專利名稱：促動器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種促動器(actuator)，涉及能夠檢測位移的方向或位移的程度的促動器的結(jié)構(gòu)等。
背景技術(shù)：
作為促動器的種類之一，有高分子促動器(polymer actuator) 0該促動器是如橡膠的柔軟的材質(zhì)，具有如下的特性若施加電壓，則會彎曲，若停止施加電壓，則會恢復原樣。例如，在離子交換膜的兩側(cè)形成電極，向離子交換膜提供電位差，從而使離子交換膜變形。這樣的高分子電解質(zhì)膜形的促動器的例子記載在特開平4-275078號公報和特開平 11-169393號公報中。專利文獻1JP特開平4-275078號公報專利文獻2JP特開平11-169393號公報但是，如上所述的高分子促動器一般響應速度慢，且不容易控制位移量。此外，本申請人還另外提出了如下方案為了將使用如上所述的高分子促動器的結(jié)構(gòu)體小型化，將檢測因彎曲而在電解質(zhì)膜上產(chǎn)生的電位(電位差)的傳感器設置在電解質(zhì)膜上，進行反饋控制，從而使促動器工作在期望的位置上。但是，與對設置在電解質(zhì)膜上的驅(qū)動電極施加的電壓(例如，3伏)相比，傳感器所檢測的電壓(例如，2毫伏)較低。若靠近驅(qū)動電極而配置傳感器，則傳感器容易受到驅(qū)動電壓的影響。此外，若將傳感器遠離驅(qū)動電極而配置，則雖然驅(qū)動電壓對傳感器的影響減少，但從促動器整體的小型化的觀點出發(fā)并不優(yōu)選這樣的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方式的促動器是容易控制上述的位移量的促動器。此外，在本發(fā)明的其他方式中，提供一種具備不易受到驅(qū)動電極的影響的傳感器的促動器。此外，在本發(fā)明的上述其他方式中，提供一種具備不易受到驅(qū)動電極的影響的傳感器的小型促動器。本發(fā)明的一個方式的促動器的特征在于，包含通過賦予電場而變形的電解質(zhì)的層；以及對上述電解質(zhì)賦予上述電場的第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極，向上述第一驅(qū)動電極提供第一驅(qū)動電壓，向上述第二驅(qū)動電極提供第二驅(qū)動電壓，對上述第一驅(qū)動電壓和上述第二驅(qū)動電壓中的至少一個進行脈寬調(diào)制，根據(jù)上述脈寬調(diào)制的程度，控制包含上述電解質(zhì)的層的位移量。其中，電解質(zhì)膜是使離子通過的性質(zhì)的膜，并且是還具有夾持電解質(zhì)膜的負極和正極不會電短路的性質(zhì)的膜。但并不限于此，只要是通過電壓的施加，膜中的離子移動(或者偏移)且該膜的形狀變形的膜即可。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠容易控制包含電解質(zhì)的層的位移量。與以電壓電平(模擬)控制(驅(qū)動)促動器的情況相比，以振幅大的PWM信號來驅(qū)動促動器，能夠進行噪聲的影響少的控制。尤其適合以低位移量使促動器工作的情況。優(yōu)選上述促動器還包括驅(qū)動控制電路，該驅(qū)動控制電路提供上述第一驅(qū)動電壓和上述第二驅(qū)動電壓。由此，驅(qū)動控制電路和驅(qū)動電極接近，從而功率損耗減少。此外，也減少了噪聲的影響。 優(yōu)選上述第一驅(qū)動電極配置在包含上述電解質(zhì)的層的第一面，上述第二驅(qū)動電極配置在包含上述電解質(zhì)的層的、與上述第1面對置的第二面。由此，能夠在包含電解質(zhì)的層的厚度方向上形成電場。優(yōu)選還包括傳感器，該傳感器形成在包含上述電解質(zhì)的層上，從而檢測包含該電解質(zhì)的層的變形的方向和程度中的至少一個，上述驅(qū)動控制電路將與指令信號和上述傳感器的檢測輸出的偏差對應的占空比的PWM驅(qū)動電壓施加到上述第一驅(qū)動電極和上述第二驅(qū)動電極之間。由此，進行反饋控制，使得促動器的彎度加減與指令信號相對應。優(yōu)選上述驅(qū)動控制電路與上述指令信號和上述傳感器的檢測輸出之間的偏差的極性相對應地向上述第一或第二驅(qū)動電極提供上述PWM驅(qū)動電壓。優(yōu)選上述傳感器形成在包含上述電解質(zhì)的層的表面。由此，能夠在促動器中簡單地追加傳感器。能夠構(gòu)成小型的促動器結(jié)構(gòu)體。優(yōu)選上述驅(qū)動控制電路將上述PWM驅(qū)動電壓周期性地提供給上述第一和第二驅(qū)動電極，上述PWM驅(qū)動電壓的一個周期由PWM驅(qū)動期間和上述傳感器的檢測期間構(gòu)成，在上述PWM驅(qū)動期間內(nèi)，設定上述PWM驅(qū)動電壓的占空比，在上述傳感器的檢測期間內(nèi)，輸出上述檢測輸出。由此，在時間軸上，分離促動器的驅(qū)動電壓和傳感器的檢測輸出，避免了電平相對高的驅(qū)動電壓泄漏到檢測輸出中的串擾(crosstalk)。優(yōu)選在上述傳感器的檢測期間，切斷上述驅(qū)動控制電路的驅(qū)動輸出端和上述第一驅(qū)動電極之間以及上述驅(qū)動輸出端和上述第二驅(qū)動電極之間。由此，在檢測期間，分離促動器的驅(qū)動電極和驅(qū)動控制電路，能夠從傳感器獲得更準確的檢測輸出。優(yōu)選在上述傳感器的檢測期間，將上述驅(qū)動控制電路的驅(qū)動輸出端設定為高阻抗狀態(tài)。由此，能夠防止在檢測期間、從促動器的驅(qū)動電極向驅(qū)動控制電路流入電流的情況。 能夠從傳感器獲得更準確的檢測輸出。優(yōu)選上述驅(qū)動控制電路形成為IC芯片，上述傳感器形成為傳感器電極或壓電元件(壓敏元件)等且配置在包含上述電解質(zhì)的層的表面(層上)。由此，能夠小型化促動器結(jié)構(gòu)體整體。另外，上述的結(jié)構(gòu)可以適當?shù)剡M行組合。(發(fā)明效果)在本發(fā)明的促動器中，由于以PWM電壓來驅(qū)動促動器，所以與以電壓電平來控制促動器的情況相比，能夠進行噪聲的影響少的控制。尤其適合以低位移量使促動器工作的情況。此外，由于在促動器(電解質(zhì)膜)中安裝控制器等電路芯片，所以能夠構(gòu)成小型的促動器結(jié)構(gòu)體。


圖1是說明具備本發(fā)明的傳感器電極層的促動器的例子的立體圖。
圖2是說明圖1所示的促動器的動作例的說明圖。圖3是說明促動器的驅(qū)動控制系統(tǒng)的方框圖。圖4 是說明施加到促動器的驅(qū)動電極的驅(qū)動信號的說明圖。圖5是說明驅(qū)動電路33的結(jié)構(gòu)例(平衡電路)的說明圖。圖6是說明圖5所示的驅(qū)動電路33的輸入輸出信號的時序圖。圖7是說明驅(qū)動電路33的其他結(jié)構(gòu)例(非平衡電路)的說明圖。圖8是說明圖7所示的驅(qū)動電路33的輸入輸出信號的時序圖。圖9是說明對促動器的施加電壓和促動器的位移量的說明圖。圖10是說明電壓電平控制和PWM控制的對應的說明圖。圖11是說明驅(qū)動電路33的其他結(jié)構(gòu)例(PWM電壓驅(qū)動)的說明圖。圖12是說明進行PWM驅(qū)動控制時的驅(qū)動時間和檢測時間的分離的說明圖。圖13是說明進行組合了 PWM驅(qū)動控制與PWM驅(qū)動和檢測時刻分離的動作的驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)例的說明圖。圖中1…促動器；10···電解質(zhì)膜；11、12…驅(qū)動電極；13…傳感器電極；30…驅(qū)動控制系統(tǒng)；31…放大器；32…比較器；33…驅(qū)動電路；34…采樣保持電路；36…PWM調(diào)制器； Gl G4…門電路；mL···反相器；Sff-(晶體管)開關(guān)。
具體實施例方式本發(fā)明的促動器使用提供電場時會變形的電解質(zhì)膜，例如離子導電性的高分子電解質(zhì)膜。以下，并沒有準確地闡明電解質(zhì)膜因電壓的施加而變形的理由，但是該理由大致如以下的說明。若在電解質(zhì)膜的正反面分別形成電極，并通過直流電源在正反面的電極上產(chǎn)生電位差，則通過施加電場，電解質(zhì)膜中的離子向?qū)谄錁O性的電極側(cè)移動。由于水分子(溶齊U)也隨著該離子移動，所以在電解質(zhì)膜的正電極側(cè)和負電極側(cè)，電解質(zhì)膜中的水分(溶齊U)量產(chǎn)生差異。在電解質(zhì)膜中的水分量增加的一側(cè)，電解質(zhì)膜膨脹，而在水分量減少的一側(cè)，電解質(zhì)膜收縮。其結(jié)果，電解質(zhì)膜彎曲。作為電解質(zhì)膜，可使用將離子液凝膠化的膜等，例如全氟磺酸膜(商品名 “NAFION，，，Du Pont (株)注冊商標)、全氟羧酸膜(商品名“FLEMI0N”、旭化成(株)注冊商標)等。電解質(zhì)膜具有施加電壓時彎曲、不施加電壓時恢復原樣的特性。電解質(zhì)膜的材質(zhì)例如是如橡膠這樣具有觸感的材質(zhì)，在不施加電壓時比較柔軟。在本申請中，關(guān)注從外部向該電解質(zhì)膜施加力(外部應力)時在電解質(zhì)膜上產(chǎn)生電壓(電位差)的情況。認為這是因如下原因引起的若電解質(zhì)膜彎曲，則在電解質(zhì)膜中產(chǎn)生水分(溶劑)的偏移，由此在電解質(zhì)膜的擴展側(cè)和伸縮側(cè)之間產(chǎn)生離子密度的差異。產(chǎn)生的電壓與電解質(zhì)膜的彎曲(彎度加減)有關(guān)。在傳感器電極層中檢測該電壓，并通過設置在電解質(zhì)膜上的電路芯片(控制電路)進行信號處理。與驅(qū)動電壓相比，傳感器電極層的檢測電壓的電平低(例如，1/1500)， 但通過在傳感器電極的附近進行信號處理，從而能夠?qū)⑿盘枑夯种茷樽钚∠薅?，能夠?br> 高 S/N。
(實施例1)以下，參照

本發(fā)明的實施例。圖1至圖3是說明本申請的促動器的動作的圖，圖1是表示促動器整體的示意結(jié)構(gòu)的立體圖，圖2是說明圖1所示的促動器的彎曲(彎度)動作例的說明圖，圖3是表示控制促動器的動作的控制器的結(jié)構(gòu)例的方框電路圖。如圖1所示，促動器1具備在電解質(zhì)膜10的一面形成的作為第一驅(qū)動電極層的驅(qū)動電極11(電極A)和傳感器電極13 ；以及在另一個面的整體中形成的作為第二驅(qū)動電極層的驅(qū)動電極12(電極B)。為了電絕緣，驅(qū)動電極11和傳感器電極13隔著規(guī)定距離，例如0. 5 1. Omm左右。電解質(zhì)膜10例如可使用氟元素樹脂類離子交換膜，但并不限于此。作為離子交換膜，可使用陽離子交換膜、陰離子交換膜中的任一個。例如，作為陽離子交換膜，可例舉全氟磺酸膜、全氟羧酸膜。驅(qū)動電極11和12、傳感器電極13可使用金、白金、銥、鈀、釕、碳納米管(carbon nanotube)等，但并不限于這些。在將電極接合到電解質(zhì)膜時，可適當?shù)厥褂没瘜W電鍍、電學電鍍、真空蒸鍍、濺射法、涂敷、加壓焊、焊接等。例如，在實施例中，作為電解質(zhì)膜10使用了全氟磺酸膜(商品名“NAFION”，Du Pont公司注冊商標)，其形狀形成為短邊為2cm、長邊為5cm、厚度為200 μ m Imm左右的長方形。上述的傳感器電極13的形狀例如是(電解質(zhì)膜10的)短邊方向的長度(寬度) 為2mm、長邊方向的長度為5cm。但并不限于該形狀，可自由地選擇電解質(zhì)膜10或促動器的形狀。在實施例中，驅(qū)動電極11、12、傳感器電極13是通過對電解質(zhì)膜10實施鍍金而形成的。向電解質(zhì)膜10的鍍金方式如下在氯化二氯菲咯啉合金(III) [Au (phen) Cl2]Cl水溶液中浸漬，通過離子交換反應，吸附金復合離子(gold complex ions) 0將吸附的膜浸漬在亞硫酸鈉(Na2SO3)水溶液中，從而進行還原，向外側(cè)析出被吸收到膜內(nèi)部的金離子。由此， 能夠?qū)δさ膬擅孢M行鍍金。電鍍的金的量中，在一次電鍍工序中能夠電鍍的金的量為單面 1 2mg/cm2。重復這個工藝來形成所需的電極膜度。例如，若重復4次 8次左右的電鍍， 則析出單面lOmg/cm2左右的金。此時，金層(電極層)的膜厚大致為1 5μπι左右。由此，通過激光以電絕緣所需的0. 5 Imm的寬度直線狀切割在電解質(zhì)膜的單面形成的金電極層，從而分離驅(qū)動電極11和傳感器電極13。傳感器電極13向電解質(zhì)膜10的長度方向延伸，檢測通過促動器的彎曲動作而在彎曲面產(chǎn)生的電極層12與13之間的電位差(電壓)。另外，傳感器電極13也可以形成在電解質(zhì)膜10的正面和反面中的任一個面上。圖2是說明促動器1的動作例的說明圖。在該圖中，對于與圖1對應的部分附加相同的標號，省略該部分的說明。如圖2所示，若從直流電源分別向促動器1的驅(qū)動電極層11和12施加負電壓和正電壓，則電解質(zhì)膜10中的陰離子向驅(qū)動電極層12側(cè)移動。伴隨于此，驅(qū)動電極層11側(cè)的水分相對減少，驅(qū)動電極12側(cè)的水分相對增大，如圖2的左圖所示，促動器1向左側(cè)彎曲。 同樣地，若從直流電源分別向驅(qū)動電極層11和12施加正電壓和負電壓，則電解質(zhì)膜10中的陰離子向驅(qū)動電極層11側(cè)移動。驅(qū)動電極層12側(cè)的水分相對減少，驅(qū)動電極11側(cè)的水分相對增大，如圖2的右圖所示，促動器1向右側(cè)彎曲。圖3是說明驅(qū)動上述的促動器1的控制系統(tǒng)(控制器)30的方框圖?？刂葡到y(tǒng) (控制器)30可由集成電路(IC)芯片構(gòu)成?？蓪⒃摷呻娐沸酒渲迷诖賱悠?上。
如圖3所示，傳感器電極13的檢測電壓被放大器31電平放大之后輸入到比較器 (差動放大器)32的反相輸入。在比較器32中，提供與當前時刻的促動器1的位置對應的電壓。如后述那樣，在間歇性地檢測傳感器電極13的檢測電壓的情況下，優(yōu)選在放大器31 和比較器32之間設置通過選通信號G工作的采樣保持電路34。在比較器32的正相輸入中，輸入促動器1的動作量的目標值作為電壓值。比較器32輸出傳感器電極的電壓與目標值的偏差。驅(qū)動電路33根據(jù)該偏差輸出的極性(正或負)，決定促動器1的移動方向，并決定輸出電壓的極性。此外，根據(jù)偏差輸出的絕對值，決定使促動器1彎曲多大程度，從而設定輸出電壓的電平。另外，控制系統(tǒng)30還可以由一芯片微型計算機或由FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)等進行軟件處理或者功能塊的組合等構(gòu)成。 驅(qū)動電路33的輸出電壓提供給促動器1的驅(qū)動電極11和12。促動器1向與驅(qū)動電路33的輸出電壓的極性對應的方向彎曲(bends)，成為與輸出電壓的電平對應的彎曲量 (amount of bending)。若促動器1被驅(qū)動電極11和12彎曲，則在傳感器電極13的區(qū)域的電解質(zhì)膜中，水分因彎曲而移動，從而離子密度產(chǎn)生差異，傳感器電極13的電壓產(chǎn)生變化。 該值被反饋到比較器32，比較器32將與目標值的差分作為偏差而輸出，并進行校正。通過重復這樣的動作的反饋控制循環(huán)，促動器1移動至與設定的目標值對應的位置并穩(wěn)定。在本實施例中，在進行如上所述的控制時，在時間軸上分開基于驅(qū)動電極的促動器1的驅(qū)動時期和基于傳感器電極的檢測時期，使它們不重復。由此，在基于傳感器電極的產(chǎn)生電壓的檢測中停止驅(qū)動電壓的供給，避免了驅(qū)動電壓對檢測電壓的影響(串擾)。圖4是說明驅(qū)動促動器1的驅(qū)動信號的時序圖。圖4(A)表示從驅(qū)動電路33向驅(qū)動電極11和12提供的驅(qū)動信號的結(jié)構(gòu)。圖4(B)表示從驅(qū)動電路33的輸出端子A、B輸出的輸出電壓(驅(qū)動信號)的狀態(tài)。如圖4(A)所示，驅(qū)動信號的時間軸由向促動器1施加電壓的驅(qū)動時間(驅(qū)動期間)和在從傳感器電極13讀取輸出電壓時停止輸出的檢測時間(檢測期間)構(gòu)成。驅(qū)動期間中的電壓電平(模擬)與應使促動器1彎曲的量對應。在檢測時間內(nèi)，將驅(qū)動電路33 的輸出端設定為高阻抗狀態(tài)HiZ，驅(qū)動電路33不會對傳感器電極13的檢測輸出產(chǎn)生影響。通過與檢測時間的組合，設定控制的一個周期。另外，一個周期中的驅(qū)動時間和檢測時間的順序可以是任一個在前。將一個周期中的檢測時間的比率設定地極小，驅(qū)動效率會更好。此外，也可以伸縮一個周期的時間。如上所述，通過在時間軸上分開向促動器1施加驅(qū)動電壓的期間和檢測期間，使他們不會重復，從而能夠避免驅(qū)動電極對傳感器電極的串擾。圖5表示由平衡電路構(gòu)成了傳感器電極13、放大器31以及驅(qū)動電路33時的結(jié)構(gòu)例(一部分)。在該圖中，提供給驅(qū)動電路33的方向控制信號和模擬信號與圖3所示的比較器32的輸出的偏差的極性和偏差的絕對值(驅(qū)動電壓)對應。根據(jù)方向控制信號切換開關(guān)1和2的選擇，來進行控制，由此設定模擬信號的極性。選通信號G與上述的驅(qū)動時間和檢測時間對應地控制開關(guān)3和4的接通或關(guān)斷，從A端子和B端子分別向促動器1的驅(qū)動電極11和12提供模擬信號(驅(qū)動電壓)。各個開關(guān)由晶體管等構(gòu)成。設置在促動器1 中的傳感器電極13由兩個對置的電極構(gòu)成，產(chǎn)生平衡輸出。該檢測輸出被由差動放大器構(gòu)成的放大器3放大之后提供到比較器32。另外，可根據(jù)選通信號G設定采樣保持電路34的電平保持定時。圖6是圖5所示的 驅(qū)動電路中的信號的時序圖。在該圖所示的例子中，在選通信號的Dl期間(驅(qū)動期間)，開關(guān)2和4導通，從外部提供3伏的驅(qū)動電壓(模擬輸入)。通過方向控制信號為低電平，從而開關(guān)1和2成為圖示的選擇設定，在A輸出端子中導出3伏， 在B輸出端子中導出0伏。之后，選通信號成為檢測期間HZ，打開開關(guān)3和4，將A輸出端子和B輸出端子設為高阻抗狀態(tài)。在檢測期間HZ中，檢測傳感器電極的輸出電壓，并反饋到模擬輸入中。通過使用采樣保持電路34，能夠?qū)z測值保持到下一次檢測。即使是間歇性的采樣，也能夠進行反饋控制。在選通信號的下一個D2期間，開關(guān)2和4導通，從外部提供-3伏的驅(qū)動電壓(模擬輸入)。通過方向控制信號為高電平，從而開關(guān)1和2成為與圖示相反的選擇設定，在A 輸出端子中導出0伏，在B輸出端子中導出-3伏。之后，選通信號成為檢測期間HZ，打開開關(guān)3和4，將A輸出端子和B輸出端子設為高阻抗狀態(tài)。在檢測期間HZ中，檢測傳感器電極的輸出電壓，并反饋到模擬輸入中。在選通信號的后續(xù)的D3期間以后，也進行同樣的控制。圖7表示通過非平衡電路構(gòu)成了傳感器電極13、放大器31以及驅(qū)動電路33時的結(jié)構(gòu)例(一部分)。通過在各個電路中共用接地電位，電路結(jié)構(gòu)比平衡電路(圖5)更簡單。圖8是圖7所示的驅(qū)動電路中的信號的時序圖。通過設為非平衡電路結(jié)構(gòu)，B輸出端子成為接地電位。在A輸出端子和B輸出端子之間可得到的驅(qū)動電壓與圖6的情況相同。如上所述，若在促動器中直接搭載傳感器，則來自驅(qū)動電極的串擾成為問題，但如本實施例那樣，將驅(qū)動時間和檢測時間分開，從而避免了串擾，可進行良好的檢測。通過設置了傳感器的促動器來使用反饋控制，從而能夠構(gòu)成更加小型的結(jié)構(gòu)體。(實施例2)接著，說明促動器的PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)控制。如圖9所示，促動器1的彎曲量(位移量)隨著向驅(qū)動電極的施加電壓電平而變化。在圖中，大致示出將施加電壓變化為0 3伏時的促動器1的變化。圖10是說明從促動器1的驅(qū)動電壓的電平控制(模擬驅(qū)動)替換到驅(qū)動電壓的 PWM控制(脈沖電壓的施加時間比率控制)的圖。圖10㈧是表示例如3伏的脈沖電壓的占空比與促動器的位移量的關(guān)系的圖表的例子。其中，占空比是脈沖的高電平的時間t與脈沖周期的一周期的時間T之比，由duty =(t/T)X100%表示。通過控制脈沖電壓(驅(qū)動電壓)的占空比，能夠控制促動器的彎曲 (位移)。圖10(B)是表示向促動器的施加電壓電平與促動器的位移量的關(guān)系的圖表的例子。從兩個圖可知，若進行提供與模擬驅(qū)動中的位移量相同的位移量的PWM驅(qū)動，則能夠?qū)Ⅱ?qū)動電壓的電平控制(模擬驅(qū)動)替換為驅(qū)動電壓的PWM控制。例如，可知，在想要將促動器的位移量設定為50%的情況下，在電平控制中施加1.5伏的電壓(參照圖10⑶)，而在PWM控制中只要施加占空比為50%的驅(qū)動電壓脈沖即可。圖11表示由P麗驅(qū)動電路構(gòu)成了驅(qū)動電路33時的結(jié)構(gòu)例。在P麗驅(qū)動電路中， 輸入通過PWM調(diào)制電路36而從模擬輸入變換后的PWM信號、和設定促動器1的彎曲方向的方向控制信號。如圖Il (A)所示，PWM驅(qū)動電路由二輸入與門Gl和G2、反相器1附構(gòu)成。向與門 Gl的一個輸入端提供方向控制信號，向另一端輸入PWM信號，輸出端連接到B輸出端子。向與門G2的一個輸入端，經(jīng)由反相器mi提供方向控制信號，向另一端輸入PWM信號，輸出端連接到A輸出端子。如圖Il(B)所述，在方向控制信號為低電平的情況下，PWM驅(qū)動電路將PWM信號導出到A輸出端子。此外，在高電平的情況下，將PWM信號導出到B輸出端子。促動器1與提供PWM信號的電極對應地決定彎曲方向，且與PWM信號的占空比對應地設定彎曲量(位移
量)O根據(jù)上述的PWM驅(qū)動控制，例如在電壓電平控制的情況下，若施加電壓變動0. 5 伏，則在促動器中產(chǎn)生16. 6%的位移量。這在進行精確的控制的情況下會成為很大的誤差要因。此外，在電壓電平控制的情況下，若施加電壓低，則電解質(zhì)膜的反應變慢，接近噪聲電壓，從而容易受到噪聲的影響。相對于此，若是PWM驅(qū)動，則振幅以高電平保持一定，且通過精度高(水晶)的振蕩器使PWM的時間軸穩(wěn)定，所以不容易受到噪聲的影響。此外，與通過電壓電平控制向電解質(zhì)膜長時間施加低電壓的情況相比，短時間施加高電平信號會減少電解質(zhì)膜的劣化。這樣，若設為數(shù)字驅(qū)動(PWM)，則與模擬驅(qū)動(電平控制)的情況相比，不易受到噪聲的影響。能夠控制細微的位移量，所以非常好。(實施例3)優(yōu)選在PWM驅(qū)動控制中，也進行上述的驅(qū)動時間和檢測時間的分離(參照圖4)。 由此，在基于傳感器電極的產(chǎn)生電壓的檢測中停止驅(qū)動電壓的提供，能夠避免驅(qū)動電壓脈沖對檢測電壓的影響(串擾)。圖12是說明驅(qū)動促動器1的驅(qū)動信號的時序圖。圖12(A)表示從PWM驅(qū)動電路 33提供給驅(qū)動電極11和12的驅(qū)動信號的結(jié)構(gòu)。圖12(B)表示從驅(qū)動電路33的輸出端子 A、B輸出的輸出電壓(PWM驅(qū)動信號)的狀態(tài)。該圖的“ + ”表示正極性電壓脈沖的振幅(或者高電平)，“_”表示負極性電壓脈沖的振幅(或者低電平)，“Z”表示輸出端子的高阻抗狀態(tài)。如圖12㈧所示，驅(qū)動信號的時間軸由向促動器1施加電壓的驅(qū)動時間(PWM驅(qū)動期間D)和在從傳感器電極13讀取輸出電壓時停止輸出的檢測時間(相當于高阻抗期間 HZ)構(gòu)成。驅(qū)動期間中的電壓脈沖寬度(占空比)對應于應使促動器1彎曲的量。如后述那樣，在檢測時間中，將驅(qū)動電路33的輸出端設定為高阻抗狀態(tài)HiZ，驅(qū)動電路33不會對傳感器電極13的檢測輸出產(chǎn)生影響。在本實施例中，也通過驅(qū)動時間與檢測時間的組合來設定控制的一個周期。另外， 一個周期中的驅(qū)動時間和檢測時間的順序可以是任一個時間在前。將一個周期中的檢測時間的比率設定成極小，驅(qū)動效率會更好。此外，也可以伸縮一個周期的時間。
如上所述，通過在時間軸上分開向促動器1施加驅(qū)動電壓的期間和檢測期間，使它們不會重復，從而能夠避免驅(qū)動電極對傳感器電極的串擾如圖13(A)所示，PWM驅(qū)動電路33由二輸入與門Gl和G2、反相器IN1、三態(tài)門G3 和G4構(gòu)成。三態(tài)門具有H電平、L電平、高阻抗的三種動作模式。向與門Gl的一個輸入端提供方向控制信號，向另一端輸入PWM信號，輸出端經(jīng)由門電路G3連接到B輸出端子。向與門G2的一個輸入端經(jīng)由反相器mi提供方向控制信號，向另一端輸入PWM信號，輸出端經(jīng)由門電路G4連接到A輸出端子。向門電路G3和G4提供選通信號G。在上述的檢測期間中，選通信號切斷PWM信號向輸出端子的中繼，將各輸出端子(A、B)設為高阻抗狀態(tài)。由此，防止電流從傳感器電極 13側(cè)流入驅(qū)動電路33側(cè)，提高了傳感器的檢測精度。圖13⑶是上述的PWM驅(qū)動電路33中的信號的時序圖。另外，在圖13中，由最后一級的三態(tài)門G3和G4的輸出的狀態(tài)(將H電平設為“ + ”，將L電平設為“-”，將高阻抗設為“Z”)來表示A和B輸出端子的電平狀態(tài)。在圖13所示的例子中，在選通信號G的Dl期間(驅(qū)動期間)，門電路G3和G4導通，將門電路Gl和G2的輸出導出到輸出端子。若方向控制信號為低電平，則門電路Gl不導通，門電路G2導通。PWM信號被導出到A輸出端子，在 B輸出端子中導出“_”電平(例如，0伏)。之后，選通信號在檢測期間成為HZ，將門電路G3 和G4的輸出端設為高阻抗狀態(tài)，將A輸出端子和B輸出端子設為高阻抗狀態(tài)。在檢測期間 HZ,檢測傳感器電極的輸出電壓，從而反饋到PWM信號中。在選通信號G的下一個D2期間，門電路G3和G4導通，提供PWM信號。由于方向控制信號為高電平，所以門電路Gl導通，門電路G2不導通。在A輸出端子中設定“_”電平，在B輸出端子中導出PWM信號。之后，選通信號在檢測期間成為HZ，使門電路G3和G4 開路，將A輸出端子和B輸出端子設為高阻抗狀態(tài)。在檢測期間HZ，檢測傳感器電極的輸出電壓，從而反饋到模擬輸入中。在選通信號的后續(xù)的D3期間以后，也進行同樣的控制。另外，也可以通過將后級的三態(tài)門G3和G4構(gòu)成為輸出+3伏輸出(H)、_3伏輸出 (L)、高阻抗(Z)這三種狀態(tài)來設為平衡電路結(jié)構(gòu)，進行向兩個驅(qū)動電極的施加電壓的極性的反轉(zhuǎn)。在機器人等人造肌肉中使用上述的促動器會很方便。此外，能夠?qū)⑸鲜龅拇賱悠骱凸鈧鞲衅鬟M行組合來應用在自動遮光的系統(tǒng)、例如百葉窗(遮光簾)、人造虹膜、照相機的光圈機構(gòu)等中，即可用于各種用途中。如上說明，根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于分開了向驅(qū)動電極的驅(qū)動電壓的供給時間 (期間)和檢測時間(期間)，所以能夠消除在高分子促動器中搭載了傳感器時成為問題的串擾。此外，能夠構(gòu)成使用了通過搭載傳感器而被小型化的促動器的反饋控制系統(tǒng)。此外，能夠構(gòu)成通過使用PWM驅(qū)動信號作為促動器的驅(qū)動電極的驅(qū)動電壓，從而在低驅(qū)動信號電平下也能夠工作且抗噪聲能力強的反饋控制系統(tǒng)。此外，將上述的反饋控制系統(tǒng)的電路設為IC芯片，并將其搭載在促動器中，從而能夠?qū)崿F(xiàn)促動器結(jié)構(gòu)體的小型化。另外，在上述實施例中，傳感器電極向一個方向延伸，產(chǎn)生了與在該方向上的促動器的彎曲(bending)對應的一個輸出，但并不限于此。此外，即使代替?zhèn)鞲衅麟姌O，在電解質(zhì)膜上使用產(chǎn)生與施加壓力對應的電壓的PZT等壓電元件或應變器等的電阻值變化元 件，也能夠期待相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種促動器，其特征在于，具備包含通過賦予電場而變形的電解質(zhì)的層；以及對所述電解質(zhì)賦予所述電場的第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極， 向所述第一驅(qū)動電極提供第一驅(qū)動電壓，向所述第二驅(qū)動電極提供第二驅(qū)動電壓， 對所述第一驅(qū)動電壓和所述第二驅(qū)動電壓中的至少一個進行脈寬調(diào)制，根據(jù)所述脈寬調(diào)制的程度，控制包含所述電解質(zhì)的層的位移量。
2.如權(quán)利要求1所述的促動器，其特征在于，所述促動器還包括驅(qū)動控制電路，該驅(qū)動控制電路提供所述第一驅(qū)動電壓和所述第二驅(qū)動電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的促動器，其特征在于，所述第一驅(qū)動電極配置在包含所述電解質(zhì)的層的第一面，所述第二驅(qū)動電極配置在包含所述電解質(zhì)的層的、與所述第1面對置的第二面。
4.如權(quán)利要求2所述的促動器，其特征在于，所述促動器還包括傳感器，該傳感器形成在包含所述電解質(zhì)的層上，檢測包含該電解質(zhì)的層的變形的方向和程度中的至少一個，所述驅(qū)動控制電路將與指令信號和所述傳感器的檢測輸出之間的偏差相對應的占空比的脈寬調(diào)制驅(qū)動電壓施加到所述第一驅(qū)動電極和所述第二驅(qū)動電極之間。
5.如權(quán)利要求4所述的促動器，其特征在于，所述驅(qū)動控制電路與所述指令信號和所述傳感器的檢測輸出之間的偏差的極性相對應地向所述第一或第二驅(qū)動電極提供所述脈寬調(diào)制驅(qū)動電壓。
6.如權(quán)利要求4或5所述的促動器，其特征在于， 所述傳感器形成在包含所述電解質(zhì)的層的表面。
7.如權(quán)利要求4至6的任一項所述的促動器，其特征在于，所述驅(qū)動控制電路將所述脈寬調(diào)制驅(qū)動電壓周期性地提供給所述第一和第二驅(qū)動電極，所述脈寬調(diào)制驅(qū)動電壓的一個周期由脈寬調(diào)制驅(qū)動期間和所述傳感器的檢測期間構(gòu)成，在所述脈寬調(diào)制驅(qū)動期間內(nèi)，設定所述脈寬調(diào)制驅(qū)動電壓的占空比， 在所述傳感器的檢測期間內(nèi)，輸出所述檢測輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的促動器，其特征在于，在所述傳感器的檢測期間，切斷所述驅(qū)動控制電路的驅(qū)動輸出端與所述第一驅(qū)動電極之間以及所述驅(qū)動輸出端與所述第二驅(qū)動電極之間。
9.如權(quán)利要求7所述的促動器，其特征在于，在所述傳感器的檢測期間，所述驅(qū)動控制電路的驅(qū)動輸出端被設定為高阻抗狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在內(nèi)置傳感器的促動器中難以受到驅(qū)動電極的影響的傳感器。該促動器包括電解質(zhì)膜；第一和第二驅(qū)動電極，分別配置在上述電解質(zhì)的相互對置的面，從而對該電解質(zhì)膜提供電位差；傳感器，在上述電解質(zhì)膜上形成，從而檢測作用于該電解質(zhì)的力；以及驅(qū)動控制電路，基于指令信號和上述傳感器的檢測輸出，對上述第一和第二驅(qū)動電極層提供驅(qū)動電壓，上述驅(qū)動控制電路將與上述指令信號和所述傳感器的檢測輸出的偏差對應的占空比的PWM驅(qū)動電壓施加到上述第一和第二驅(qū)動電極之間。
文檔編號G05D3/12GK102354221SQ20111009766
公開日2012年2月15日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者松本哲郎 申請人:精工愛普生株式會社