JPH05328762A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】電気制御による速応性に優れた、強力で高精度
の縮み−戻り運動を実現し、しかも、比較的小さい電圧
にも対応することができ、また、構成材料が単純であ
り、軽量で小型化が可能なアクチュエータを提供する。 【構成】本発明によるアクチュエータは、正極ａに電気
的に接続された導電性フィルム１１、および、負極ｂに
電気的に接続された導電性フィルム１２が、部分的かつ
平均的に支持し得る柔軟で形状復元性に優れた電気絶縁
性支持材１７を介して、交互に積層してなる。電圧が作
用すると、正極ａに接続してある導電性フィルム１１は
正に、負極ｂに接続してある導電性フィルム１２は負に
帯電し、それぞれ電気絶縁性支持材１７を介して隣り合
う正極化した導電性フィルム１１と負極化した導電性フ
ィルム１２の間に静電引力が働く。この引力は容易に前
記支持材を変形せしめ、したがって、アクチュエータ全
体としての縮み運動が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧を与えることによ
って縮み−戻りの直線運動を実現する、アクチュエータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクチュエータは、非機械的エネルギー
を機械的エネルギーに変換する役目を果たすものであ
り、従来、電気エネルギーを利用した電気モータ、油圧
エネルギーを利用した油圧モータ、油圧シリンダ、空気
圧エネルギーを利用した空気圧モータ、空気圧シリンダ
などによって回転運動または直線運動が実現されてい
る。

【０００３】しかし、これらのアクチュエータのうち、
電気エネルギーを利用した電気モータは、精密な制御が
可能であるが速応性に欠け、また、油圧エネルギーを利
用した油圧モータ、油圧シリンダは、強力であるが速応
性、精密性に欠け、さらに、空気圧エネルギーを利用し
た空気圧モータ、空気圧シリンダは、速応性はあるが微
細な調節が困難である、というようにそれぞれ特性に一
長一短がある。また、これら従来のアクチュエータは、
内部構造が複雑で、一部の電気モータを除けば一般に大
型で、重量も大きい。しかも、たとえば油圧アクチュエ
ータにおける、油を圧縮するための油圧ポンプを駆動す
るための電動機など、アクチュエータ本体以外の周辺機
器が必要であり、その初期投資コストおよびランニング
コストも大きい。

【０００４】そのため、最近、本発明者により、一対の
電極で挟み電圧をかけると負の電極側に正電荷、正の電
極側に負電荷が現れる、つまり、電界の作用によって分
極が生じる機能性高分子材料を用いて、電気制御による
速応性に優れた、高精度の縮み−戻り運動を行い、しか
も、構造が簡単で、軽量で小型化が可能なアクチュエー
タの開発がなされた。該アクチュエータは、空隙をもっ
て積層されたフィルム状の前記高分子材料が分極するこ
とによって発生する、該高分子フィルム間の静電引力を
利用して収縮運動をおこすものであるが、前記高分子フ
ィルムを分極させるのに比較的高い電圧を必要とする一
方、高分子フィルム間の静電引力は弱く、すなわち、ア
クチュエータとしての収縮力は小さいという欠点を有す
るため、さらに、より低い電圧で強力な収縮運動を実現
するアクチュエータの開発が望まれた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、構成材料が
単純ながら、電気制御による速応性に優れた、強力で高
精度の縮み−戻り運動を実現し、しかも、比較的小さい
電圧にも対応することができる、軽量で小型化が可能な
アクチュエータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるアクチュエ
ータは、正極に電気的に接続された導電性フィルム、お
よび、負極に電気的に接続された導電性フィルムが、部
分的かつ平均的に支持し得る柔軟で形状復元性に優れた
電気絶縁性支持材を介して、交互に積層してなるもので
ある。

【０００７】前記導電性フィルムとして、以下に示す材
料が挙げられる。 （ｉ）金属。 （ｉｉ）カーボンブラックや金属繊維などの含有によっ
て導電化したゴムまたはプラスチック。 （ｉｉｉ）絶縁性材料に導電性物質の被膜が形成された
もの。

【０００８】導電性フィルムを支持する前記電気絶縁性
支持材としては、柔軟で形状復元性に優れたエラストマ
ーが適する。

【０００９】本発明における該導電性フィルムおよび該
電気絶縁性支持材の厚さは、一般に５〜５００μｍが適
当とされるが、使用目的によって適宜変更してもよい。
また、支持材および該支持材が導電性フィルムを部分的
に支持することで導電性フィルム間に形成される空隙に
ついても、平均的に間隔をもって設けられていることを
条件に、その大きさや形状は使用目的によって適宜変更
してよい。

【００１０】

【作用】本発明によるアクチュエータを構成する導電性
フィルムに電圧が作用していない状態では、すなわち、
該導電性フィルムは帯電しておらず、アクチュエータ本
体に運動は起こらない。

【００１１】しかし、該導電性フィルムに電圧が作用す
ると、瞬時にして正極に接続してある導電性フィルムは
正に、負極に接続してある導電性フィルムは負に帯電
し、それぞれ電気絶縁性支持材を介して隣り合う正極の
導電性フィルムと負極の導電性フィルムの間に静電引力
が発生する。なお、各導電性フィルム間に介在する電気
絶縁性支持材は柔軟で、形状復元性に優れた性質を有
し、また、導電性フィルムを部分的に支持するものであ
り、よって、該支持材を挟んだ導電性フィルム間には部
分的に空隙が存在している。そのため、電圧を与えられ
て、隣り合う導電性フィルム間に静電引力が働くと、該
空隙の存在により、柔軟な支持材は容易に変形し、導電
性フィルム間の距離は狭まる。これはすなわち、アクチ
ュエータ全体として、導電性フィルムの積層方向の縮み
運動を実現するものである。

【００１２】また、導電性フィルムに与えている電圧を
除去すると、瞬時にして該導電性フィルムの帯電が解除
されて導電性フィルム間の静電引力が消え、それによっ
て優れた形状復元性を有する該支持材は導電性フィルム
間の距離を拡げて、アクチュエータは再び初期の形状に
戻る。

【００１３】このように、本アクチュエータは、構成材
料が単純ながら電気制御による速応性に優れた、高精度
の縮み−戻り運動を実現するもので、軽量であり、小型
化が可能である。しかも、前記した電界の作用によって
分極が生じる高分子材料を用いたアクチュエータが、分
極を起こすのに比較的大きな電圧を要する一方、分極に
よって生じる高分子フィルム間の静電引力は弱く、すな
わち、アクチュエータとしての収縮力が小さいものであ
るのに対し、本発明は、比較的小さな電圧でも充分大き
な静電引力が生じ、強固な収縮が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
これにより限定されるものではない。

【００１５】第１図から第３図までは、本発明の第一実
施例を示す。

【００１６】この実施例において、複数のフィルム１１
は、正極ａに電気的に接続されたリン青銅１３の表面
に、金属との接着性が高い酸変性ＳＥＢＳの被膜１５が
形成されてなり、また、複数のフィルム１２は、負極ｂ
に電気的に接続されたリン青銅１４の表面に、酸変性Ｓ
ＥＢＳの被膜１６が形成されてなる。リン青銅１３、１
４は導電性に非常に優れ、一方、酸変性ＳＥＢＳ被膜１
５、１６は絶縁体である。フィルム１１、１２の大きさ
は５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ４０μｍで、そのうち被膜
１５、１６の厚さは５μｍである。フィルム１１および
１２は、ＪＩＳ硬度１０°のＳＥＢＳよりなる電気絶縁
性支持材１７を介して交互に積層し、高さ５０ｍｍの積
層体を形成している。該支持材１７は、直径３０μｍ、
高さ２０μｍの円柱状をなし、フィルム１１、１２間に
おいて３０μｍ間隔で並列しており、フィルム１１、１
２の面を部分的に、かつ平均的に支持するもので、該支
持材１７によって支持されない部分には、すなわち、空
隙１８が存在する。本実施例における、フィルム１１、
１２、および支持材１７の積層の接着方法は、まず、Ｓ
ＥＢＳのキシレン溶液を作製し、キシレンが揮散してし
まわない温度条件にて、フィルム１１および１２の面に
該溶液によるスクリーン印刷で支持材１７を形成しなが
ら、両者を交互に積層していく。積層完了後、加熱して
キシレンを揮散させることによって、支持材１７をなす
ＳＥＢＳは、フィルム１１および１２における酸変性Ｓ
ＥＢＳ被膜１５および１６と強固な密着が得られる。

【００１７】次に、本実施例の作動を説明する。

【００１８】第１図のように、本アクチュエータに電圧
が与えられていない状態においては、すなわち、フィル
ム１１、１２内のリン青銅１３、１４は帯電しておら
ず、アクチュエータ本体に運動は起こらない。

【００１９】しかし、本アクチュエータに電圧が作用す
ると、瞬時にして正極ａに接続してあるリン青銅１３は
正に帯電して１３ａとなり、一方、負極ｂに接続してあ
るリン青銅１４は負に帯電して１４ｂとなり、それぞれ
支持材１７を介して隣り合うフィルム１１とフィルム１
２の間に静電引力が発生する。フィルム１１とフィルム
１２は該静電引力によって互いに引き合い、支持材１７
に力が加わる。柔軟な支持材１７は空隙１８の存在によ
り容易に変形して、フィルム１１、１２間の距離は狭ま
り、第３図のように、本アクチュエータ全体として、積
層方向に縮み運動が実現される。なお、本実施例におい
て、リン青銅１３ａおよび１４ｂを被う電気絶縁性の酸
変性ＳＥＢＳ被膜１５および１６は、フィルム１１、１
２間の静電引力の発生に何ら影響は与えない一方、フィ
ルム１１とフィルム１２が強い静電引力で接触した場合
のショートを防ぐ役割を果たす。

【００２０】次いで、本アクチュエータに与えている電
圧を除去すると、瞬時にしてリン青銅１３ａおよび１４
ｂの帯電が解除されてフィルム１１、１２間の静電引力
が消え、それによって優れた形状復元性を有する支持材
１７はフィルム１１、１２間の距離を拡げて、アクチュ
エータは再び第１図に示す初期の形状に戻る。

【００２１】第４図から第６図までは、本発明の第二実
施例を示す。

【００２２】この実施例において、複数のフィルム２１
は、正極ａに電気的に接続された導電性ポリプロピレン
２３の表面に、該ポリプロピレンと接着性の高いＳＥＢ
Ｓの被膜２５が形成されてなり、また、複数のフィルム
２２は、負極ｂに電気的に接続された導電性ポリプロピ
レン２４の表面に、ＳＥＢＳの被膜２６が形成されてな
る。導電性ポリプロピレン２３、２４は、ポリプロピレ
ン１００重量部に対しカーボンブラックを５０重量部添
加して作製したものである。フィルム２１、２２の大き
さは５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ４０μｍであり、そのう
ち被膜２５、２６の厚さは５μｍである。フィルム２１
および２２は、ＪＩＳ硬度１０°のＳＥＢＳよりなる電
気絶縁性支持材２７を介して交互に積層し、高さ５０ｍ
ｍの積層体を形成している。該支持材２７は、長さ５０
ｍｍ、幅３０μｍ、高さ２０μｍの角柱状で、フィルム
２１、２２間においてフィルム面の一辺と平行に３０μ
ｍ間隔で並列し、かつ、積層単位ごとに並列方向が直行
するように設けられており、フィルム２１、２２の面を
部分的に、かつ平均的に支持するもので、該支持材２７
によって支持されない部分には、すなわち、空隙２８が
存在する。なお、本実施例における、フィルム２１、２
２、および支持材２７の積層の接着方法は、第一実施例
と同様である。

【００２３】第７図および第８図は、本発明の第三実施
例を示す。

【００２４】この実施例において、複数のフィルム３１
は、絶縁性のＡＢＳ樹脂３３の表面に、正極ａに電気的
に接続された銀系の導電塗料による被膜３５が形成さ
れ、さらにその表面に絶縁性のポリノルボーネンゴムの
被膜３７が形成されてなる。また、複数のフィルム３２
は、ＡＢＳ樹脂３４の表面に、負極ｂに電気的に接続さ
れた銀系被膜３６が形成され、さらにその表面にポリノ
ルボーネンゴム被膜３８が形成されてなる。フィルム３
１、３２の大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ１４０μ
ｍで、そのうち銀系被膜３５、３６は厚さ２０μｍ、ま
た、ポリノルボーネンゴム被膜３７、３８は厚さ１０μ
ｍ、ＪＩＳ硬度５°である。フィルム３１および３２
は、ＪＩＳ硬度５°のポリノルボーネンゴムよりなる絶
縁性支持材３９を介して交互に積層し、高さ５０ｍｍの
積層体を形成している。該支持材３９は、直径３０μ
ｍ、高さ４０μｍの円柱状をなし、フィルム３１、３２
間において３０μｍ間隔で並列しており、フィルム３
１、３２の面を部分的に、かつ平均的に支持するもの
で、該支持材３９によって支持されない部分には、すな
わち、空隙４０が存在する。本実施例における、フィル
ム３１、３２、および支持材３９の積層の接着方法は、
まず、未加硫のポリノルボーネンゴムをキシレンに溶か
し、これを常温にて前記銀系被膜３５、３６の表面に塗
布してフィルム３１、３２を作製し、次いで、該フィル
ム３１、３２に、前記ポリノルボーネンゴムの溶液をス
クリーン印刷して支持材３９を形成しながら、両者を交
互に積層していく。積層完了後、１５０℃の熱空気中に
て１０分間放置することにより、ポリノルボーネンゴム
被膜３７、３８およびポリノルボーネンゴム支持材３９
は同時に架橋し、両者間に強固な密着が得られる。

【００２５】なお、前記第二および第三実施例の作動に
ついては、第一実施例と同様である。（第４図および第
７図は、電圧が与えてられていない初期の状態を示し、
第６図および第８図は、電圧が与えられ収縮した状態を
示す。）

【００２６】ここで、前記各実施例の機能を示す具体的
データを示す。

【００２７】〔収縮試験〕第一、第二実施例に１００Ｖ
の電圧を与え、また、第三実施例には３００Ｖの電圧を
与えて、その収縮距離を測定した。

【００２８】〔結果〕電圧を加えると、第一および第二
実施例は、積層方向に約８．５ｍｍ収縮し（収縮率約１
７％）、また、第三実施例は、約５．５ｍｍの収縮（収
縮率約１１％）が得られた。

【００２９】

【発明の効果】このように、本発明によるアクチュエー
タは、電気制御により縮み−戻りの直線運動を実現する
ものであり、 （イ）比較的低い電圧でも、強力な収縮運動が得られ
る。 （ロ）速応性に優れ、精密な制御が可能である。 （ハ）構成材料が単純で、構造も簡単である。また、使
い易く安全で信頼性が高い。 （ニ）周辺機器を必要としない。 （ホ）積層するフィルムとして柔軟な材料を選択するこ
とにより、アクチュエータ全体に優れた柔軟性を与える
ことが可能である。 等の優れた効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第一実施例の、電圧を作用させて
いない状態の全断面図である。

【図２】前記第一実施例の平面図である。

【図３】前記第一実施例の、電圧を作用させた状態の全
断面図である。

【図４】本発明による第二実施例の、電圧を作用させて
いない状態の全断面図である。

【図５】前記第二実施例の平面図である。

【図６】前記第二実施例の、電圧を作用させた状態の全
断面図である。

【図７】本発明による第三実施例の、電圧を作用させて
いない状態の全断面図である。

【図８】前記第三実施例の、電圧を作用させた状態の全
断面図である。

【符号の説明】

ａ 正極 ｂ 負極 １１、１２ フィルム １３ 正極に接続されたリン青銅 １３ａ 正に帯電したリン青銅 １４ 負極に接続されたリン青銅 １４ｂ 負に帯電したリン青銅 １５、１６ 酸変性ＳＥＢＳ被膜 １７ ＳＥＢＳ支持材 １８ 空隙 ２１、２２ フィルム ２３ 正極に接続された導電性ポリプロピレン ２３ａ 正に帯電した導電性ポリプロピレン ２４ 負極に接続された導電性ポリプロピレン ２４ｂ 負に帯電した導電性ポリプロピレン ２５、２６ ＳＥＢＳ被膜 ２７ ＳＥＢＳ支持材 ２８ 空隙 ３１、３２ フィルム ３３、３４ ＡＢＳ樹脂 ３５ 正極に接続された銀系塗料被膜 ３５ａ 正に帯電した銀系塗料被膜 ３６ 負極に接続された銀系塗料被膜 ３６ｂ 負に帯電した銀系塗料被膜 ３７、３８ ポリノルボーネンゴム被膜 ３９ ポリノルボーネンゴム支持材 ４０ 空隙

フロントページの続き (72)発明者 松澤 豊 埼玉県上尾市菅谷３丁目105番地 株式会 社フコク内 (72)発明者 倉持 浩 埼玉県川口市東川口５丁目19番18号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正極に電気的に接続された導電性フィル
   ム、および、負極に電気的に接続された導電性フィルム
   が、部分的かつ平均的に支持し得る柔軟で形状復元性に
   優れた電気絶縁性支持材を介して、交互に積層してなる
   アクチュエータ。