. For example, in the configuration of the actuator 10 described above, ten layers of actuator elements 30 are stacked to form the laminate 20, but the number of layers of actuator elements 30 that form the laminate 20 can be specified as desired.

また、上述したアクチュエータ10の構成では、ゲル状誘電体31、陽極32および陰極33が平面視円形に形成されているが、他の平面視形状(例えば、楕円形や多角形)のゲル状誘電体31、陽極32および陰極33を採用することもできる。 In addition, in the configuration of the actuator 10 described above, the gel-like dielectric 31, the anode 32, and the cathode 33 are formed in a circular shape when viewed from above, but it is also possible to adopt gel-like dielectric 31, anode 32, and cathode 33 having other shapes when viewed from above (e.g., elliptical or polygonal).

また、上述したアクチュエータ10の構成では、積層体20における厚さ方向の両端面に非導電性シート40がそれぞれ配設されているが、積層体20の両端面のうちの一方にのみ非導電性シート40が配設された構成を採用することもできる。 In addition, in the configuration of the actuator 10 described above, a non-conductive sheet 40 is disposed on each of both end surfaces in the thickness direction of the laminate 20, but it is also possible to adopt a configuration in which a non-conductive sheet 40 is disposed on only one of both end surfaces of the laminate 20.

また、上述したアクチュエータ装置50では、6個のアクチュエータ10をプレート51に載置しているが、プレート51に載置するアクチュエータ10の数は任意に変更することができる。また、複数のアクチュエータ10を積み重ねた状態でプレート51に載置する構成を採用することもできる。 In addition, in the actuator device 50 described above, six actuators 10 are mounted on the plate 51, but the number of actuators 10 mounted on the plate 51 can be changed as desired. It is also possible to adopt a configuration in which multiple actuators 10 are stacked and mounted on the plate 51.

また、上述したアクチュエータ装置60では、3個のアクチュエータ10を積み重ねているが、積み重ねるアクチュエータ10の数は任意に変更することができる。 In addition, in the actuator device 60 described above, three actuators 10 are stacked, but the number of actuators 10 stacked can be changed as desired.

また、図6に示すように、アクチュエータ10の上部および側部を絶縁性を有するカバー70で覆った構成を採用することもできる。 Also, as shown in FIG. 6, a configuration can be adopted in which the top and sides of the actuator 10 are covered with an insulating cover 70.

10 アクチュエータ
20 積層体
30 アクチュエータ素子
31 ゲル状誘電体
32 陽極
33 陰極
40 非導電性シート
41a,41b 電極
42 切り欠き
50,60 アクチュエータ装置
51 プレート
51a 表面
52a,52b 導電体
53 コントローラ
REFERENCE SIGNS LIST 10 Actuator 20 Laminate 30 Actuator element 31 Gel dielectric 32 Anode 33 Cathode 40 Non-conductive sheet 41a, 41b Electrode 42 Notch 50, 60 Actuator device 51 Plate 51a Surface 52a, 52b Conductor 53 Controller

Claims (1)

電圧の供給によって厚さ方向に変形するゲル状誘電体と当該ゲル状誘電体を挟み込むように配置した陽極および陰極とからなるアクチュエータ素子を当該ゲル状誘電体を挟んで複数積層した積層体を備え、前記各陽極および前記各陰極を介して前記各ゲル状誘電体に電圧を供給している状態から当該電圧の供給を停止したときの当該各ゲル状誘電体の復元による前記厚さ方向の復元力を駆動力として発生させるアクチュエータであって、
前記積層体の前記厚さ方向における少なくとも一方の端面に前記アクチュエータ素子を構成する前記ゲル状誘電体とは異なる材質の非導電性シートが配置され、
前記非導電性シートには、前記各陽極に電気的に接続された第1電極が前記非導電性シートの外面における第1位置に配設されると共に、前記各陰極に電気的に接続された第2電極が前記非導電性シートの外面における前記第1位置とは異なる第2位置に配設され
前記非導電性シートの縁部に切り欠きが形成されているアクチュエータ。
An actuator comprising a laminate in which a gel-like dielectric is sandwiched between actuator elements, each of which is made of a gel-like dielectric that deforms in a thickness direction when a voltage is applied thereto and an anode and a cathode arranged to sandwich the gel-like dielectric, and which generates, as a driving force, a restoring force in the thickness direction caused by the restoration of each of the gel-like dielectrics when the supply of voltage is stopped from a state in which voltage is being applied to each of the gel-like dielectrics via each of the anodes and each of the cathodes,
a non-conductive sheet made of a different material from the gel dielectric constituting the actuator element is disposed on at least one end surface in the thickness direction of the laminate,
The non-conductive sheet has first electrodes electrically connected to the anodes disposed at first positions on an outer surface of the non-conductive sheet, and second electrodes electrically connected to the cathodes disposed at second positions different from the first positions on the outer surface of the non-conductive sheet ,
The actuator has a notch formed in an edge of the non-conductive sheet .
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