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JP7646989B2 - Actuator - Google Patents
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JP7646989B2 - Actuator - Google Patents

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Description

本発明は、誘電体シートの両面に配設された電極を介して誘電体シートに電圧を供給したときに誘電体シートが面方向に伸長するアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator in which a dielectric sheet expands in the planar direction when a voltage is applied to the dielectric sheet via electrodes arranged on both sides of the dielectric sheet.

この種のアクチュエータとして、出願人は、下記特許文献1において誘電アクチュエータを開示している。この誘電アクチュエータは、誘電体シートとしてのPVCゲルシートと、PVCゲルシートの両面に設けた柔軟性を有する電極とを備えて構成され、電極を介してPVCゲルシートに電圧を供給したときに面方向に伸長し、電圧の供給を停止したときに初期状態に復帰する。つまり、この誘電アクチュエータは、電圧の供給および供給停止に伴って面方向に伸縮動作を行うように構成されている。また、この誘電アクチュエータでは、PVCゲルシートの代わりに誘電エラストマーを用いた誘電アクチュエータと比較して、電圧を印加する前後における電極の面積の差と電圧を印加しない状態における電極の面積との比率(伸縮率)が大きく、印加電圧が3000Vのときに12%の伸縮率を得ることが可能となっている。 As an actuator of this type, the applicant has disclosed a dielectric actuator in the following Patent Document 1. This dielectric actuator is configured with a PVC gel sheet as a dielectric sheet and flexible electrodes provided on both sides of the PVC gel sheet, and expands in the planar direction when a voltage is supplied to the PVC gel sheet via the electrodes, and returns to its initial state when the voltage supply is stopped. In other words, this dielectric actuator is configured to perform expansion and contraction operations in the planar direction in response to the supply and stop of voltage. Furthermore, in this dielectric actuator, the ratio (expansion rate) of the difference in the area of the electrodes before and after the application of voltage to the area of the electrodes in a state where no voltage is applied is large compared to a dielectric actuator using a dielectric elastomer instead of a PVC gel sheet, and it is possible to obtain an expansion rate of 12% when an applied voltage is 3000V.

特開2017-108601号公報JP 2017-108601 A

ところが、上述した誘電アクチュエータには、解決すべき以下の課題がある。具体的には、上述したPVCゲルシートを用いた誘電アクチュエータでは、誘電エラストマーを用いた誘電アクチュエータと比較して大きな伸縮率を得ることができるものの、12%の伸縮率を得るのに3000Vの電圧を印加する必要がある。一方、この種の誘電アクチュエータは、その柔軟性を生かして、人が装着する機器等への応用が期待されている。このような機器への応用を実現するためには、電圧の低電圧化および大きな伸縮率の発生が必要である。しかしながら、上述した誘電アクチュエータでは、3000Vという高電圧を印加する必要があり、また伸縮率も12%と十分ではないため、低電圧化および伸縮率の増大が望まれている。 However, the above-mentioned dielectric actuator has the following problems to be solved. Specifically, although the above-mentioned dielectric actuator using the PVC gel sheet can achieve a larger expansion rate than the dielectric actuator using a dielectric elastomer, a voltage of 3000 V must be applied to achieve a 12% expansion rate. On the other hand, this type of dielectric actuator is expected to be applied to devices worn by people, taking advantage of its flexibility. In order to realize application to such devices, it is necessary to reduce the voltage and generate a large expansion rate. However, the above-mentioned dielectric actuator requires the application of a high voltage of 3000 V, and the expansion rate is also insufficient at 12%, so there is a demand for a lower voltage and an increased expansion rate.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、低電圧化および伸縮率の増大を実現し得るアクチュエータ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 that can achieve low voltage and increased stretch ratio.

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、ゲル状のポリ塩化ビニルでシート状に形成された誘電体シートと、前記誘電体シートの両面にそれぞれ配設された可撓性を有するシート状の電極とを備え、前記各電極を介して前記誘電体シートに電圧を供給したときに前記誘電体シートが面方向に伸長するアクチュエータであって、難撓性を有する材料で線状または帯状に形成されると共に前記誘電体シートの少なくとも一方の面における一の方向に延在するように当該少なくとも一方の面と前記電極との間に配置されて当該誘電体シートの当該一の方向への伸長を規制する規制部材が当該少なくとも一方の面における当該一の方向と交差する交差方向に沿って間隔を空けて複数並設されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the actuator described in claim 1 comprises a dielectric sheet formed into a sheet-like shape from gel-like polyvinyl chloride, and flexible sheet-like electrodes arranged on both sides of the dielectric sheet, and when a voltage is supplied to the dielectric sheet via each of the electrodes, the dielectric sheet expands in a planar direction, and is characterized in that a plurality of restricting members are arranged in parallel at intervals along a cross direction intersecting the one direction on the at least one surface, the restricting members being formed in a linear or band-like shape from a material having low flexibility and being arranged between the at least one surface of the dielectric sheet and the electrode so as to extend in a certain direction on the at least one surface, and restricting the expansion of the dielectric sheet in the one direction.

本発明に係るアクチュエータによれば、誘電体シートにおける一の方向に延在する規制部材を一の方向と交差する交差方向に沿って複数並設したことにより、誘電体シートの一の方向の伸縮を規制し、これによって誘電体シートの交差方向の伸縮率を十分に高めることができる。このため、このアクチュエータによれば、従来のアクチュエータと比較して、電圧が低い場合であっても、十分な伸縮率を確保することができる結果、低電圧化および伸縮率の増大を実現することができる。 According to the actuator of the present invention, by arranging multiple restricting members extending in one direction on the dielectric sheet in parallel along a cross direction that crosses the one direction, it is possible to restrict the expansion and contraction of the dielectric sheet in one direction, thereby sufficiently increasing the expansion and contraction rate of the dielectric sheet in the cross direction. Therefore, compared to conventional actuators, this actuator can ensure a sufficient expansion and contraction rate even when the voltage is low, and as a result, it is possible to achieve a lower voltage and an increased expansion and contraction rate.

また、このアクチュエータによれば、誘電体シートに一の方向の予歪を付与したことにより、誘電体シートにおける一の方向の伸縮をより確実に規制すことができるため、誘電体シートの交差方向の伸縮率をさらに高めることができる結果、さらなる低電圧化および伸縮率のさらなる増大を実現することができる。 In addition, with this actuator, by applying pre-strain in one direction to the dielectric sheet, the expansion and contraction of the dielectric sheet in one direction can be more reliably regulated, and the expansion rate of the dielectric sheet in the cross direction can be further increased, resulting in further reduction in voltage and further increase in the expansion rate.

また、このアクチュエータによれば、誘電体シートの両面に規制部材をそれぞれ複数並設したことにより、誘電体シートにおける一の方向の伸縮をより確実に規制することができるため、誘電体シートの交差方向の伸縮率をさらに高めることができる結果、さらなる低電圧化および伸縮率のさらなる増大を実現することができる。 In addition, with this actuator, multiple restricting members are arranged side by side on both sides of the dielectric sheet, so that the expansion and contraction of the dielectric sheet in one direction can be more reliably restricted, and the expansion rate of the dielectric sheet in the cross direction can be further increased, resulting in a further reduction in voltage and a further increase in the expansion rate.

また、このアクチュエータによれば、規制部材を紙で形成したことにより、十分な難撓性を有する規制部材を軽量に形成することができるため、アクチュエータの軽量化を実現することができる。 In addition, with this actuator, the restricting member is made of paper, which allows the restricting member to be made lightweight and has sufficient flexibility, making it possible to reduce the weight of the actuator.

また、このアクチュエータによれば、導電性オイルコンパウンドで電極を形成したことにより、導電性オイルコンパウンドを誘電体シートの表面に塗布することで電極を形成することができるため、電極を予め別工程で作製する構成と比較して、アクチュエータの製造工程を簡略化することができる。 In addition, with this actuator, the electrodes are formed from a conductive oil compound, and can be formed by applying the conductive oil compound to the surface of the dielectric sheet, simplifying the manufacturing process of the actuator compared to a configuration in which the electrodes are fabricated in advance in a separate process.

また、このアクチュエータによれば、ゲル状のポリ塩化ビニルと粉末カーボンとの混合物で電極を形成したことにより、予め作製した電極を誘電体シートの各面に配設することができるため、誘電体シートの表面に電極材料を塗布することによって電極を形成する構成と比較してアクチュエータの製造時間を短縮することができる。 In addition, with this actuator, the electrodes are formed from a mixture of gelled polyvinyl chloride and powdered carbon, so prefabricated electrodes can be arranged on each surface of the dielectric sheet, shortening the manufacturing time of the actuator compared to a configuration in which electrodes are formed by applying an electrode material to the surface of the dielectric sheet.

アクチュエータ10の平面図である。FIG. 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. PVC溶液作製工程50のフローチャートである。5 is a flow chart of a PVC solution preparation process 50. アクチュエータ組立工程60のフローチャートである。1 is a flow chart of an actuator assembly process 60. アクチュエータ10の製造方法を説明する第1の説明図である。1A to 1C are first explanatory diagrams illustrating a manufacturing method of the actuator 10. アクチュエータ10の製造方法を説明する第2の説明図である。11 is a second explanatory diagram illustrating the manufacturing method of the actuator 10. FIG. アクチュエータ10の製造方法を説明する第3の説明図である。11 is a third explanatory diagram illustrating the manufacturing method of the actuator 10. FIG. アクチュエータ10の製造方法を説明する第4の説明図である。FIG. 4 is a fourth explanatory diagram illustrating the manufacturing method of the actuator 10. アクチュエータ10の製造方法を説明する第5の説明図である。13 is a fifth explanatory diagram illustrating the manufacturing method of the actuator 10. FIG. アクチュエータ10の製造方法を説明する第6の説明図である。FIG. 6 is a sixth explanatory diagram illustrating the manufacturing method of the actuator 10. 特性試験の結果を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing the results of a characteristic test.

以下、本発明に係るアクチュエータ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 an embodiment of an actuator according to the present invention 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、図1,2に示すように、PVCゲルシート21と、PVCゲルシート21の両面にそれぞれ配設されたシート状の一対の電極22と、帯状(線状または帯状の一例)に形成されてPVCゲルシート21の両面(少なくとも一方の面の一例)に配設された複数の規制部材23とを備えて全体として帯状(長方形)に形成されている。 First, the configuration of the actuator 10 shown in Fig. 1 will be described. The actuator 10 is an example of an actuator according to the present invention, and as shown in Figs. 1 and 2, it is formed in a band shape (rectangle) as a whole, and includes a PVC gel sheet 21, a pair of sheet-shaped electrodes 22 arranged on both sides of the PVC gel sheet 21, and a plurality of restricting members 23 formed in a band shape (an example of a line or band shape) and arranged on both sides (an example of at least one side) of the PVC gel sheet 21.

PVCゲルシート21は、本発明における誘電体シートの一例であって、ポリ塩化ビニル(PVC)および可塑剤を含有して構成され、誘電性を有すると共に常温においてゲル状態を呈している。このPVCゲルシート21は、電圧の供給によって変形する特性を有している。また、PVCゲルシート21は、図1,2に示すように、長方形(帯状)のシート状に形成されている。 The PVC gel sheet 21 is an example of a dielectric sheet in the present invention, and is composed of polyvinyl chloride (PVC) and a plasticizer, has dielectric properties, and is in a gel state at room temperature. This PVC gel sheet 21 has the property of deforming when a voltage is applied. In addition, the PVC gel sheet 21 is formed into a rectangular (strip-shaped) sheet, as shown in Figures 1 and 2.

電極22は、図1,2に示すように、長方形(帯状)のシート状に形成されて、導電性を有すると共に可撓性を有している。本実施例では、電極22は、シリコーンオイルにカーボンを配合した導電性オイルコンパウンドをPVCゲルシート21の両面に塗布することによって形成される。 As shown in Figures 1 and 2, the electrode 22 is formed in a rectangular (strip-shaped) sheet shape, and is conductive and flexible. In this embodiment, the electrode 22 is formed by applying a conductive oil compound made of silicone oil mixed with carbon to both sides of the PVC gel sheet 21.

規制部材23は、難撓性を有する材料で形成されている。本実施例では、規制部材23は、紙で形成されている。また、規制部材23は、図1,2に示すように、帯状(線状または帯状の一例)に形成されてPVCゲルシート21の両面におけるPVCゲルシート21の幅方向(一の方向の一例)に延在するようにして、PVCゲルシート21の長さ方向(一の方向に交差(この例では直交)する交差方向の一例)に沿って複数並設されている。 The regulating member 23 is formed of a material that is difficult to bend. In this embodiment, the regulating member 23 is formed of paper. As shown in Figs. 1 and 2, the regulating member 23 is formed in a band shape (an example of a line or band shape) and extends in the width direction (an example of one direction) of the PVC gel sheet 21 on both sides of the PVC gel sheet 21, and multiple regulating members 23 are arranged in parallel along the length direction of the PVC gel sheet 21 (an example of a cross direction that crosses (orthogonal in this example) the one direction).

このアクチュエータ10では、各電極22を介してPVCゲルシート21に電圧を供給しているときにPVCゲルシート21が面方向に伸長するように変形すると共に、PVCゲルシート21に対する電圧の供給を停止したときにPVCゲルシート21の復元(変形の解除)による力を伴ってPVCゲルシート21が面方向に収縮し、PVCゲルシート21の変形に伴って発生する力を駆動力として出力することが可能となっている。また、このアクチュエータ10では、難撓性を有する複数の規制部材23がPVCゲルシート21の幅方向に延在するように配置されているため、PVCゲルシート21の幅方向の伸縮が規制されている。このため、このアクチュエータ10では、PVCゲルシート21の幅方向の伸縮が規制される分、PVCゲルシート21全体の伸縮量が長さ方向に集中し、この結果、規制部材23を設けていない構成と比較して、PVCゲルシート21が長さ方向に大きく伸縮する。 In this actuator 10, when a voltage is supplied to the PVC gel sheet 21 through each electrode 22, the PVC gel sheet 21 deforms so as to expand in the surface direction, and when the supply of voltage to the PVC gel sheet 21 is stopped, the PVC gel sheet 21 contracts in the surface direction accompanied by the force caused by the restoration (release of deformation) of the PVC gel sheet 21, and it is possible to output the force generated by the deformation of the PVC gel sheet 21 as a driving force. In addition, in this actuator 10, since a plurality of restricting members 23 having a low flexibility are arranged to extend in the width direction of the PVC gel sheet 21, the expansion and contraction in the width direction of the PVC gel sheet 21 is restricted. Therefore, in this actuator 10, the expansion and contraction amount of the entire PVC gel sheet 21 is concentrated in the length direction by the amount that the expansion and contraction in the width direction of the PVC gel sheet 21 is restricted, and as a result, the PVC gel sheet 21 expands and contracts greatly in the length direction compared to a configuration in which the restricting members 23 are not provided.

次に、アクチュエータ10の製造方法について説明する。 Next, we will explain the manufacturing method of the actuator 10.

最初に、PVCゲルシート21の材料となるPVC溶液の作製方法を、図3に示すPVC溶液作製工程50のフローチャートを参照して説明する。このPVC溶液作製工程50では、まず、溶剤(一例として、テトラヒドロフラン)を計量して、攪拌容器に投入する(ステップ51)。溶剤は、ポリ塩化ビニル100重量部に対して600~1000重量部の範囲内で用いるのが好ましく、本実施例では、ポリ塩化ビニル100重量部に対して溶剤を800重量部用いる。 First, the method of preparing the PVC solution that is the material of the PVC gel sheet 21 will be described with reference to the flowchart of the PVC solution preparation process 50 shown in FIG. 3. In this PVC solution preparation process 50, first, a solvent (tetrahydrofuran as an example) is measured and poured into a stirring vessel (step 51). It is preferable to use a solvent in the range of 600 to 1000 parts by weight per 100 parts by weight of polyvinyl chloride, and in this embodiment, 800 parts by weight of the solvent is used per 100 parts by weight of polyvinyl chloride.

次いで、ポリ塩化ビニルを計量して、溶剤が投入されている攪拌容器に攪拌しつつ投入する(ステップ52)。本実施例では、溶剤800重量部に対して100重量部のポリ塩化ビニルを計量して投入する。 Next, polyvinyl chloride is weighed and added to the stirring vessel containing the solvent while stirring (step 52). In this embodiment, 100 parts by weight of polyvinyl chloride is weighed and added to 800 parts by weight of the solvent.

続いて、ポリ塩化ビニルと溶剤とが十分に混合(溶解)した状態で、可塑剤を計量して、ポリ塩化ビニルおよび溶剤が投入されている攪拌容器に攪拌しつつ投入する(ステップ53)。この場合、各種の可塑剤を用いることができるが、本実施例では、アジピン酸ジブチル(DBA)を用いる。また、可塑剤は、ポリ塩化ビニル100重量部に対して100~500重量部の範囲内で用いるのが好ましく、本実施例では、ポリ塩化ビニル100重量部に対して可塑剤を400重量部用いる。次いで、ポリ塩化ビニル、溶剤および可塑剤(これらの混合物)が収容された攪拌容器を脱泡装置にセットして脱泡処理を実行する(ステップ54)。以上により、PVC溶液の作製が完了する。 Next, with the polyvinyl chloride and the solvent in a fully mixed (dissolved) state, the plasticizer is weighed out and added to the stirring vessel containing the polyvinyl chloride and the solvent while stirring (step 53). In this case, various plasticizers can be used, but in this embodiment, dibutyl adipate (DBA) is used. It is preferable to use a plasticizer in the range of 100 to 500 parts by weight per 100 parts by weight of polyvinyl chloride, and in this embodiment, 400 parts by weight of the plasticizer is used per 100 parts by weight of polyvinyl chloride. Next, the stirring vessel containing the polyvinyl chloride, the solvent, and the plasticizer (a mixture of these) is set in a degassing device and a degassing process is performed (step 54). This completes the preparation of the PVC solution.

続いて、アクチュエータ10の組立方法を、図4に示すアクチュエータ組立工程60のフローチャートを参照して説明する。このアクチュエータ組立工程60では、まず、図5に示すように、PVC溶液200をガラス板上に塗布し成膜機(アプリケータ)を用いて、ガラス板上でPVC溶液200を薄膜化し、次いで、インキュベータに保管して20℃で5日間乾燥させる。これにより、ガラス板100上にPVCゲルシート21が形成される(ステップ61)。 Next, the method of assembling the actuator 10 will be described with reference to the flow chart of the actuator assembly process 60 shown in FIG. 4. In this actuator assembly process 60, first, as shown in FIG. 5, a PVC solution 200 is applied onto a glass plate and a thin film of the PVC solution 200 is formed on the glass plate using a film forming machine (applicator), and then the PVC solution 200 is stored in an incubator and dried at 20°C for 5 days. As a result, a PVC gel sheet 21 is formed on the glass plate 100 (step 61).

続いて、図6に示すように、カッターを用いてガラス板上のPVCゲルシート21を、所定の形状(一例として、幅20mm、長さ50mmの長方形)に切り出す(ステップ62)。次いで、図7に示すように、切り出したPVCゲルシート21をガラス板上に載置し、続いて、PVCゲルシート21を幅方向(同図における左右方向)に引っ張ることによって幅方向に予歪(プレストレイン)を付与する(ステップ63)。この実施例では、引っ張り前の幅(この例では、20mm)に対して150%(この例では、30mm)の予歪を付与する(つまり、幅が50mmとなるまで引っ張る)。 Next, as shown in Fig. 6, the PVC gel sheet 21 on the glass plate is cut out into a predetermined shape (for example, a rectangle with a width of 20 mm and a length of 50 mm) using a cutter (step 62). Next, as shown in Fig. 7, the cut PVC gel sheet 21 is placed on the glass plate, and the PVC gel sheet 21 is then pulled in the width direction (left and right direction in the figure) to impart prestrain in the width direction (step 63). In this embodiment, a prestrain of 150% (30 mm in this example) is imparted to the width before pulling (20 mm in this example) (i.e., pulled until the width becomes 50 mm).

次いで、規制部材23を取り付ける(ステップ64)。具体的には、図8に示すように、PVCゲルシート21における一方の面の幅方向に延在するようにして、複数の規制部材23を長さ方向(同図における上下方向)に等間隔で配置する。この場合、一例として、幅2mm、長さ50mmの帯状に切断した厚み70μmの上質紙を規制部材23として用いる。続いて、規制部材23の両端部とPVCゲルシート21の幅方向の縁部とを粘着テープ300で固定する。次いで、PVCゲルシート21を反転し、上述した手順でPVCゲルシート21における他方の面に複数の規制部材23を配置して粘着テープ300で固定する。続いて、図9に示すように、規制部材23を取り付けたPVCゲルシート21を所定の形状(一例として、幅25mm、長さ40mmの長方形)に切り出す(ステップ65)。 Next, the regulating members 23 are attached (step 64). Specifically, as shown in FIG. 8, a plurality of regulating members 23 are arranged at equal intervals in the length direction (vertical direction in the figure) so as to extend in the width direction of one side of the PVC gel sheet 21. In this case, as an example, a 70 μm thick woodfree paper cut into a strip shape with a width of 2 mm and a length of 50 mm is used as the regulating member 23. Then, both ends of the regulating member 23 and the width direction edge of the PVC gel sheet 21 are fixed with adhesive tape 300. Next, the PVC gel sheet 21 is turned over, and a plurality of regulating members 23 are arranged on the other side of the PVC gel sheet 21 in the above-mentioned procedure and fixed with adhesive tape 300. Next, as shown in FIG. 9, the PVC gel sheet 21 to which the regulating members 23 are attached is cut into a predetermined shape (for example, a rectangle with a width of 25 mm and a length of 40 mm) (step 65).

次いで、電極22を形成する(ステップ66)。具体的には、図10に示すように、PVCゲルシート21および規制部材23における一方の面を覆うように導電性オイルコンパウンドを塗布し、導電性オイルコンパウンドの流動性が低下するまで放置する。これにより、一方の面に電極22が形成される。続いて、一方の面に電極22が形成されたPVCゲルシート21および規制部材23を反転し、他方の面を覆うように導電性オイルコンパウンドを塗布し、導電性オイルコンパウンドの流動性が低下するまで放置する。これにより、他方の面に電極22が形成される。次いで、各電極22に図外のリード線をそれぞれ接続する(ステップ67)。以上によりアクチュエータ組立工程60が終了してアクチュエータ10が完成する。 Next, the electrodes 22 are formed (step 66). Specifically, as shown in FIG. 10, a conductive oil compound is applied to cover one side of the PVC gel sheet 21 and the regulating member 23, and the conductive oil compound is left to stand until the fluidity of the conductive oil compound decreases. As a result, the electrode 22 is formed on one side. Next, the PVC gel sheet 21 and the regulating member 23 with the electrode 22 formed on one side are inverted, and a conductive oil compound is applied to cover the other side, and the conductive oil compound is left to stand until the fluidity of the conductive oil compound decreases. As a result, the electrode 22 is formed on the other side. Next, a lead wire (not shown) is connected to each electrode 22 (step 67). With the above, the actuator assembly process 60 is completed, and the actuator 10 is completed.

次に、本発明に係るアクチュエータの特性試験の結果について説明する。 Next, we will explain the results of characteristic tests on the actuator of the present invention.

特性試験では、上述した製造方法で製造したアクチュエータ10を実施例1とした。また、上述したアクチュエータ組立工程60において予歪を70%として製造したアクチュエータ10を実施例2とした。また、規制部材23を配設せず、かつ予歪を付与していないアクチュエータ10を比較例1とした。 In the characteristic tests, the actuator 10 manufactured by the above-mentioned manufacturing method was designated as Example 1. The actuator 10 manufactured in the above-mentioned actuator assembly process 60 with a pre-strain of 70% was designated as Example 2. The actuator 10 without the restricting member 23 and without pre-strain was designated as Comparative Example 1.

また、この特性試験では、実施例1,2および比較例1の各アクチュエータ10の各電極22を介してPVCゲルシート21に対して電圧を供給したときのPVCゲルシート21の長さ方向の伸縮率を電圧値を変更しつつ測定した。この場合、電圧を供給していない初期状態におけるPVCゲルシート21の長さをL0とし、電圧を供給したときのPVCゲルシート21の長さをL1としたときに、(L1-L0)/L0で表される値(%)を伸縮率とした。また、実施例1および実施例2におけるL0,L1は、規制部材23が配置されていない部分(伸縮に寄与している部分)のみの長さとした。 In addition, in this characteristic test, the expansion rate in the length direction of the PVC gel sheet 21 when a voltage was supplied to the PVC gel sheet 21 via each electrode 22 of each actuator 10 in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured while changing the voltage value. In this case, the length of the PVC gel sheet 21 in the initial state where no voltage was supplied was defined as L0, and the length of the PVC gel sheet 21 when a voltage was supplied was defined as L1, and the value (%) represented by (L1-L0)/L0 was defined as the expansion rate. Furthermore, L0 and L1 in Examples 1 and 2 were defined as the lengths of only the portions where the restricting members 23 were not arranged (portions that contribute to expansion and contraction).

特性試験の結果を図11に示す。同図から、紙製の規制部材23を配設して150%の予歪を付与した実施例1のアクチュエータ10、および紙製の規制部材23を配設して70%の予歪を付与した実施例2のアクチュエータ10は、規制部材23を配設せず、かつ予歪を付与していない比較例1のアクチュエータ10をと比較して、同じ電圧値における伸縮率が十分に大きいことが明らかである。つまり、規制部材23を配設して予歪を付与することで、十分な低電圧化および伸縮率の十分な増大を実現可能なことが明らかである。 The results of the characteristic test are shown in Figure 11. It is clear from this figure that the actuator 10 of Example 1, in which a paper restricting member 23 is provided and a prestrain of 150%, and the actuator 10 of Example 2, in which a paper restricting member 23 is provided and a prestrain of 70%, have a sufficiently large expansion/contraction ratio at the same voltage value compared to the actuator 10 of Comparative Example 1, in which the restricting member 23 is not provided and no prestrain is applied. In other words, it is clear that by providing a restricting member 23 and applying a prestrain, it is possible to achieve a sufficiently low voltage and a sufficiently large expansion/contraction ratio.

また、特性試験の追加試験として、紙製の規制部材23を配設して予歪を付与していないアクチュエータ10を実施例3とし、直径70μmの樹脂ファイバーで形成された規制部材23を配設して70%の予歪を付与したアクチュエータ10を実施例4として、各アクチュエータ10におけるPVCゲルシート21の長さ方向の伸縮率を電圧値を変更しつつ測定した(図示を省略する)。これら実施例3,4のアクチュエータ10では、比較例1のアクチュエータ10と比較して、同じ電圧値における伸縮率が十分に大きかったものの、実施例1,2のアクチュエータ10と比較すると、同じ電圧値における伸縮率は小さかった。 As an additional characteristic test, an actuator 10 with no pre-strain by disposing a paper restricting member 23 was used as Example 3, and an actuator 10 with a 70% pre-strain by disposing a restricting member 23 made of resin fiber with a diameter of 70 μm was used as Example 4. The longitudinal expansion rate of the PVC gel sheet 21 in each actuator 10 was measured while changing the voltage value (not shown). The actuators 10 of Examples 3 and 4 had a sufficiently large expansion rate at the same voltage value compared to the actuator 10 of Comparative Example 1, but had a smaller expansion rate at the same voltage value compared to the actuators 10 of Examples 1 and 2.

このように、このアクチュエータ10によれば、PVCゲルシート21の幅方向に延在する規制部材23を長さ方向に沿って複数並設したことにより、PVCゲルシート21の幅方向の伸縮を規制し、これによってPVCゲルシート21の長さ方向の伸縮率を十分に高めることができる。このため、このアクチュエータ10によれば、従来のアクチュエータと比較して、電圧が低い場合であっても、十分な伸縮率を確保することができる結果、低電圧化および伸縮率の増大を実現することができる。 In this way, with this actuator 10, by arranging multiple restricting members 23 extending in the width direction of the PVC gel sheet 21 in parallel along the length direction, the expansion and contraction of the PVC gel sheet 21 in the width direction can be restricted, and the expansion and contraction rate of the PVC gel sheet 21 in the length direction can be sufficiently increased. Therefore, with this actuator 10, a sufficient expansion and contraction rate can be ensured even when the voltage is low compared to conventional actuators, and as a result, a lower voltage and an increased expansion and contraction rate can be achieved.

また、このアクチュエータ10によれば、PVCゲルシート21に予歪を付与したことにより、PVCゲルシート21における幅方向の伸縮をより確実に規制すことができるため、PVCゲルシート21の長さ方向の伸縮率をさらに高めることができる結果、さらなる低電圧化および伸縮率のさらなる増大を実現することができる。 In addition, with this actuator 10, by applying pre-strain to the PVC gel sheet 21, the expansion and contraction in the width direction of the PVC gel sheet 21 can be more reliably regulated, and the expansion rate in the length direction of the PVC gel sheet 21 can be further increased, resulting in further reduction in voltage and further increase in the expansion rate.

また、このアクチュエータ10によれば、PVCゲルシート21の両面に規制部材を複数並設したことにより、PVCゲルシート21における幅方向の伸縮をより確実に規制することができるため、PVCゲルシート21の長さ方向の伸縮率をさらに高めることができる結果、さらなる低電圧化および伸縮率のさらなる増大を実現することができる。 In addition, with this actuator 10, multiple regulating members are arranged side by side on both sides of the PVC gel sheet 21, so that the expansion and contraction in the width direction of the PVC gel sheet 21 can be more reliably regulated, and the expansion rate in the length direction of the PVC gel sheet 21 can be further increased, resulting in further reduction in voltage and further increase in the expansion rate.

また、このアクチュエータ10によれば、規制部材23を紙で形成したことにより、十分な難撓性を有する規制部材を軽量に形成することができるため、アクチュエータ10の軽量化を実現することができる。 In addition, with this actuator 10, the restricting member 23 is made of paper, so that the restricting member can be made lightweight and has sufficient flexibility, thereby realizing a reduction in the weight of the actuator 10.

また、このアクチュエータ10によれば、導電性オイルコンパウンドで電極22を形成したことにより、導電性オイルコンパウンドをPVCゲルシート21の表面に塗布することで電極22を形成することができるため、電極22を別工程で作製してPVCゲルシート21の両面に配設する構成と比較して、アクチュエータ10の製造工程を簡略化することができる。 In addition, with this actuator 10, the electrodes 22 are formed from a conductive oil compound, and can be formed by applying the conductive oil compound to the surface of the PVC gel sheet 21. This simplifies the manufacturing process of the actuator 10 compared to a configuration in which the electrodes 22 are produced in a separate process and disposed on both sides of the PVC gel sheet 21.

なお、上述したアクチュエータ10は、本発明に係るアクチュエータの一例であって、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では、PVCゲルシート21の両面に規制部材23が配設されているが、PVCゲルシート21におけるいずれか一方の面にのみ規制部材23が配設されている構成を採用することもできる。また、上述したアクチュエータ10は、PVCゲルシート21を1つだけ備えて構成されているが、複数のPVCゲルシート21と各PVCゲルシート21の両面に配設した電極22とを備え、一つ以上のPVCゲルシート21における少なくとも一方の面に規制部材23を配設した構成を採用することもできる。 The actuator 10 described above is an example of an actuator according to the present invention, and an appropriately modified configuration can be adopted. For example, in the actuator 10 described above, the restricting member 23 is disposed on both sides of the PVC gel sheet 21, but a configuration in which the restricting member 23 is disposed on only one side of the PVC gel sheet 21 can also be adopted. In addition, the actuator 10 described above is configured with only one PVC gel sheet 21, but a configuration in which the actuator includes multiple PVC gel sheets 21 and electrodes 22 disposed on both sides of each PVC gel sheet 21 and the restricting member 23 is disposed on at least one side of one or more PVC gel sheets 21 can also be adopted.

また、上述したアクチュエータ10では、導電性オイルコンパウンドで形成した電極22を採用しているが、ゲル状のポリ塩化ビニルと粉末カーボンとの混合物でシート状に形成した電極22を採用することもできる。この構成によれば、予め作製した電極22をPVCゲルシート21の各面に配設することができるため、PVCゲルシート21の表面に電極材料を塗布することによって電極22を形成する構成と比較してアクチュエータ10の製造時間を短縮することができる。 In addition, while the above-mentioned actuator 10 employs electrodes 22 formed from a conductive oil compound, it is also possible to employ electrodes 22 formed in a sheet shape from a mixture of gelled polyvinyl chloride and powdered carbon. With this configuration, prefabricated electrodes 22 can be disposed on each surface of the PVC gel sheet 21, so that the manufacturing time of the actuator 10 can be shortened compared to a configuration in which electrodes 22 are formed by applying an electrode material to the surface of the PVC gel sheet 21.

また、上述したアクチュエータ10の構成では、アクチュエータ10を構成するPVCゲルシート21および電極22がそれぞれ長方形に形成されているが、PVCゲルシート21および電極22を他の平面視形状(例えば、円形、楕円形、四角形以外の多角形)に形成する構成を採用することもできる。 In addition, in the configuration of the actuator 10 described above, the PVC gel sheet 21 and the electrodes 22 that constitute the actuator 10 are each formed in a rectangular shape, but a configuration in which the PVC gel sheet 21 and the electrodes 22 are formed in other shapes in a plan view (for example, a circle, an ellipse, or a polygon other than a rectangle) can also be adopted.

また、上述したアクチュエータ10では、幅方向を一の方向として規定し、幅方向に直交する長さ方向を交差方向として規定して規制部材23を配置したが、一の方向および交差方向は任意に規定することができる。例えば、幅方向に対して任意の角度(例えば、30°)傾斜する方向を一の方向として規定し、その一の方向に対して任意の角度(例えば、45°)傾斜する方向を交差方向として規定することもできる。 In addition, in the actuator 10 described above, the width direction is defined as one direction, and the length direction perpendicular to the width direction is defined as the cross direction when the regulating member 23 is positioned, but the one direction and the cross direction can be defined arbitrarily. For example, a direction inclined at an arbitrary angle (e.g., 30°) to the width direction can be defined as one direction, and a direction inclined at an arbitrary angle (e.g., 45°) to the one direction can be defined as the cross direction.

10 アクチュエータ
21 PVCゲルシート
22 電極
23 規制部材
REFERENCE SIGNS LIST 10 Actuator 21 PVC gel sheet 22 Electrode 23 Regulating member

Claims (1)

ゲル状のポリ塩化ビニルでシート状に形成された誘電体シートと、前記誘電体シートの両面にそれぞれ配設された可撓性を有するシート状の電極とを備え、前記各電極を介して前記誘電体シートに電圧を供給したときに前記誘電体シートが面方向に伸長するアクチュエータであって、
難撓性を有する材料で線状または帯状に形成されると共に前記誘電体シートの少なくとも一方の面における一の方向に延在するように当該少なくとも一方の面と前記電極との間に配置されて当該誘電体シートの当該一の方向への伸長を規制する規制部材が当該少なくとも一方の面における当該一の方向と交差する交差方向に沿って間隔を空けて複数並設されていることを特徴とするアクチュエータ。
An actuator comprising a dielectric sheet formed in a sheet shape from gelled polyvinyl chloride, and flexible sheet-like electrodes disposed on both sides of the dielectric sheet, the dielectric sheet expanding in a planar direction when a voltage is supplied to the dielectric sheet via the electrodes,
An actuator comprising a plurality of restricting members formed in a linear or band-like shape from a material having low flexibility, arranged between at least one of the surfaces of the dielectric sheet and the electrode so as to extend in a certain direction on the at least one surface of the dielectric sheet, and restricting the extension of the dielectric sheet in the certain direction, the restricting members being arranged in parallel at intervals along a cross direction that crosses the one direction on the at least one surface.
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