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日立制作所试制成功基于印刷法的有机致动器

2006-05-18 08:52 来源：日经BP社责编：中华印刷包装网

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图1：在聚亚胺薄膜底板上印刷的致动器图形

图2：切割底板制作出的Unmorph结构的致动器

图3：有机致动器二次元排列模块组成的搬运设备

　　日立制作所基础研究所使用混合nm级碳微粒子的导电性有机材料、利用印刷法试制成功了致动器。特点是：采用印刷法、可低成本量产；可以在空气中、低电压下运行；质量轻且柔软。由于与生物体的适应性较好，有望应用于人造肌肉等特殊用途。

　　材料由直径40nm的碳精微粒子和氟类聚合物混合而成。之所以选择氟类材料，是由于氟的热膨胀系数较高，此外还在考虑环氧类材料的可行性。将材料溶解在溶剂中作为油墨使用，以丝网印刷方式印在聚亚胺薄膜底板上。

　　在采用这种技术制作的致动器图形上（图1），用银油墨印刷布线图形后，将其切割下来，制作出由致动器层和聚亚胺层构成的Unmorph结构的致动器（图2）。

　　所谓的Unmorph结构，是指采用膨胀率较大和较小的材料组合结构。在这种情况下，通过给印刷的有机材料通电，内部的碳微粒子会由于焦耳热而发热膨胀，另一方面，由于底板聚亚胺薄膜不易膨胀，膨胀材料将会凸起导致全体弯曲。

试制出机械手

　　此次试制的致动器大小为7mm×9mm，伸缩率最大为4％，实用性为2％左右。驱动电压几～几十V，可以产生最大约5MPa的压力。经确认，工作速度方面，可以适用30Hz的输入信号，耐久性为1万次左右。致动器的工作温度目前可以提高到室温＋150℃.

　　另外，该公司还试制了将上述致动器二次元排列的矩阵模块（图3）。施加电压为8V，尖端约移动3mm。通过控制各致动器的移动，可以搬运放在此模块上的薄膜。

　　该公司还使用4个致动器试制了机械手。每根手指的重量仅0.03g，4根手指可以握住40g的试剂瓶。

影像1：试制的机械手。可以握住重40g的试剂瓶的视频（MPEG，约12MB）。

　　与形状记忆合金等相比，产力的压力还比较小，但是可以利用易于加工及柔软等有机材料的特点灵活运用。今后，该公司计划除人造肌肉和搬运设备之外，还将开拓露出凸点的触觉传达设备、活动海报、气流控制设备、微型机器人等新的应用领域。另外，该研究成果将在第55届高分子年度大会（2006年5月24日～26日，名古屋国际会议厅）上发表（演讲编号1Ph152）。

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