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JP5614026B2 - Actuator - Google Patents

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JP5614026B2
JP5614026B2 JP2009254778A JP2009254778A JP5614026B2 JP 5614026 B2 JP5614026 B2 JP 5614026B2 JP 2009254778 A JP2009254778 A JP 2009254778A JP 2009254778 A JP2009254778 A JP 2009254778A JP 5614026 B2 JP5614026 B2 JP 5614026B2
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、アクチュエータに関し、特に、高分子の電歪材料で形成されたシートを備えるアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator, and more particularly, to an actuator including a sheet formed of a polymer electrostrictive material.

医療機器、産業用ロボット等の精緻な動きを要求される機器にアクチュエータが使用される機会が多くなってきている。使用される機会が多くなるに従い、サイズが小型で変位の大きいアクチュエータを開発することが急務となっている。例えば特許文献1には、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電セラミック材料を積層して、サイズが小型で変位の大きいアクチュエータが開示されている。   There are increasing opportunities for actuators to be used in devices that require precise movement, such as medical devices and industrial robots. As opportunities for use increase, there is an urgent need to develop actuators that are small in size and large in displacement. For example, Patent Document 1 discloses an actuator having a small size and a large displacement by laminating piezoelectric ceramic materials such as PZT (lead zirconate titanate).

特許文献1に開示されているアクチュエータは、圧電セラミック材料を積層したアクチュエータ部材を3組備え、3組のアクチュエータ部材が互いに直列になるように連結部材で結合している。そのため、特許文献1に開示されているアクチュエータは、アクチュエータ部材を1組用いた同じサイズのアクチュエータに比べて変位が大きくなる。   The actuator disclosed in Patent Document 1 includes three sets of actuator members in which piezoelectric ceramic materials are laminated, and the three sets of actuator members are coupled with each other so as to be in series with each other. Therefore, the actuator disclosed in Patent Document 1 has a larger displacement than an actuator of the same size using one set of actuator members.

特開平3−22869号公報JP-A-3-22869

特許文献1に開示されているアクチュエータは、3組のアクチュエータ部材を連結部材で結合する複雑な作業が必要となるため、安価に製造することができないという問題点があった。また、特許文献1に開示されているアクチュエータは、アクチュエータ部材自体がアクチュエータの骨組みを構成しているため、アクチュエータ部材に高分子の電歪材料、例えばPVDF(ポリビニリデンフルオロイド)を用いることができず、硬い圧電セラミック材料を用いる必要があった。よって、特許文献1に開示されているアクチュエータは、圧電セラミック材料に比べて軽い高分子の電歪材料を用いることができず、軽量化することができないという問題点があった。   The actuator disclosed in Patent Document 1 has a problem in that it cannot be manufactured at low cost because it requires a complicated operation of joining three sets of actuator members with a connecting member. In addition, since the actuator member disclosed in Patent Document 1 constitutes the framework of the actuator, a polymer electrostrictive material such as PVDF (polyvinylidene fluoride) can be used for the actuator member. First, it was necessary to use a hard piezoelectric ceramic material. Therefore, the actuator disclosed in Patent Document 1 has a problem that it cannot use a light polymer electrostrictive material as compared with a piezoelectric ceramic material, and cannot be reduced in weight.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量化することができ、サイズが小型でも変位の大きいアクチュエータを提供することを目的とする。また、本発明は、簡単な作業のみで組み立てるため安価に製造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 the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an actuator that can be reduced in weight and that is small in size and large in displacement. Another object of the present invention is to provide an actuator that can be manufactured at low cost because it is assembled only by simple work.

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、高分子の電歪材料で形成されたシートと、該シートの表裏両面に、所定の間隔にて形成してある電極膜と、前記シートの弾性率以上の弾性率を有し、前記シートの少なくとも一面に前記電極膜と交互に形成してある補強部材とを備え、前記シートを蛇腹形状に折り曲げて、前記電極膜と前記補強部材とを交互に積層する。   In order to achieve the above object, an actuator according to a first invention includes a sheet formed of a polymer electrostrictive material, electrode films formed on the front and back surfaces of the sheet at predetermined intervals, and the sheet. A reinforcing member having an elastic modulus equal to or higher than the elastic modulus of the sheet, and alternately formed with the electrode film on at least one surface of the sheet, and bending the sheet into a bellows shape, and the electrode film and the reinforcing member Are stacked alternately.

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、少なくとも前記電極膜を形成してある前記シートの部分のそれぞれに対して、前記シートの長辺方向に所定の張力を加える引張り手段を備える。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an actuator according to the first aspect, further comprising a pulling means for applying a predetermined tension in the long side direction of the sheet to at least each of the portions of the sheet on which the electrode film is formed. .

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、前記補強部材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、非晶ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマーのいずれかで形成してある。   The actuator according to a third invention is the actuator according to the first or second invention, wherein the reinforcing member is polyethylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, amorphous polyarylate, polysulfone, polyethersulfur. It is made of any of phon, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyimide, polyether imide, fluororesin, and liquid crystal polymer.

また、第4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、前記電極膜を形成してある部分の前記シートの厚みに比べて、前記シートの厚みを厚くすることで前記補強部材を構成する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the actuator according to the first or second aspect, wherein the reinforcing member is formed by increasing the thickness of the sheet as compared with the thickness of the sheet where the electrode film is formed. To do.

第1発明では、シートと、電極膜と、補強部材とを備えるアクチュエータにおいて、シートを蛇腹形状に折り曲げて、電極膜と補強部材とを交互に積層することで、電極膜を形成してあるシートの部分のそれぞれの伸びが累積して、電極膜を形成してあるシートを折り曲げずに用いた同じサイズのアクチュエータに比べて変位が大きくなる。また、第1発明では、シートを蛇腹形状に折り曲げる等の簡単な作業のみで組み立てるため安価に製造できるとともに、シートを蛇腹形状に折り曲げるためサイズを小型化することができる。さらに、第1発明では、高分子の電歪材料で形成されたシートを用いるため、圧電セラミック材料を用いたアクチュエータに比べて軽量化することができる。   In the first invention, in the actuator including the sheet, the electrode film, and the reinforcing member, the sheet is formed into an electrode film by bending the sheet into a bellows shape and alternately laminating the electrode film and the reinforcing member. The elongation of each of these portions is accumulated, and the displacement becomes larger than that of an actuator of the same size that is used without bending the sheet on which the electrode film is formed. In the first aspect of the invention, the sheet can be assembled by a simple operation such as folding the sheet into a bellows shape, and the sheet can be manufactured at low cost, and the size can be reduced because the sheet is folded into a bellows shape. Furthermore, in the first invention, since a sheet formed of a polymer electrostrictive material is used, the weight can be reduced as compared with an actuator using a piezoelectric ceramic material.

第2発明では、少なくとも電極膜を形成してあるシートの部分のそれぞれに対して、シートの長辺方向に所定の張力を加える引張り手段を備えるので、シートの厚みが薄くても、シートに変位を生じさせることができ、アクチュエータをより小型化、軽量化することができる。   In the second invention, since at least each portion of the sheet on which the electrode film is formed is provided with tension means for applying a predetermined tension in the long side direction of the sheet, the sheet is displaced even when the sheet is thin. The actuator can be made smaller and lighter.

第3発明では、補強部材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、非晶ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマーのいずれかで形成してあるので、シートの形状を維持できるように補強する部材を軽量化することができ、アクチュエータ自体を軽量化することができる。   In the third invention, the reinforcing member is made of polyethylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, amorphous polyarylate, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyimide, poly Since it is formed of any of ether imide, fluororesin, and liquid crystal polymer, the member to be reinforced can be reduced in weight so that the shape of the sheet can be maintained, and the actuator itself can be reduced in weight.

第4発明では、電極膜を形成してある部分のシートの厚みに比べて、シートの厚みを厚くすることで補強部材を構成するので、補強部材を形成する部分に、シート自体に強度を持たせて補強部材を構成することができ、補強部材のために別途材料を準備する必要がない。   In the fourth invention, since the reinforcing member is formed by increasing the thickness of the sheet as compared with the thickness of the sheet in which the electrode film is formed, the sheet itself has strength in the portion where the reinforcing member is formed. Thus, the reinforcing member can be configured, and there is no need to prepare a separate material for the reinforcing member.

本発明に係るアクチュエータは、シートと、電極膜と、補強部材とを備えるアクチュエータにおいて、シートを蛇腹形状に折り曲げて、電極膜と補強部材とを交互に積層することで、電極膜を形成してあるシートの部分のそれぞれの伸びが累積して、電極膜を形成してあるシートを折り曲げずに用いた同じサイズのアクチュエータに比べて変位が大きくなる。また、シートを蛇腹形状に折り曲げる等の簡単な作業のみで組み立てるため安価に製造できるとともに、シートを蛇腹形状に折り曲げるためサイズを小型化することができる。さらに、高分子の電歪材料で形成されたシートを用いるため、圧電セラミック材料を用いたアクチュエータに比べて軽量化することができる。   The actuator according to the present invention is an actuator including a sheet, an electrode film, and a reinforcing member. The electrode film is formed by alternately laminating the electrode film and the reinforcing member by bending the sheet into a bellows shape. The elongation of each part of a certain sheet is accumulated, and the displacement becomes larger than that of an actuator of the same size that is used without bending the sheet on which the electrode film is formed. Further, since the sheet is assembled by only a simple operation such as folding the sheet into a bellows shape, the sheet can be manufactured at a low cost, and the sheet can be folded into a bellows shape, thereby reducing the size. Furthermore, since a sheet formed of a polymer electrostrictive material is used, the weight can be reduced compared to an actuator using a piezoelectric ceramic material.

本発明の実施の形態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 of this invention. 本発明の実施の形態に係るアクチュエータの形状を維持する手段を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the means to maintain the shape of the actuator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るアクチュエータの形状を維持する別の手段を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another means to maintain the shape of the actuator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るアクチュエータの引張り手段を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the tension means of the actuator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るアクチュエータの製造方法を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the manufacturing method of the actuator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るアクチュエータの製造方法を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the manufacturing method of the actuator which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態に係るアクチュエータについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。   Hereinafter, an actuator according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the invention described in the claims, and all combinations of characteristic items described in the embodiments are essential to the solution. It goes without saying that it is not limited.

図1は、本発明の実施の形態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。図1に示すように、アクチュエータ1は、蛇腹形状に折り曲げられた電歪シート(シート)2と、電歪シート2の表裏両面に、所定の間隔にて形成してある電極膜3と、電歪シート2の表裏両面に、電極膜3と交互に形成してある補強部材4とを備える。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an actuator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the actuator 1 includes an electrostrictive sheet (sheet) 2 bent into a bellows shape, an electrode film 3 formed on the front and back surfaces of the electrostrictive sheet 2 at a predetermined interval, Reinforcing members 4 formed alternately with the electrode films 3 are provided on the front and back surfaces of the strain sheet 2.

電歪シート2は、高分子電歪材料から形成され、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 electrostrictive sheet 2 is not particularly limited as long as the electrostrictive sheet 2 is made of a polymer electrostrictive material and has a ferroelectric polymer property. 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2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1枚のシートを成形する。電歪シート2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)等の金属膜を電極膜3として形成する。なお、電極膜3の膜厚は、20nm〜50nm程度である。   Specifically, as the electrostrictive sheet 2, one sheet having a thickness of several μm to 100 μm is formed using the above-described polymer electrostrictive material. Ni (nickel), Pt (platinum), Pt-Pd (platinum-palladium alloy), Al (aluminum), Au (gold), Au-Pd (gold-palladium) are formed on both surfaces of the electrostrictive sheet 2 by vapor deposition or sputtering. A metal film such as an alloy is formed as the electrode film 3. The electrode film 3 has a thickness of about 20 nm to 50 nm.

補強部材4は、電歪シート2の形状を維持できるように補強する部材であり、電歪シート2の弾性率以上の弾性率を有する材料、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)板で形成してある。補強部材4は、ポリアセタール(POM)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、非晶ポリアリレート(PAR)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、フッ素樹脂、液晶ポリマー(LCP)などのエンジニアリングプラスチックであっても良い。PET板を、エポキシ系の熱硬化接着剤又はUV硬化接着剤を用いて電歪シート2に貼り付けることで、電歪シート2に補強部材4を形成することができる。補強部材4を貼り付ける位置は、電歪シート2に所定の間隔にて形成した電極膜3と電極膜3との間であり、電歪シート2に電極膜3と補強部材4とが交互に形成される。なお、補強部材4は、電歪シート2の表裏両面に形成される場合に限定されるものではなく、電歪シート2の表又は裏の片面に形成する場合であっても良い。また、PET板をエポキシ系の熱硬化接着剤又はUV硬化接着剤を用いて電歪シート2に貼り付けて補強部材4を形成する場合に限定されるものではなく、電極膜3を形成してある電歪シート2の部分の厚みに比べて、電歪シート2自体の厚みを厚くして、電歪シート2自体に強度を持たせて補強部材4として機能させても良い。   The reinforcing member 4 is a member that reinforces the electrostrictive sheet 2 so that the shape of the electrostrictive sheet 2 can be maintained, and is formed of a material having an elastic modulus equal to or higher than the elastic modulus of the electrostrictive sheet 2, for example, a polyethylene terephthalate (PET) plate. The reinforcing member 4 is composed of polyacetal (POM), polyamide (PA), polycarbonate (PC), modified polyphenylene ether (m-PPE), polybutylene terephthalate (PBT), amorphous polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), poly Even engineering plastics such as ether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), fluororesin, and liquid crystal polymer (LCP) good. The reinforcing member 4 can be formed on the electrostrictive sheet 2 by sticking the PET plate to the electrostrictive sheet 2 using an epoxy thermosetting adhesive or a UV curable adhesive. The position where the reinforcing member 4 is attached is between the electrode film 3 and the electrode film 3 formed on the electrostrictive sheet 2 at a predetermined interval. The electrode film 3 and the reinforcing member 4 are alternately arranged on the electrostrictive sheet 2. It is formed. The reinforcing member 4 is not limited to being formed on both the front and back surfaces of the electrostrictive sheet 2, and may be formed on one surface of the electrostrictive sheet 2. Further, the present invention is not limited to the case where the reinforcing member 4 is formed by adhering the PET plate to the electrostrictive sheet 2 using an epoxy-based thermosetting adhesive or UV curing adhesive. The electrostrictive sheet 2 itself may be made thicker than the electrostrictive sheet 2 so that the electrostrictive sheet 2 itself has strength and functions as the reinforcing member 4.

電歪シート2を蛇腹形状に折り曲げて、電極膜3と補強部材4とを交互に積層する。積層した補強部材4同士は、後述するように互いに結合されているため、補強部材4の移動が制約され、一つの補強部材4の移動が他の補強部材4に影響を与える。従って、補強部材4は、電歪シート2が伸びる方向には移動しやすいが、伸びる方向以外の方向には移動しにくく、結果的に一方向にのみ移動することになる。また、電歪シート2が伸び、伸びた電歪シート2に直接繋がっている補強部材4が移動すると、他の補強部材4も移動する。   The electrostrictive sheet 2 is bent into a bellows shape, and the electrode films 3 and the reinforcing members 4 are alternately stacked. Since the laminated reinforcing members 4 are connected to each other as described later, the movement of the reinforcing member 4 is restricted, and the movement of one reinforcing member 4 affects the other reinforcing members 4. Accordingly, the reinforcing member 4 easily moves in the direction in which the electrostrictive sheet 2 extends, but hardly moves in directions other than the extending direction, and as a result, moves only in one direction. Further, when the electrostrictive sheet 2 is extended and the reinforcing member 4 directly connected to the extended electrostrictive sheet 2 is moved, the other reinforcing members 4 are also moved.

アクチュエータ1は、電歪シート2を蛇腹形状に折り曲げて、電極膜3と補強部材4とを交互に積層した形状を維持する必要がある。具体的に、アクチュエータ1の形状を維持する手段について詳しく説明する。図2は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1の形状を維持する手段を模式的に示す断面図である。図2は、図1に示すアクチュエータ1のA−Aでの断面図である。図2に示すように、アクチュエータ1は筐体5を備え、筐体5でアクチュエータ1の形状を維持している。つまり、電極膜3を形成してある電歪シート2は伸び縮みするため筐体5に保持せず、補強部材4を電歪シート2が伸びる方向に移動することができるように筐体5のレール部5aに保持することで、補強部材4同士を結合し、アクチュエータ1の形状を維持している。それぞれの補強部材4を、レール部5aに保持することで、レール部5aに沿って図2の紙面に対して垂直方向(電歪シート2が伸びる方向)に移動することが可能である。   The actuator 1 needs to maintain a shape in which the electrostrictive sheet 2 is bent into a bellows shape and the electrode films 3 and the reinforcing members 4 are alternately laminated. Specifically, the means for maintaining the shape of the actuator 1 will be described in detail. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a means for maintaining the shape of the actuator 1 according to the embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the actuator 1 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the actuator 1 includes a housing 5, and the shape of the actuator 1 is maintained by the housing 5. That is, the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed expands and contracts so that it is not held in the casing 5 and the reinforcing member 4 can be moved in the direction in which the electrostrictive sheet 2 extends. By holding on the rail portion 5a, the reinforcing members 4 are joined together, and the shape of the actuator 1 is maintained. By holding each reinforcing member 4 on the rail portion 5a, it is possible to move along the rail portion 5a in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2 (direction in which the electrostrictive sheet 2 extends).

アクチュエータ1の形状を維持する手段は、筐体5を備える場合に限定されるものではない。例えば、図3は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1の形状を維持する別の手段を模式的に示す断面図である。図3は、図1に示すアクチュエータ1のA−Aでの断面図である。図3に示すように、アクチュエータ1は筐体5を備えず、補強部材4と、他の補強部材4とを結合するためのアーム4aを有している。アーム4aを用いて、補強部材4同士を結合することで、筐体5を備えずにアクチュエータ1の形状を維持することができる。また、アーム4aは、補強部材4の端部と嵌合するレール部4bを有しており、補強部材4の端部とレール部4bとを嵌合させて、それぞれの補強部材4をレール部4bに沿って図3の紙面に対して垂直方向(電歪シート2が伸びる方向)に移動することが可能である。   The means for maintaining the shape of the actuator 1 is not limited to the case where the housing 5 is provided. For example, FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another means for maintaining the shape of the actuator 1 according to the embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the actuator 1 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the actuator 1 does not include the housing 5, and has a reinforcing member 4 and an arm 4 a for connecting the other reinforcing member 4. The shape of the actuator 1 can be maintained without providing the housing 5 by joining the reinforcing members 4 using the arm 4a. Further, the arm 4a has a rail portion 4b that fits with the end portion of the reinforcing member 4, and the end portion of the reinforcing member 4 and the rail portion 4b are fitted to each other so that each reinforcing member 4 is connected to the rail portion. It is possible to move along the line 4b in the direction perpendicular to the plane of FIG. 3 (the direction in which the electrostrictive sheet 2 extends).

なお、図3の紙面の左側に位置する補強部材4のアーム4aが、図3の紙面の右側に位置する他の補強部材4を順次結合することで、筐体5を備えずに補強部材4同士を結合する構成に限定されるものではなく、図3の紙面の右側に位置する補強部材4のアーム4aが、図3の紙面の左側に位置する他の補強部材4を順次結合する構成であっても良い。   Note that the arm 4a of the reinforcing member 4 located on the left side of the paper surface of FIG. 3 sequentially couples the other reinforcing members 4 located on the right side of the paper surface of FIG. It is not limited to the structure which couple | bonds together, In the structure which the arm 4a of the reinforcement member 4 located in the right side of the paper surface of FIG. 3 couple | bonds the other reinforcement member 4 located in the left side of the paper surface of FIG. There may be.

次に、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1の動作について説明する。説明を簡単にするため、図1に示すアクチュエータ1は、図1の紙面の左側から順に第1層11、第2層12、第3層13、第4層14、第5層15、第6層16、第7層17の七つの層で構成されているものとする。七つの層のうち、第1層11、第3層13、第5層15及び第7層17は、電極膜3を形成してある電歪シート2の部分を含み、第2層12、第4層14及び第6層16は、補強部材4を形成してある電歪シート2の部分を含む。   Next, the operation of the actuator 1 according to the embodiment of the present invention will be described. In order to simplify the description, the actuator 1 shown in FIG. 1 includes a first layer 11, a second layer 12, a third layer 13, a fourth layer 14, a fifth layer 15, and a sixth layer in order from the left side of FIG. It is assumed that it is composed of seven layers of layer 16 and seventh layer 17. Of the seven layers, the first layer 11, the third layer 13, the fifth layer 15, and the seventh layer 17 include the portion of the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed. The fourth layer 14 and the sixth layer 16 include a portion of the electrostrictive sheet 2 on which the reinforcing member 4 is formed.

電歪シート2は、電極膜3に電圧を印加すると電極膜3の垂直方向に縮み、電極膜3の水平方向に伸びるように変形するので、第1層11、第3層13、第5層15及び第7層17の電歪シート2が電極膜3の水平方向(図1の紙面の下方向)に伸びる。ここで、第1層11の電歪シート2の端部21は、筐体5(図示せず)等に固定されているものとする。   When a voltage is applied to the electrode film 3, the electrostrictive sheet 2 contracts in the vertical direction of the electrode film 3 and deforms so as to extend in the horizontal direction of the electrode film 3. Therefore, the first layer 11, the third layer 13, and the fifth layer The electrostrictive sheet 2 of the 15th and 17th layers 17 extends in the horizontal direction of the electrode film 3 (downward on the paper surface of FIG. 1). Here, it is assumed that the end portion 21 of the electrostrictive sheet 2 of the first layer 11 is fixed to the housing 5 (not shown) or the like.

第1層11の電極膜3に電圧を印加すると第1層11の電歪シート2が矢印11aの方向に伸び、第1層11の電歪シート2と直接繋がっている第2層12の補強部材4も矢印11aの方向に移動し、第2層12の補強部材4と結合した第4層14及び第6層16の補強部材4も矢印11aの方向に共に移動する。同様に、第3層13の電極膜3に電圧を印加すると第3層13の電歪シート2が矢印13aの方向に伸び、第3層13の電歪シート2と直接繋がっている第4層14の補強部材4も矢印13aの方向に移動し、第4層14の補強部材4と結合した第6層16の補強部材4も矢印13aの方向に共に移動する。また、第5層15の電極膜3に電圧を印加すると第5層15の電歪シート2が矢印15aの方向に伸び、第5層15の電歪シート2と直接繋がっている第6層16の補強部材4も矢印15aの方向に移動する。さらに、第7層17の電極膜3に電圧を印加すると第7層17の電歪シート2も矢印17aの方向に伸びる。   When a voltage is applied to the electrode film 3 of the first layer 11, the electrostrictive sheet 2 of the first layer 11 extends in the direction of the arrow 11a, and the second layer 12 that is directly connected to the electrostrictive sheet 2 of the first layer 11 is reinforced. The member 4 also moves in the direction of the arrow 11a, and the reinforcing members 4 of the fourth layer 14 and the sixth layer 16 coupled to the reinforcing member 4 of the second layer 12 also move in the direction of the arrow 11a. Similarly, when a voltage is applied to the electrode film 3 of the third layer 13, the electrostrictive sheet 2 of the third layer 13 extends in the direction of the arrow 13 a and the fourth layer is directly connected to the electrostrictive sheet 2 of the third layer 13. The reinforcing member 4 of 14 also moves in the direction of the arrow 13a, and the reinforcing member 4 of the sixth layer 16 coupled to the reinforcing member 4 of the fourth layer 14 also moves in the direction of the arrow 13a. When a voltage is applied to the electrode film 3 of the fifth layer 15, the electrostrictive sheet 2 of the fifth layer 15 extends in the direction of the arrow 15 a, and the sixth layer 16 is directly connected to the electrostrictive sheet 2 of the fifth layer 15. The reinforcing member 4 also moves in the direction of the arrow 15a. Furthermore, when a voltage is applied to the electrode film 3 of the seventh layer 17, the electrostrictive sheet 2 of the seventh layer 17 also extends in the direction of the arrow 17a.

第2層12、第4層14及び第6層16のそれぞれの補強部材4が移動することで、第1層11、第3層13、第5層15及び第7層17のそれぞれの電歪シート2の伸びが累積し、第7層17の電歪シート2の端部22は、伸びを累積した位置まで変位する。端部22が矢印22aの方向に変位する大きさは、第1層11の電歪シート2のみを用いた同じサイズのアクチュエータと比べて、約4倍になる。つまり、第1層11、第3層13、第5層15及び第7層17のそれぞれの電歪シート2が約3%変位した場合、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1は約12%変位することができる。さらに、電歪シート2を蛇腹形状に折り曲げて電極膜3と補強部材4とを積層する数を増やすことで、端部22の変位をより大きくすることが可能となる。   The electrostriction of each of the first layer 11, the third layer 13, the fifth layer 15, and the seventh layer 17 is caused by the movement of the reinforcing members 4 of the second layer 12, the fourth layer 14, and the sixth layer 16. The elongation of the sheet 2 is accumulated, and the end portion 22 of the electrostrictive sheet 2 of the seventh layer 17 is displaced to a position where the elongation is accumulated. The magnitude | size which the edge part 22 displaces to the direction of the arrow 22a becomes about 4 times compared with the actuator of the same size using only the electrostrictive sheet 2 of the 1st layer 11. FIG. That is, when the electrostrictive sheets 2 of the first layer 11, the third layer 13, the fifth layer 15, and the seventh layer 17 are displaced by about 3%, the actuator 1 according to the embodiment of the present invention is about 12%. Can be displaced. Furthermore, by bending the electrostrictive sheet 2 into a bellows shape and increasing the number of the electrode films 3 and the reinforcing members 4 stacked, the displacement of the end portion 22 can be further increased.

なお、電歪シート2は、厚みが薄いと、電極膜3に電圧を印加しても伸びを変位として外部に取り出せない場合がある。この場合に電歪シート2の伸びを変位として外部に取り出すには、電極膜3に電圧を印加していない状態で、少なくとも電極膜3を形成してある電歪シート2の部分のそれぞれに対して、電歪シート2の長辺方向に所定の張力を加えておく必要がある。つまり、アクチュエータ1は、電歪シート2の長辺方向に所定の張力を加える引張り手段をさらに備える必要がある。   Note that if the electrostrictive sheet 2 is thin, even if a voltage is applied to the electrode film 3, there is a case where the elongation cannot be taken out as a displacement. In this case, in order to take out the elongation of the electrostrictive sheet 2 as a displacement, at least for each portion of the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed in a state where no voltage is applied to the electrode film 3. Thus, it is necessary to apply a predetermined tension in the long side direction of the electrostrictive sheet 2. That is, the actuator 1 needs to further include tension means for applying a predetermined tension in the long side direction of the electrostrictive sheet 2.

図4は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1の引張り手段を模式的に示す断面図である。図4に示すように、筐体5と各補強部材4との間に弾性体41(例えばバネ)を備える。弾性体41は、縮んだ状態で各補強部材4に設置することで、各補強部材4を図4の紙面の下方向へ押す力が作用し、各補強部材4に直接繋がった電歪シート2に対して、電歪シート2の長辺方向に所定の張力を加えることができる。なお、弾性体41は、電極膜3を形成してある電歪シート2のそれぞれの部分に所定の張力が加わるように配置する。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing tension means of the actuator 1 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, an elastic body 41 (for example, a spring) is provided between the housing 5 and each reinforcing member 4. The elastic body 41 is installed in each reinforcing member 4 in a contracted state, whereby a force that pushes each reinforcing member 4 downward in FIG. 4 acts, and the electrostrictive sheet 2 directly connected to each reinforcing member 4. On the other hand, a predetermined tension can be applied in the long side direction of the electrostrictive sheet 2. The elastic body 41 is disposed so that a predetermined tension is applied to each portion of the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed.

引張り手段として、筐体5と各補強部材4との間に弾性体41を設ける構成に限定されるものではなく、少なくとも電極膜3を形成してある電歪シート2の部分のそれぞれに対して、電歪シート2の長辺方向に所定の張力を加えることが可能な構成であれば、他の構成であっても良い。例えば、図4に示す端部22において、矢印22bの方向へ荷重を与えることで、電歪シート2の長辺方向に所定の張力を加える方法であっても良い。   The pulling means is not limited to the configuration in which the elastic body 41 is provided between the casing 5 and each reinforcing member 4, and at least for each portion of the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed. As long as a predetermined tension can be applied in the long side direction of the electrostrictive sheet 2, another configuration may be used. For example, a method of applying a predetermined tension in the long side direction of the electrostrictive sheet 2 by applying a load in the direction of the arrow 22b at the end portion 22 shown in FIG.

次に、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1を製造する方法について説明する。図5及び図6は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1の製造方法を模式的に示す斜視図である。図5に示すように、電歪シート2を準備し、準備した電歪シート2の表裏両面に、蒸着あるいはスパッタにより、Ni(ニッケル)等の金属膜を電極膜3として形成する。電極膜3は、電歪シート2に所定の間隔で4カ所形成されている。これは、図1に示すアクチュエータ1のように、電極膜3を形成してある電歪シート2の部分を4層積層したアクチュエータ1を形成するためであり、電極膜3を形成してある電歪シート2の部分をさらに多層積層したアクチュエータ1を形成するのであれば、電歪シート2に所定の間隔で電極膜3を多数形成する必要がある。   Next, a method for manufacturing the actuator 1 according to the embodiment of the present invention will be described. 5 and 6 are perspective views schematically showing the manufacturing method of the actuator 1 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, an electrostrictive sheet 2 is prepared, and a metal film such as Ni (nickel) is formed as an electrode film 3 on both the front and back surfaces of the prepared electrostrictive sheet 2 by vapor deposition or sputtering. Four electrode films 3 are formed on the electrostrictive sheet 2 at predetermined intervals. This is to form an actuator 1 in which four layers of the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed, like the actuator 1 shown in FIG. If the actuator 1 is formed by further laminating the strain sheet 2 portions, it is necessary to form a large number of electrode films 3 on the electrostrictive sheet 2 at a predetermined interval.

図6に示すように、電極膜3を形成してある電歪シート2の表裏両面に、PET板をエポキシ系の熱硬化接着剤等を用いて貼り付けて補強部材4を形成する。補強部材4は、電極膜3と電極膜3との間の電歪シート2に、3カ所形成されている。電極膜3の数が多くなれば、電極膜3と電極膜3との間の電歪シート2の部分の数も増え、形成する補強部材4の数も多くなる。   As shown in FIG. 6, the reinforcing member 4 is formed by attaching a PET plate to both the front and back surfaces of the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed, using an epoxy thermosetting adhesive or the like. Three reinforcing members 4 are formed on the electrostrictive sheet 2 between the electrode films 3. As the number of the electrode films 3 increases, the number of portions of the electrostrictive sheet 2 between the electrode films 3 and the electrode films 3 also increases, and the number of reinforcing members 4 to be formed also increases.

電極膜3及び補強部材4を形成してある電歪シート2を蛇腹形状に折り曲げて、電極膜3と補強部材4とを交互に積層したアクチュエータ1を形成する。電極膜3と補強部材4とを交互に積層したアクチュエータ1は、図1に示すように構成され、積層した補強部材4同士は、図2又は図3のように所定の方向に移動可能なように結合する。   The electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 and the reinforcing member 4 are formed is bent into a bellows shape to form the actuator 1 in which the electrode films 3 and the reinforcing members 4 are alternately stacked. The actuator 1 in which the electrode films 3 and the reinforcing members 4 are alternately laminated is configured as shown in FIG. 1, and the laminated reinforcing members 4 can move in a predetermined direction as shown in FIG. 2 or FIG. To join.

以上のように、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ1は、電歪シート2と、電極膜3と、補強部材4とを備え、電歪シート2を蛇腹形状に折り曲げて、電極膜3と補強部材4とを交互に積層することで、電極膜3を形成してある電歪シート2の部分のそれぞれの伸びが累積して、第1層11の電歪シート2のみを用いた同じサイズのアクチュエータに比べて変位が大きくなる。また、電歪シート2を蛇腹形状に折り曲げる等の簡単な作業のみで組み立てるため安価に製造でき、電歪シート2を蛇腹形状に折り曲げるためサイズを小型化することができる。さらに、高分子の電歪材料で形成された電歪シート2を用いるため、圧電セラミック材料を用いたアクチュエータに比べて軽量化することができる。   As described above, the actuator 1 according to the embodiment of the present invention includes the electrostrictive sheet 2, the electrode film 3, and the reinforcing member 4, and the electrostrictive sheet 2 is bent into a bellows shape, By alternately laminating the reinforcing members 4, the elongation of each portion of the electrostrictive sheet 2 on which the electrode film 3 is formed is accumulated, and the same size using only the electrostrictive sheet 2 of the first layer 11. The displacement is larger than that of the actuator. Moreover, since it assembles only by simple operations, such as bending the electrostrictive sheet 2 into a bellows shape, it can manufacture at low cost, and since the electrostrictive sheet 2 is bent into a bellows shape, the size can be reduced. Furthermore, since the electrostrictive sheet 2 formed of a polymer electrostrictive material is used, the weight can be reduced compared to an actuator using a piezoelectric ceramic material.

1 アクチュエータ
2 電歪シート
3 電極膜
4 補強部材
4a アーム
4b、5a レール部
5 筐体
21、22 端部
41 弾性体(引張り手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator 2 Electrostrictive sheet 3 Electrode film 4 Reinforcement member 4a Arm 4b, 5a Rail part 5 Housing | casing 21,22 End part 41 Elastic body (tensile means)

Claims (4)

高分子の電歪材料で形成されたシートと、
該シートの表裏両面に、所定の間隔にて形成してある電極膜と、
前記シートの弾性率以上の弾性率を有し、前記シートの少なくとも一面に前記電極膜と交互に形成してある補強部材と
を備え、
前記シートを蛇腹形状に折り曲げて、前記電極膜と前記補強部材とを交互に積層することを特徴とするアクチュエータ。
A sheet formed of a polymer electrostrictive material;
Electrode films formed on the front and back surfaces of the sheet at predetermined intervals;
A reinforcing member having an elastic modulus equal to or higher than the elastic modulus of the sheet, and being formed alternately with the electrode film on at least one surface of the sheet,
An actuator, wherein the sheet is bent into a bellows shape and the electrode films and the reinforcing members are alternately stacked.
少なくとも前記電極膜を形成してある前記シートの部分のそれぞれに対して、前記シートの長辺方向に所定の張力を加える引張り手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。   2. The actuator according to claim 1, further comprising tension means for applying a predetermined tension in a long side direction of the sheet to at least each of the sheet portions on which the electrode film is formed. 前記補強部材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、非晶ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマーのいずれかで形成してあることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。   The reinforcing member is polyethylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, amorphous polyarylate, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyimide, polyetherimide, fluorine. The actuator according to claim 1, wherein the actuator is formed of a resin or a liquid crystal polymer. 前記電極膜を形成してある部分の前記シートの厚みに比べて、前記シートの厚みを厚くすることで前記補強部材を構成することを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。   3. The actuator according to claim 1, wherein the reinforcing member is configured by increasing a thickness of the sheet as compared with a thickness of the sheet in a portion where the electrode film is formed.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011036861A1 (en) * 2009-09-24 2011-03-31 パナソニック株式会社 Flat laminate-type conductive polymer actuator
JP6201583B2 (en) * 2013-09-30 2017-09-27 株式会社村田製作所 Piezoelectric device and method for manufacturing piezoelectric device
DE102013223979A1 (en) * 2013-11-25 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Electroactive sound transducer film with structured surface
US10903762B2 (en) * 2015-09-02 2021-01-26 Koninklijke Philips N.V. Actuator device based on an electroactive or photoactive polymer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3866258B2 (en) * 2004-08-24 2007-01-10 太平洋セメント株式会社 Piezoelectric device and piezoelectric switch including the same
JP2008096371A (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Seiko Epson Corp Inkjet head
WO2008072767A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Kyocera Corporation Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element, and fuel jetting system and
JP2008211922A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Yamaha Corp Polymer electrostatic actuator
JPWO2009001769A1 (en) * 2007-06-27 2010-08-26 アルプス電気株式会社 Electrostrictive actuator module
JP2009027065A (en) * 2007-07-23 2009-02-05 Alps Electric Co Ltd Electrostrictive actuator

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