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致动装置及输入装置

阅读：594发布：2023-02-26

专利汇可以提供致动装置及输入装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的目的在于提供一种尤其能够在不损失变位量的情况下得到大的发生负荷的致动装置及输入装置。致动装置具备：致动器 (10)，其一端为固定端(14)，另一端为自由端(16)，且在被施加电压时能够弯曲；基体构件(17)，其具有固定所述致动器(10)的固定端(14)的固定部(15)。在基体构件(17)上设置有突起部(60)。在所述致动器(10)弯曲的状态下对所述自由端(16)向弯曲方向的反方向施加力而使其变形时，所述致动器(10)与突起部(60) 接触。突起部(60)成为变位的支点，不会损失变位量，并且根据材料力学的原理可增大发生负荷。，下面是致动装置及输入装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种致动装置，其具备：
致动器，其一端为固定端，而另一端为自由端，且在被施加电压时能够弯曲；
基体构件，其具有固定所述致动器的固定端的固定部，
所述致动装置的特征在于，
形成有支点部，该支点部在所述致动器弯曲的状态下对所述自由端向弯曲方向的反方向施加力而使所述致动器变形时，在所述致动器的固定端与自由端之间成为变位的支点，所述致动器是具有电解质层和设置在所述电解质层在厚度方向上的两面上的一对电极层且在所述一对电极层间被施加电压时弯曲的高分子致动器，
在所述基体构件上设置有电极部，在弯曲的所述高分子致动器的所述自由端侧被按压而向所述弯曲方向的反方向变位时，该电极部与所述高分子致动器的所述电极层接触通电而能够施加驱动电压，
所述电极部兼用作所述支点部。
2.根据权利要求1所述的致动装置，其中，
在所述致动器的所述固定端与所述自由端之间设置有通过与所述基体构件接触而形成所述支点部的突起部。
3.根据权利要求2所述的致动装置，其中，
所述突起部与构成高分子致动器的电极层一体形成。
4.根据权利要求1所述的致动装置，其中，
在所述基体构件上设置有支承部，该支承部通过在所述致动器的所述固定端与所述自由端之间的部分与所述致动器点接触或线接触而形成所述支点部。
5.根据权利要求1所述的致动装置，其中，
所述支点部的弹性率或刚性比所述致动器的弹性率或刚性高。
6.根据权利要求1所述的致动装置，其中，
所述支点部靠所述致动器的自由端形成。
7.一种输入装置，其特征在于，具有：
权利要求1至6中任一项所述的致动装置；
与所述致动器的高度方向对置设置的操作部，
所述操作部被支承为能够沿所述高度方向移动，
所述致动装置形成有支点部，在所述致动器的自由端向所述操作部方向弯曲的状态下，当使所述操作部向所述致动器方向移动而按压所述自由端侧从而使其向所述弯曲方向的反方向变位时，所述支点部在所述致动器的固定端与自由端之间成为变位的支点。

说明书全文

致动装置及输入装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具备一端为固定端、另一端为自由端且在施加电压时能够弯曲的致动器的致动器(actuator)装置及输入装置。

背景技术

[0002] 图14(a)、(b)是用于说明以往的问题点的输入装置的示意图(剖视图)。

[0003] 图14(a)所示的输入装置1构成为具有致动器2、基体构件3、支承部4、键顶5及框体6等。

[0004] 如图14(a)所示，各致动器2以单侧支承的方式被支承部4支承。致动器2构成为具有电解质层和设置在所述电解质层的厚度方向的两侧的一对电极层。并且，构成为在对固定端侧的所述一对电极层间施加电压时，如图14(a)所示那样朝向上方弯曲(也参照专利文献1)。

[0005] 对于通常的弯曲型的致动器而言，难以同时实现变位和发生负荷，致动器2与压电陶瓷和形状记忆合金相比具有低弹性率和低刚性且容易获得大的变位，但另一方面其存在难以发挥大的力的问题。此外，如果使致动器2高弹性率化并使元件变厚，虽然能够加大发生负荷，但变位量相应减小。

[0006] 即，在施加充分的变位量的情况下，当从图14(a)的状态到图14(b)的状态那样向下方按压所述键顶5时，难以获得施加良好的按压感这种程度的发生负荷(发生力)。

[0007] 专利文献1：日本特开2005-259488号公报

[0008] 专利文献2：日本特开2008-238330号公报

[0009] 在上述的专利文献所述的发明中，无法获得良好的按压感，从而存在不足以在输入装置中使用的情况。

发明内容

[0010] 因此，为解决上述以往的问题而提出本发明，特别是本发明的目的在于提供一种能够获得充分变位和大的发生负荷这二者的致动装置及输入装置。

[0011] 本发明为一种致动装置，其具备：

[0012] 致动器，其一端为固定端，另一端为自由端，且在施加电压时能够弯曲；

[0013] 基体构件，其具有固定所述致动器的固定端的固定部，

[0014] 所述致动装置的特征在于，

[0015] 形成有支点部，该支点部在所述致动器弯曲的状态下对所述自由端向弯曲方向的反方向施加力而使所述致动器变形时，在所述致动器的固定端与自由端之间成为变位的支点。

[0016] 根据上述结构，在致动器弯曲的状态下，能够将致动器的元件长度形成得足够长，能够充分地得到变位。并且，形成有在所述致动器向弯曲方向的反方向变形时在所述致动器的固定端与自由端之间成为变位的支点的支点部，从支点部到自由端的元件长度比从固定端到自由端的元件长度短，因此，根据材料力学的原理，能够增大发生负荷。如此，根据本发明，能够得到充分的变位和大的发生负荷这二者。

[0017] 在本发明中可以构成为，在所述致动器的所述固定端与所述自由端之间设置有通过与所述基体构件接触而形成所述支点部的突起部。

[0018] 此时，优选所述突起部与构成所述高分子致动器的电极层一体形成。由此，能够降低制造成本并实现一体化，由此能够提高可靠性。

[0019] 另外，在本发明中可以构成为，在所述基体构件上设置有支承部，该支承部通过在所述致动器的所述固定端与所述自由端之间的部分与所述致动器点接触或线接触而形成所述支点部。在构成为该支点部设置在基体构件侧而非设置在致动器侧时，无需改变所述致动器的变位量等性能就能够形成可得到大的发生负荷的致动装置。

[0020] 另外，在本发明中优选适用以下结构，即，所述致动器是具有电解质层和设置在所述电解质层在厚度方向上的两面上的一对电极且在所述一对电极间被施加电压时弯曲的高分子致动器。

[0021] 另外，在本发明中，优选所述支点部的弹性率或刚性比所述致动器的弹性率或刚性高。从而能够更加有效地得到大且稳定的发生负荷。

[0022] 另外，在本发明中，优选所述支点部设置成靠所述致动器的自由端。由此，能够进一步增大发生负荷。

[0023] 在本发明中，优选在所述基体构件上设置有电极部，在弯曲的所述高分子致动器的所述自由端侧被按压而向所述弯曲方向的反方向变位时，该电极部与所述高分子致动器的所述电极层接触通电而能够施加驱动电压。此外，优选所述电极部兼用作所述支点部。

[0024] 另外，本发明的输入装置的特征在于，具有：上述任意方案所述的致动装置；与所述致动器的高度方向对置设置的操作部，

[0025] 所述操作部被支承为能够沿所述高度方向移动，

[0026] 所述致动装置形成有支点部，在所述致动器的自由端向所述操作部方向弯曲的状态下，当使所述操作部向所述致动器方向移动而按压所述自由端侧从而使其向所述弯曲方向的反方向变位时，所述支点部在所述致动器的固定端与自由端之间成为变位的支点。

[0027] 根据本发明的结构，通过形成在所述致动器的固定端与自由端之间成为变位的支点的支点部，由此根据材料力学的原理，能够增大发生负荷，因此与以往相比能够获得按压所述操作部时的良好的按压感。

[0028] 发明效果

[0029] 根据本发明，能够得到充分变位和大的发生负荷这二者。附图说明

[0030] 图1是表示第一实施方式的致动装置的结构的图，(a)是致动器的非动作时的局部剖视图，(b)是表示致动器弯曲的状态的局部剖视图，(c)是表示所述致动器的自由端侧被按压而所述致动器与突起部接触的状态的局部剖视图。

[0031] 图2是致动器(高分子致动器)的局部放大剖视图。

[0032] 图3是表示第二实施方式的致动装置的结构的图(局部剖视图)。

[0033] 图4是表示图3的一部分的高分子致动器的局部放大剖视图。

[0034] 图5是表示第三实施方式的致动装置的结构的图(局部剖视图)。

[0035] 图6是用于说明电极层间的电位差的图。

[0036] 图7是表示其他实施方式的致动装置的局部剖视图。

[0037] 图8是高分子致动器与电极部的局部剖视图。

[0038] 图9是表示其他实施方式的致动装置的局部剖视图。

[0039] 图10是表示其他实施方式的致动装置的局部剖视图。

[0040] 图11是表示其他实施方式的致动装置的立体图。

[0041] 图12是表示其他实施方式的致动装置的局部剖视图。

[0042] 图13是本实施方式的输入装置的局部剖视图。

[0043] 图14是以往例的输入装置的局部剖视图。

具体实施方式

[0044] 图1是表示第一实施方式的致动装置的结构的图，(a)是高分子致动器在非动作时的局部剖视图，(b)是表示致动器弯曲的状态的局部剖视图，(c)是表示所述致动器的自由端侧被按压而所述致动器与突起部接触的状态的局部剖视图。

[0045] 如图2所示，本实施方式的致动器10例如是具备电解质层11、形成在电解质层11的厚度方向的两侧表面的电极层12、13的高分子致动器。

[0046] 本实施方式的致动器10具有：具有离子液体和原料聚合物的电解质层11；具有碳微管等导电性填充物、离子液体及原料聚合物的第一电极层12及第二电极层13。需要说明的是，第一电极层12是与基体构件17对置一侧的电极层。

[0047] 作为原料聚合物可以举出聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。在该具体例中，由于在电解质层11内不包含离子交换树脂，因此成为阳离子及阴离子均能够自由移动的状态。

[0048] 需要说明的是，电解质层11也可以包括离子交换树脂、作为含有盐的分极性有机溶剂或离子液体的液状有机化合物。此时，优选离子交换树脂为阳离子交换树脂。由此，阴离子被固定，阳离子能够自由移动。作为阳离子交换树脂可优选使用在聚乙烯、聚苯乙烯、氟树脂等树脂中导入磺酸基、羧基等官能基而得到的材料。此外，电极层12、13也可以利用金或铂等电极材料通过镀敷或溅射等形成。

[0049] 如图1(a)所示，致动器10的一端部(固定端)14固定支承在固定部15上。致动器10以单侧支承的方式被支承，自由端16被支承为能够向上方弯曲。如图1(b)所示，在所述致动器10的弯曲方向的相反侧设置有基体构件17。基体构件17与固定部15可以不同体的方式形成也可以一体形成。

[0050] 如图1(a)所示，在基体构件17的表面设置有突起部(支点部)60。

[0051] 当从图1(a)的非动作状态开始通过驱动电路20向致动器10的电极层12、13之间施加电压时，在第一电极层12侧与第二电极层13侧产生膨胀差，产生弯曲应力而使致动器10向上方向弯曲。在本实施方式中，作为一例，使第一电极层12侧为负极，使第二电极层13侧为正极。由此，在施加电压时，阳离子及极性分子向第一电极层12侧偏移。此时，若假定阳离子比阴离子大，则体积要在偏向第一电极层12侧的位置膨胀。即，在第一电极层12侧产生膨胀应力，并因此产生膨胀变形，所以在致动器10中产生弯曲应力，如图1(b)所示，致动器10朝向上方弯曲。

[0052] 如图1(b)所示，当向致动器10的自由端16侧施加朝向基体构件17方向的负荷F时，弯曲状态的致动器10向基体构件17方向变位。

[0053] 当变位规定量时，如图1(c)所示，致动器10与突起部60抵接。如图1(c)所示，突起部60设置在与致动器10固定端14和自由端16之间的中途部21对置的位置。

[0054] 在图1(c)的状态下，突起部60与致动器10接触而形成成为支点的支点部。此时，从突起部60到自由端16的致动器10的元件长度比从固定端14到自由端16的元件长度短，根据材料力学的原理，能够使从图1(c)的状态进一步对致动器10的自由端16侧施加朝向基体构件17方向的力时的反力(以下称为发生负荷)增大。

[0055] 此外，在本实施方式中，无需为了提高发生负荷而进行高弹性率化或加厚元件厚度，也能够充分地加长致动器10的元件长度，在图1(b)的弯曲状态下，能够充分得到致动器10的变位。由此，根据本发明，能够获得充分的变位及大的发生负荷这二者。

[0056] 图3所示的第二实施方式与图1不同，是突起部61设置在致动器10侧的例子。所述突起部61设置在致动器10的下表面(与基体构件17对置的对置面)的中途部。在图3的结构中，也能够与图1同样地增大发生负荷。

[0057] 图3所示的突起部61可以为导电性，也可以为非导电性。在由非导电性的材料例如绝缘材料形成时，可以通过粘接剂等将突起部接合到致动器10的下表面侧。

[0058] 但是，在本实施方式中，如图4所示，优选将所述突起部61与第一电极层12一体形成。因此，突起部61形成为具有导电性。例如，能够通过模具将第一电极层12和突起部61一体成形。或者，可以在对第一电极层12进行冲压时减小对突起部61的形成区域的加压力，由此形成从第一电极层12一体突出的突起部61。

[0059] 或者，也可以将所述突起部61以与第一电极层12相同的电极材料分别形成，接着将所述突起部61例如与第一电极层12粘接或压力结合而一体化。这样，通过将所述突起部61与第一电极层12一体化，能够降低制造成本，并且由于存在即使突起部61受力也不易脱落等优点，从而能够提高可靠性。

[0060] 此外，优选使图1或图3所示的突起部60、61的弹性率或刚性比致动器10的弹性率或刚性高。在如图3所示那样将突起部61设置在致动器10侧的情况下，当将其通过模具一体成形时，为了在突起部61的部分提高电极材料等的填充率(密度)，构成为在两工序中分别进行铸造(casting)或在突起部61的结构内加入金属线等骨料。由此能够使变位支点牢固，因此能够更有效地获得大且稳定的发生负荷。

[0061] 需要说明的是，如图1所示，在将突起部60设置在基体构件17侧的形态下，可以通过粘接等简单地将突起部60形成在基体构件17的表面。此外，若将突起部60设置在基体构件17侧而非设置在致动器10侧，则能够构成无需改变致动器10的变位量等性能也可得到大的发生负荷的致动装置。

[0062] 图5是第三实施方式的高分子致动器的局部剖视图。在图5的实施方式中，在基体构件17的表面设置电极部18。如图5所示，所述电极部17经由电源与连接在致动器10的固定端14侧的电极层12、13之间的驱动电路20连接。需要说明的是，所述驱动电路20上设置有二极管。

[0063] 此外，在图5的实施方式中，设置在所述致动器10上的突起部61具有导电性。

[0064] 在从致动器10的自由端16向上方弯曲的状态按压自由端16侧而使其向基体构件17方向变位时，如图5所示，导电性的突起部61与电极部18接触通电，可以对所述致动器10的中途部21施加驱动电压。其结果是，不仅是根据材料力学的原理利用突起部61来增大发生负荷，而且还能够通过施加驱动电压而更有效地增大发生负荷。

[0065] 如上所述，在本实施方式中，对于电极层12、13(图2)的材质并未进行限定。可以是碳膜，也可以利用金或铂等电极材料通过镀敷或溅射等而形成。

[0066] 在此，在作为电极层12、13使用碳膜且未设置电极部18的以往结构的情况下，如图6所示，从固定端朝向自由端电压下降非常大(图6的实线)。由此，在以往结构中，发生负荷非常小。图6的(1)表示以往结构中的电位差。

[0067] 与此相对地，若使用本实施方式，则如图6的(2)所示，能够从致动器10的中途部21到自由端16侧有效地增大因电压下降而变小了的电位差。由此，即使作为电极层12、13使用碳膜，若使用本实施方式也能够有效地增大发生负荷。作为碳膜例如包括碳微管。

[0068] 此外，在致动器10的突起部61与电极部18接触通电时，若进行控制而向致动器10的中途部21施加比从驱动电路12向一对电极层12、13之间施加的驱动电压更高的驱动电压，则在接触通电后能够得到更大的发生负荷。

[0069] 需要说明的是，如图1所示，在基体构件17侧具有突起部60的形态下，将所述突起部60作为上述的电极部发挥功能也能够得到与图5的实施方式同样的效果。

[0070] 如图7所示的实施方式，也可以从致动器10的固定端14侧朝向自由端16方向空出等间隔地配置多个突起部62、63。通过这样构成，能够伴随弯曲的致动器10向基体构件17方向的变位而多次阶段性地增大发生负荷。在图7的结构中，首先致动器10与突起部
62接触而突起部62形成成为支点的支点部，能够得到发生负荷的增大效果，然后，进而致动器10与比所述突起部62靠自由端16侧的突起部63接触而突起部63形成成为支点的支点部，能够得到更大的发生负荷。

[0071] 需要说明的是，可以将突起部62、63都形成在基体构件17侧或致动器10侧，或者一些突起部形成在基体构件17侧而其他的突起部形成在致动器10侧。

[0072] 图8是致动器10与突起部60的俯视图。在图8(a)中，突起部60沿致动器10的宽度方向延伸形成得长。此外，在图8(b)中，突起部60以圆形状形成。对于突起部60的平面形状没有特别限定，但如图8(a)的突起部60那样以在宽度方向上横切致动器10的方式形成能够在致动器10的宽度整体设置变位支点，能够更有效地增大发生负荷。

[0073] 另外，突起部优选形成为偏向致动器10的自由端16。如此，通过在接近自由端16的一侧形成突起部，能够将变位的支点形成在接近自由端的一侧，因此能够进一步增大发生负荷。

[0074] 在图9中，在突起部60与基体构件17之间存在弹性体65。通过设置所述弹性体5，在致动器10与突起部60抵接时，弹性体65能够成为缓冲件而实现对致动器10的保护(耐久性的提高)，并且，在接下来说明的输入装置中，能够对按压感赋予变化。需要说明的是，对弹性体65的形成位置并未限定，但特别是在如图5所示的实施方式那样使电极部18与突起部61之间接触通电的形态下，需要形成为不阻碍所述接触通电。

[0075] 另外，致动器10的形状只要具有固定端和自由端且能够弯曲变形即可，对此没有特别的局限。可以为长条状或设置有狭缝的形状。

[0076] 另外，对支承致动器10的位置也没有限制。例如，可以如图10所示那样在致动器10的中间位置设置固定部53，而其两侧成为自由端56、57的状态(蝶状结构)。

[0077] 另外，在上述中，对支点部全部为突起形状的情况进行了说明，但支点部并非局限于突起形状。

[0078] 例如，可以如图11所示，构成为具有：在宽度方向上空出规定间隔对置的基体构件70、70；连结基体构件70、70之间并固定致动器10的固定部71；连结基体构件70、70之间且位于致动器10的固定部与自由端之间而形成成为支点的支点部的支承部72、72。在图11的结构中，支承部72与致动器10线接触。

[0079] 另外，如图12(a)所示，突起部60的形成位置可以位于在致动器10非动作时比致动器10的固定端14靠下方(向致动器10的弯曲方向的反方向离开的位置)。在使致动器10动作时，自由端16向上方弯曲，当向下方按压自由端16时，如图12(b)所示，致动器10在比固定端14靠下方的位置与突起部60接触。从图12(b)的状态进一步按压而成的状态为图12(c)的状态。通过图12的形态能够进一步增大致动器10的变位量。

[0080] 此外，在致动器10非动作时，致动器10的电极层与形成在基体构件17上的电极部18可以接触，也可以为非接触。

[0081] 另外，在图5的形态下，也可以构成为突起部61与电极部18的导通由压溃应力来实现。

[0082] 本实施方式的致动装置可以如图13所示那样适用于输入装置50。在图13的输入装置50中，利用图1所示的致动装置设置多个致动器10，并在基体构件17上设置突起部(支点部)60。如图13所示，在致动器10的弯曲方向侧(上方侧)设置有键顶(操作部51。致动装置收纳在框体52内，将所述键顶51支承为经由形成在所述框体52上的孔52a而能够在上下方向上移动。

[0083] 在图13(a)的局部剖视图中，构成致动器10的电极层间被施加电压，各致动器10朝向上方弯曲，通过各致动器10的变位动作向上方顶起键顶51。

[0084] 例如，当人用手指朝向下方向按压键顶51时，键顶51向下方移动。伴随于此，各致动器10的自由端16被按压而如图13(b)所示那样向下方向变位。

[0085] 在图13(b)的状态下，各致动器10与突起部60接触。由此，所述突起部60成为变位的支点，因此根据材料力学的原理能够由各致动器10得到大的发生负荷，与以往相比能够得到按压键顶51时的良好的按压感。

[0086] 实施例

[0087] 利用在基体构件上具备突起部的致动装置的实施例及未设置突起部的致动装置的比较例进行了发生负荷(发生力)的实验。需要说明的是，实验中使用的高分子致动器形成有图1所示的单侧支承型和蝶状结构这两者。

[0088] 首先，在采用图1所示的单侧支承型的情况下，使致动器10的全长为5mm，在实施例中，将突起部60形成在距固定端14朝向自由端16为3mm的位置。

[0089] 另外，在采用图10所示的蝶状结构的情况下，使致动器10的全长为10mm，在实施例中，将突起部66形成在距位于中央的支承部53朝向两侧为4mm的位置。

[0090] 在实验中，使电极层间的施加电压为2V或2.5V从而向离开基体构件的方向弯曲，求出将致动器10的自由端侧向基体构件方向按压而得到的最大发生负荷。

[0091] 该实验结构在以下的表1中表示。

[0092] 表1

[0093]

[0094] 可以明确设置有突起部的实施例与未设置突起部的比较例相比能够增大发生负荷。

[0095] 符号说明

[0096] 10致动器

[0097] 11电解质层

[0098] 12第一电极层

[0099] 13第二电极层

[0100] 14固定端

[0101] 16、54、56自由端

[0102] 17、70基体构件

[0103] 18电极部

[0104] 20驱动电路

[0105] 21中途部

[0106] 50输入装置

[0107] 51键顶

[0108] 60、61、62、63突起部(支点部)

[0109] 65弹性体

[0110] 72支承部(支点部)

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