特許 6978861 誘電エラストマー駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6978861

(24)【登録日】2021年11月16日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】誘電エラストマー駆動システム

(51)【国際特許分類】

   B32B 27/18 20060101AFI20211125BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20211125BHJP

   B32B 27/00 20060101ALI20211125BHJP

   B32B 27/30 20060101ALI20211125BHJP

【ＦＩ】

   B32B27/18 J

   H02N11/00 Z

   B32B27/00 101

   B32B27/30 A

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-122793(P2017-122793)

(22)【出願日】2017年6月23日

(65)【公開番号】特開2019-5981(P2019-5981A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2019年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】514285911

【氏名又は名称】千葉 正毅

(73)【特許権者】

【識別番号】510244754

【氏名又は名称】和氣 美紀夫

(73)【特許権者】

【識別番号】000136354

【氏名又は名称】株式会社フコク

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(72)【発明者】

【氏名】千葉 正毅

(72)【発明者】

【氏名】和氣 美紀夫

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 光明

(72)【発明者】

【氏名】澤田 誠

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１３０７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５９６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６０２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０９６１４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１２５１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８８７２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ ２７／１８

Ｈ０２Ｎ １１／００

Ｂ３２Ｂ ２７／００

Ｂ３２Ｂ ２７／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部と、
前記誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する電源部と、を備える誘電エラストマー駆動システムであって、
前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を除去する電荷除去部を備え、
前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を一時的に蓄え、
前記電荷除去部に一時的に蓄えられた電荷を蓄電する蓄電部をさらに備えることを特徴とする、誘電エラストマー駆動システム。

【請求項2】

前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部との接続を開閉する主スイッチ部をさらに備える、請求項１に記載の誘電エラストマー駆動システム。

【請求項3】

前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部との接続を開閉する電源側スイッチ部をさらに備える、請求項２に記載の誘電エラストマー駆動システム。

【請求項4】

前記主スイッチ部は、前記電荷除去部と、前記電源部および前記誘電エラストマー駆動部を繋ぐ配線経路と、の接続を開閉する、請求項２に記載の誘電エラストマー駆動システム。

【請求項5】

前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部が前記電源部に接続する状態と、前記誘電エラストマー駆動部が前記電荷除去部に接続する状態と、を切り替える、請求項２に記載の誘電エラストマー駆動システム。

【請求項6】

前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を熱エネルギーに変換する、請求項１ないし５のいずれかに記載の誘電エラストマー駆動システム。

【請求項7】

前記電荷除去部と前記蓄電部との接続を開閉する副スイッチ部をさらに備える、請求項１ないし６のいずれかに記載の誘電エラストマー駆動システム。

【請求項8】

前記誘電エラストマー駆動部の伸長および収縮により、前記主スイッチ部の状態が変更され、
前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加により伸長すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部とを接続し、
前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加されないことにより収縮すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部とを接続する、請求項５に記載の誘電エラストマー駆動システム。

【請求項9】

誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部と、
前記誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する電源部と、を備える誘電エラストマー駆動システムであって、
前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を除去する電荷除去部と、
前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部との接続を開閉する主スイッチ部と、をさらに備え、
前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部が前記電源部に接続する状態と、前記誘電エラストマー駆動部が前記電荷除去部に接続する状態と、を切り替え、
前記主スイッチ部により前記誘電エラストマー駆動部が前記電源部に接続する状態に切り替えられた際には、前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部および前記電源部の双方との並列接続が遮断され、
前記主スイッチ部により前記誘電エラストマー駆動部が前記電荷除去部に接続する状態に切り替えられた際には、前記電源部は、前記誘電エラストマー駆動部および前記電荷除去部の双方との並列接続が遮断され、
前記誘電エラストマー駆動部が取り付けられており、且つ前記誘電エラストマー駆動部の伸長によって互いの距離が大きくなり、前記誘電エラストマー駆動部の収縮によって互いの距離が小さくなる一対の支持部材をさらに備え、
前記主スイッチ部は、連結ロッドを介して前記一対の支持部材の一方に連結された可動子と、前記可動子を挟むように互いに離間配置され且つ前記電源部に接続された一対の固定子と、を有し、
前記誘電エラストマー駆動部の伸長および収縮により、前記主スイッチ部の状態が変更され、
前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加により伸長すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部とを接続し、
前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加されないことにより収縮すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部とを接続することにより、前記誘電エラストマー駆動部に伸長と収縮とを繰り返す振動動作を生じさせることを特徴とする、誘電エラストマー駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電エラストマー駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む可撓性を有する一対の電極層を備える誘電エラストマー駆動部を用いた誘電エラストマー駆動システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図１１は、従来の誘電エラストマー駆動システムの一例を示している。誘電エラストマー駆動システムＸに備えられた電源部９２から、一対の電極層９１２に電圧を印加すると、一対の電極層９１２どうしがクーロン力によって引き合う。これにより、顕著な柔軟性を有する誘電エラストマー層９１１の厚さが減少し、面方向の寸法が増大する。この結果、誘電エラストマー駆動部９１が収縮状態となる。予め、誘電エラストマー駆動部９１に予備伸長を付与しておく等の手法を採用すれば、電圧の印加による伸長状態と、電圧の印加を解除することによる縮小状態とを、任意に生じされることが可能である。これにより、誘電エラストマー駆動部９１を駆動させることができる。

【0003】

誘電エラストマー駆動部９１は、電圧の印加に対する伸長速度が極めて高速であり、応答性に優れた駆動部として着目されている。しかしながら、誘電エラストマー層９１１を挟んで配置された一対の電極層９１２は、電気的にコンデンサを構成している。誘電エラストマー駆動部９１を伸長させるために一対の電極層９１２に電圧を印加すると、一対の電極層９１２には、電荷が蓄えられる。コンデンサにおいては、電荷が蓄えられた状態が維持され、電荷が自然に消失することはない。このため、一対の電極層９１２に電荷が蓄えられた状態が維持されることにより、誘電エラストマー駆動部９１の伸長速度に比べて収縮速度を向上させることが阻害されるという問題が有る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１２４８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、応答性を高めることが可能な誘電エラストマー駆動システムおよび誘電エラストマー駆動方法を提供することをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によって提供される誘電エラストマー駆動システムは、誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部と、前記誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する電源部と、を備える誘電エラストマー駆動システムであって、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を除去する電荷除去部を備えることを特徴としている。

【0007】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部との接続を開閉する主スイッチ部をさらに備える。

【0008】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部との接続を開閉する電源側スイッチ部をさらに備える。

【0009】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を熱エネルギーに変換する。

【0010】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記主スイッチ部は、前記電荷除去部と、前記電源部および前記誘電エラストマー駆動部を繋ぐ配線経路と、の接続を開閉する。

【0011】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部が前記電源部に接続する状態と、前記誘電エラストマー駆動部が前記電荷除去部に接続する状態と、を切り替える。

【0012】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を一時的に蓄える。

【0013】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部に一時的に蓄えられた電荷を蓄電する蓄電部をさらに備える。

【0014】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部と前記蓄電部との接続を開閉する副スイッチ部をさらに備える。

【0015】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマー駆動部の伸長および伸縮により、前記主スイッチ部の状態が変更され、前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加により伸長すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電圧除去部とを接続し、前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加されないことにより収縮すると、前記スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部とを接続する。

【0016】

本発明の第２の側面によって提供される誘電エラストマー駆動方法は、誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する工程と、前記誘電エラストマー駆動部への電圧の印加を停止する工程と、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を電荷除去部で除去する工程と、を備えることを特徴としている。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、誘電エラストマー駆動部に電荷除去部が接続されている。電荷除去部は、誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を除去する機能を果たす。このため、電源部からの電圧印加を停止するとともに、電荷除去部によって誘電エラストマー駆動部の電荷を除去すると、誘電エラストマー駆動部を伸長状態から収縮状態へとより速やかに移行させることが可能である。したがって、誘電エラストマー駆動システムの応答性を高めることができる。

【0018】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。

【図10】本発明の第３実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。

【図11】従来の誘電エラストマー駆動システムの一例を示すシステム構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

【0021】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー駆動システムＡ１は、誘電エラストマー駆動部１、電荷除去部２、主スイッチ部３１、スイッチ部３３、電源部５および制御部６を備えている。

【0022】

誘電エラストマー駆動部１は、誘電エラストマー駆動システムＡ１において駆動力を出力する部位である。誘電エラストマー駆動部１は、誘電エラストマー層１１および一対の電極層１２を有する。

【0023】

誘電エラストマー層１１は、弾性変形が可能であるとともに、絶縁強度が高いことが求められる。このような誘電エラストマー層１１の材質は特に限定されないが、好ましい例として、たとえばシリコーンエラストマーやアクリルエラストマーが挙げられる。

【0024】

一対の電極層１２は、誘電エラストマー層１１を挟んでおり、電源部５によって電圧が印加されるものである。電極層１２は、導電性を有するとともに、誘電エラストマー層１１の弾性変形に追従しうる弾性変形が可能な材質によって形成される。このような材質としては、弾性変形可能な主材に導電性を付与するフィラーが混入された材質が挙げられる。前記フィラーの好ましい例として、たとえばカーボンナノチューブが挙げられる。

【0025】

誘電エラストマー駆動部１は、外部からの外力や拘束を受けていない場合、電源部５からの電圧が印加されていない状態においては、自発的な伸長や伸縮を生じていない自然長状態であり、外力が付与された場合に、誘電エラストマー層１１の弾性変形が許容されている。電源部５から電圧が付与されると、一対の電極層１２には、誘電エラストマー層１１を挟んで正負の電荷が蓄えられる。これらの電荷のクーロン力により、一対の電極層１２が互いに引き合い、誘電エラストマー層１１が厚さ方向に圧縮される。この厚さ方向の圧縮に応じて、誘電エラストマー層１１の面方向の寸法が伸長する。このように、誘電エラストマー駆動部１は、電圧が印加されることにより、面方向の寸法が伸長する挙動をとりうる。

【0026】

また、電圧の印加による伸長状態と対となる状態である収縮状態とを交互に且つ任意にとらせる手法として、誘電エラストマー駆動部１の誘電エラストマー層１１は、たとえば予め予備伸長を付与された構成であってもよい。誘電エラストマー駆動部１は、このような予備伸長を維持するための支持機構（図示略）を適宜採用してもよい。あるいは、誘電エラストマー駆動部１は、誘電エラストマー層１１を伸長させる弾性部材（図示略）を適宜採用してもよい。

【0027】

電荷除去部２は、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられた電荷を除去するためのものであり、図示された例においては、一対の電極層１２に対して並列に接続されている。電荷除去部２は、電荷を除去する機能を発揮可能な構成であれば特に限定されず、本実施形態においては、抵抗器によって構成されている。

【0028】

電源部５は、誘電エラストマー駆動部１を駆動させるための電圧を一対の電極層１２に印加するものである。電源部５の具体的構成は特に限定されず、制御部６の指令によって所定の時間に所定の電圧を一対の電極層１２に印加しうる構成であればよい。

【0029】

主スイッチ部３１は、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電荷除去部２との導通経路に設けられており、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電荷除去部２との接続を開閉するものである。主スイッチ部３１の具体的構成は特に限定されず、機械的に動作するスイッチ機構や、トランジスタ等の半導体素子を適宜採用すればよい。本実施形態においては、主スイッチ部３１の開閉は、制御部６からの指令によってなされる。本実施形態においては、主スイッチ部３１は、電荷除去部２と、電源部５および誘電エラストマー駆動部１を繋ぐ配線経路と、の接続を開閉する構成とされている。

【0030】

スイッチ部３３は、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５との導通経路に設けられており、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５との接続を開閉するものである。スイッチ部３３は、電源側スイッチ部に相当する。また、本実施形態においては、スイッチ部３３は、電荷除去部２と電源部５との接続を開閉する機能を果たす。スイッチ部３３の具体的構成は特に限定されず、機械的に動作するスイッチ機構や、トランジスタ等の半導体素子を適宜採用すればよい。本実施形態においては、スイッチ部３３の開閉は、制御部６からの指令によってなされる。

【0031】

制御部６は、誘電エラストマー駆動システムＡ１を所望の態様で駆動しうるように、電源部５による電圧印加や主スイッチ部３１およびスイッチ部３３の開閉動作を制御するものである。制御部６の具体的構成は特に限定されず、たとえばＣＰＵやメモリ等を含む。

【0032】

なお、電荷除去部２、電源部５、制御部６、主スイッチ部３１およびスイッチ部３３は、それぞれが独立した機器として構成されたものに限定されず、それぞれの機能を果たす態様であれば、いずれか同士が一体の機器として構成されていてもよい。たとえば、電源部５および制御部６が一体的な電源装置を構成していてもよい。あるいは、電源部５と電荷除去部２とが、一体の機器として構成されていてもよい。

【0033】

次に、誘電エラストマー駆動システムＡ１の動作例について、図１〜図３を参照しつつ、以下に説明する。

【0034】

図１に示す状態においては、制御部６の指令により、主スイッチ部３１およびスイッチ部３３が開状態とされている。このため、誘電エラストマー駆動部１、電荷除去部２および電源部５は、互いに接続されておらず、誘電エラストマー駆動部１には電圧が印加されていない。この状態においては、一対の電極層１２を互いに引き合わせるクーロン力は発生しておらず、誘電エラストマー駆動部１は、収縮状態をとっている。

【0035】

図２は、制御部６の指令により、誘電エラストマー駆動部１に伸長状態をとらせた場合の誘電エラストマー駆動システムＡ１を示している。制御部６の指令により、スイッチ部３３が閉状態とされ、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５とが接続される。一方、主スイッチ部３１は、開状態に維持されており、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電荷除去部２とは接続されていない。この状態で、制御部６からの指令により、電源部５から一対の電極層１２に電圧が印加される。これにより、一対の電極層１２に電荷ｑ１が蓄えられクーロン力が生じる。この結果、誘電エラストマー層１１が厚さ方向に収縮し面方向に伸長することとなり、誘電エラストマー駆動部１が伸長状態をとる。

【0036】

図３は、制御部６の指令により、図２に示した伸長状態をとった誘電エラストマー駆動部１に再び収縮状態をとらせた状態の誘電エラストマー駆動システムＡ１を示している。制御部６の指令により、電源部５による電圧印加が停止される。また、制御部６の指令により、スイッチ部３３が開状態とされ、主スイッチ部３１が閉状態とされる。このため、誘電エラストマー駆動部１と電源部５とが切断され、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とが接続される。これにより、一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電流と成って電荷除去部２へと流れる。本実施形態においては、電荷除去部２は、抵抗器によって構成されているため、電流となった電荷ｑ１は、電荷除去部２において熱エネルギーｈ１に変換される。この結果、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電荷除去部２によって除去される。これにより、誘電エラストマー駆動部１は、電圧が印加されていない状態に速やかに復帰し、再び収縮状態をとる。

【0037】

このように、制御部６の指令によって図２および図３に示す伸長状態と収縮状態を適宜繰り返すことにより、誘電エラストマー駆動システムＡ１の誘電エラストマー駆動部１から駆動力が出力される。

【0038】

次に、誘電エラストマー駆動システムＡ１の作用について説明する。

【0039】

図２に示す伸長状態をとらせるべく誘電エラストマー駆動部１に電圧を印加した際には、一対の電極層１２に電荷ｑ１が蓄えられる。誘電エラストマー駆動部１は、コンデンサを構成するため、一対の電極層１２に蓄えられた電荷ｑ１は、自然に消失することはない。この電荷ｑ１が残存していると、一対の電極層１２を引き合うクーロン力が作用し、誘電エラストマー駆動部１は伸長状態を継続しうる。このため、誘電エラストマー駆動部１を伸長状態から収縮状態とするために、電源部５による電圧印加を停止しても、電荷ｑ１の残存によって速やかな収縮状態への移行が阻害されてしまう。

【0040】

本実施形態においては、誘電エラストマー駆動部１に電荷除去部２が接続されている。電荷除去部２は、誘電エラストマー駆動部１に蓄えられた電荷ｑ１を除去する機能を果たす。このため、図３に示すように、電源部５からの電圧印加を停止するとともに、電荷除去部２によって誘電エラストマー駆動部１の電荷ｑ１を除去すると、誘電エラストマー駆動部１を伸長状態から収縮状態へとより速やかに移行させることが可能である。したがって、誘電エラストマー駆動システムＡ１の応答性を高めることができる。

【0041】

また、誘電エラストマー駆動システムＡ１は、主スイッチ部３１を備える。図２に示す伸長状態への移行において、主スイッチ部３１を開状態とすることにより、誘電エラストマー駆動部１に印加する電圧が、電荷除去部２に印加されてしまうことを回避することができる。また、図３に示す収縮状態への移行においては、主スイッチ部３１を閉状態とすることにより、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とを接続し、誘電エラストマー駆動部１に蓄えられた電荷ｑ１を電荷除去部２によって除去することができる。これは、誘電エラストマー駆動システムＡ１の応答性を高めるとともに、無駄な損失を抑制するのに好ましい。

【0042】

本実施形態においては、電荷除去部２は、抵抗器によって構成されている。抵抗器によって構成された電荷除去部２は、通電された電流（電荷ｑ１）を熱エネルギーｈ１へと遅滞なく変換する。このため、電荷除去部２による誘電エラストマー駆動部１の電荷ｑ１の除去を速やかに行うのに適している。

【0043】

図４〜図１０は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

【0044】

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー駆動システムＡ２は、電荷除去部２の構成が上述した誘電エラストマー駆動システムＡ１と異なり、副スイッチ部３２および蓄電部４をさらに備える。

【0045】

本実施形態においては、電荷除去部２は、コンデンサによって構成されており、誘電エラストマー駆動部１から除去した電荷を一時的に蓄える機能を果たす。電荷除去部２を構成するコンデンサの具体的構成は特に限定されない。ただし、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられた電荷を効果的に除去する観点から、電荷除去部２を構成するコンデンサの静電容量は、誘電エラストマー駆動部１の静電容量よりも十分に大きいことが好ましい。

【0046】

蓄電部４は、電荷除去部２に一時的に蓄えられた電荷を、電気エネルギーとして蓄電するものであり、たとえばリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。蓄電部４は、電荷除去部２に接続される。なお、本実施形態においては、電荷除去部２は、誘電エラストマー駆動部１から電荷を蓄える際の電圧に対して、蓄電部４への蓄電における電圧を降圧する降圧回路として機能させてもよい。この場合、蓄電部４への電圧が所望の値となるように、電荷除去部２を構成するコンデンサの静電容量を選択すればよい。

【0047】

副スイッチ部３２は、電荷除去部２と蓄電部４との導通経路に設けられており、電荷除去部２と蓄電部４との接続を開閉するものである。副スイッチ部３２の具体的構成は特に限定されず、機械的に動作するスイッチ機構や、トランジスタ等の半導体素子を適宜採用すればよい。本実施形態においては、副スイッチ部３２の開閉は、制御部６からの指令によってなされる。

【0048】

次に、誘電エラストマー駆動システムＡ２の動作例について、図４〜図８を参照しつつ、以下に説明する。

【0049】

図４に示す状態においては、制御部６の指令により、主スイッチ部３１、副スイッチ部３２およびスイッチ部３３が開状態とされている。このため、誘電エラストマー駆動部１、電荷除去部２、蓄電部４および電源部５は、互いに接続されておらず、誘電エラストマー駆動部１には電圧が印加されていない。この状態においては、一対の電極層１２を互いに引き合わせるクーロン力は発生しておらず、誘電エラストマー駆動部１は、収縮状態をとっている。

【0050】

図５は、制御部６の指令により、誘電エラストマー駆動部１に伸長状態をとらせた場合の誘電エラストマー駆動システムＡ２を示している。制御部６の指令により、スイッチ部３３が閉状態とされ、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５とが接続される。一方、主スイッチ部３１および副スイッチ部３２は、開状態に維持されている。この状態で、制御部６からの指令により、電源部５から一対の電極層１２に電圧が印加される。これにより、一対の電極層１２に電荷ｑ１が蓄えられクーロン力が生じる。この結果、誘電エラストマー層１１が厚さ方向に収縮し面方向に伸長することとなり、誘電エラストマー駆動部１が伸長状態をとる。

【0051】

図６は、制御部６の指令により、図５に示した伸長状態をとった誘電エラストマー駆動部１に再び収縮状態をとらせた状態の誘電エラストマー駆動システムＡ２を示している。制御部６の指令により、電源部５による電圧印加が停止される。また、制御部６の指令により、スイッチ部３３が開状態とされ、主スイッチ部３１が閉状態とされる。このため、誘電エラストマー駆動部１と電源部５とが切断され、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とが接続される。これにより、一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電流と成って電荷除去部２へと流れる。なお、副スイッチ部３２は、開状態が維持されており、電荷除去部２と蓄電部４とは接続されていない。本実施形態においては、電荷除去部２は、コンデンサによって構成されているため、電流となった電荷ｑ１は、電荷除去部２に電荷ｑ２として蓄えられる。誘電エラストマー駆動部１から電荷除去部２への導通経路における損失が無視できる程度ある場合、電荷ｑ１と電荷ｑ２とは、同程度の電荷量である。この結果、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電荷除去部２によって除去される。これにより、誘電エラストマー駆動部１は、電圧が印加されていない状態に速やかに復帰し、再び収縮状態をとる。

【0052】

図７は、制御部６の指令により、電荷除去部２に蓄えられた電荷ｑ２を蓄電部４に蓄電する状態の誘電エラストマー駆動システムＡ２を示している。制御部６の指令により、主スイッチ部３１が開状態とされ、副スイッチ部３２が閉状態とされる。これにより、電荷除去部２に蓄えられていた電荷ｑ２が電流となって、蓄電部４へと流れる。これにより、蓄電部４においては、電荷ｑ３に相当する電気エネルギーが蓄電される。なお、電荷ｑ３は、電荷除去部２から蓄電部４への導通経路における損失や蓄電部４における内部損失、および蓄電部４の蓄電反応に起因する損失等に相当する電荷量だけ、電荷ｑ２よりも小さくなる。この後は、誘電エラストマー駆動システムＡ２に求められる駆動力の出力要請に応じて、再び図５に示す伸長状態と図６および図７に示す収縮状態とを適宜繰り返す。

【0053】

図８は、電荷除去部２から蓄電部４への蓄電の他の例を示している。本例においては、制御部６の指令により、副スイッチ部３２およびスイッチ部３３が閉状態とされ、主スイッチ部３１が開状態とされている。また、制御部６の指令により、電源部５から誘電エラストマー駆動部１に電圧が印加されている。これにより、電荷除去部２から蓄電部４への蓄電処理と、誘電エラストマー駆動部１の伸長動作とが並行して実行される。すなわち、電荷除去部２から蓄電部４への蓄電は、誘電エラストマー駆動部１の電圧印加状態が変化しない停止状態に行ってもよいし、誘電エラストマー駆動部１の電圧印加状態が変化する動作状態に行ってもよい。

【0054】

このような実施形態によっても、誘電エラストマー駆動システムＡ２の応答性を高めることができる。コンデンサからなる電荷除去部２は、抵抗器からなる電荷除去部２と同様に、誘電エラストマー駆動部１の電荷ｑ１を速やかに除去するのに適している。また、電荷除去部２は、たとえば電荷ｑ１を熱エネルギーｈ１に変換して放出するのではなく、電荷ｑ２として蓄える機能を果たす。このため、誘電エラストマー駆動部１を伸長させるために投入された電荷ｑ１を電荷ｑ２として再利用することが可能であり、省電力に寄与しうる。

【0055】

図７に示すように、本実施形態においては、副スイッチ部３２を介して電荷除去部２と蓄電部４とが接続されている。電荷除去部２に電荷ｑ２が蓄えられている状態で、副スイッチ部３２を閉状態とすると、電荷除去部２の電荷ｑ２を蓄電部４に蓄電することができる。一般的に、二次電池からなる蓄電部４は、電荷除去部２よりも蓄電量が顕著に大である。一方、このような蓄電部４の蓄電速度は、コンデンサからなる電荷除去部２の蓄電速度よりも顕著に遅い。したがって、誘電エラストマー駆動部１からの電荷ｑ１の除去を電荷除去部２によって行うことにより、誘電エラストマー駆動部１の収縮状態への移行速度を高速で維持するとともに、回収された電荷ｑ２を余すことなく蓄電部４に蓄電することが可能であり、応答性の向上と省電力化とを両立するのに好ましい。

【0056】

＜第３実施形態＞
図９は、本発明の第３実施形態に基づく誘電エラストマー駆動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー駆動システムＡ３は、主スイッチ部３１の構成とスイッチ部３３を有さない点とが誘電エラストマー駆動システムＡ１と異なり、その他の構成は、誘電エラストマー駆動システムＡ１と類似している。

【0057】

本実施形態においては、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１が電源部５に接続する状態と、誘電エラストマー駆動部１が電荷除去部２に接続する状態と、を切り替える構成とされている。すなわち、図示された状態においては、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１と電源部５とを接続させており、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２との接続を遮断している。一方、制御部６の指令により、主スイッチ部３１の状態を図示された状態から切り替えると、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とを接続させ、誘電エラストマー駆動部１と電源部５との接続を遮断する。なお、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１が電源部５に接続する状態と、誘電エラストマー駆動部１が電荷除去部２に接続する状態と、のいずれかに切り替える構成とされているが、両者の切り替えに加え、誘電エラストマー駆動部１が電源部５及び電荷除去部２のいずれにも接続しない状態となるように構成されてもよい。

【0058】

このような実施形態によっても、誘電エラストマー駆動システムＡ３の応答性を高めることができる。また、誘電エラストマー駆動システムＡ１におけるスイッチ部３３が不要であるという利点がある。

【0059】

図１０は、本発明の第４実施形態に基づく誘電エラストマー駆動システムを示している。

【0060】

本実施形態においては、誘電エラストマー駆動部１は、一対の支持部材７１に取付けられている。一対の支持部材７１は、たとえば円形の板状部材であり、それぞれの大きさが異なっている。誘電エラストマー駆動部１は、一対の支持部材７１に取付けられることにより円錐台の筒状とされている。一対の支持部材７１の間には、ばね７２が設けられている。ばね７２は、誘電エラストマー駆動部１を軸方向に伸長させる弾性力を発揮している。このため、電源部５からの電圧が印加されていない状態において、誘電エラストマー駆動部１には、軸方向に伸長させる張力が発生している。

【0061】

上側の支持部材７１には、連結ロッド７３が取付けられている。連結ロッド７３は、誘電エラストマー駆動部１の伸縮に伴い、上側の支持部材７１とともに上下動し、誘電エラストマー駆動部１の伸縮による動作を主スイッチ部３１に伝えるためのものである。

【0062】

主スイッチ部３１は、可動子３１０および固定子３１１，３１２を有する。可動子３１０には、連結ロッド７３の一端が固定されている。このため、可動子３１０は、連結ロッド７３の上下動に伴って上下動する。また、可動子３１０は、誘電エラストマー駆動部１の内側の電極層１２と電気的に接続されている。固定子３１１，３１２は、可動子３１０を挟むように互いに離間配置されている。固定子３１１は、電源部５に接続されており、固定子３１２は、電荷除去部２に接続されている。

【0063】

図示された状態においては、可動子３１０が固定子３１１に接しており、誘電エラストマー駆動部１に電源部５が接続されている。電源部５からの電圧印加により誘電エラストマー駆動部１が軸方向に伸長すると、上側の支持部材７１、連結ロッド７３および可動子３１０が上昇する。これにより、可動子３１０が固定子３１１から離間し、固定子３１２に接する。この結果、誘電エラストマー駆動部１は、電源部５と非接続となり（電源部５から電気的に切り離されて）、電荷除去部２に接続される。すると、誘電エラストマー駆動部１の電荷が電荷除去部２によって除去され、誘電エラストマー駆動部１が収縮する。これにより、上側の支持部材７１、連結ロッド７３および可動子３１０が下降する。これにより、可動子３１０が固定子３１２から離間し、固定子３１１に再び接する。この後は、上側の支持部材７１、連結ロッド７３および可動子３１０の上昇と下降とが繰り返される。

【0064】

本実施形態によっても、誘電エラストマー駆動システムＡ４の応答性を高めることができる。また、誘電エラストマー駆動部１の伸長および伸縮により、主スイッチ部３１の状態が変更される構成であることにより、誘電エラストマー駆動システムＡ４は、上述した実施形態の制御部６や発振器等を用いることなく、誘電エラストマー駆動部１に伸長と収縮とを繰り返す振動動作を生じさせることができる。

【0065】

本発明に係る誘電エラストマー駆動システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る誘電エラストマー駆動システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0066】

Ａ１〜Ａ４：誘電エラストマー駆動システム
１ ：誘電エラストマー駆動部
２ ：電荷除去部
４ ：蓄電部
５ ：電源部
６ ：制御部
１１ ：誘電エラストマー層
１２ ：電極層
３１ ：主スイッチ部
３１０ ：可動子
３１１，３１２：固定子
３２ ：副スイッチ部
３３ ：（電源側）スイッチ部
７１ ：支持部材
７２ ：ばね
７３ ：連結ロッド
ｈ１ ：熱エネルギー
ｑ１，ｑ２，ｑ３：電荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】