JP2005034615A - Drive mechanism and drive method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動部を備えた駆動機構及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a driving mechanism including a driving unit and a driving method thereof.
ポリピロールなどの導電性高分子は、電気化学的な酸化還元によって伸縮あるいは変形する現象である電解伸縮を発現することが知られている。導電性高分子を含む成形品は、電圧を印加することにより、この電解伸縮により駆動することができ、アクチュエータ若しくは駆動機構の駆動部に用いることができる。この導電性高分子成形品を用いたアクチュエータ若しくは駆動機構は、人工筋肉、ロボットアーム、義手等の用途として応用が期待され、近年注目されている。 It is known that a conductive polymer such as polypyrrole exhibits electrolytic stretching, which is a phenomenon that stretches or deforms by electrochemical redox. A molded article containing a conductive polymer can be driven by this electrolytic expansion and contraction by applying a voltage, and can be used as a drive part of an actuator or a drive mechanism. Actuators or drive mechanisms using this conductive polymer molded product are expected to be used for applications such as artificial muscles, robot arms, and artificial hands, and have attracted attention in recent years.
導電性高分子成形品を用いたアクチュエータとしては、セル内に電解液、対極及びポリピロールフィルムを備えたアクチュエータの構成が1997年に報告されている(例えば、非特許文献1参照)。このアクチュエータはポリピロールフィルム及び対極が電解液に浸漬された状態で対極とポリピロールフィルムとの間に電圧を印加することによりポリピロールフィルムが伸縮し、ポリピロールフィルムが14.6MPa(45g)の負荷を受けながらも1%の伸縮をすることが記載されている。つまり、このアクチュエータは、電解伸縮により、長さ方向に14MPaの力を発生させることができる。
前記アクチュエータは、導電性高分子を含む成形品が膜状であるために、駆動部として用いる場合には、チャックなどによって挟み、アクチュエータとして固定する必要がある。 Since the molded article containing the conductive polymer is a film, the actuator needs to be sandwiched by a chuck or the like and fixed as an actuator when used as a drive unit.
しかし、膜状の導電性高分子成形品をチャック爪などでチャックすることにより固定する方法は、強い力でチャックした場合には膜が欠損して十分に固定できないことがあり、また、導電性高分子の有する可撓性により導電性高分子成形品が変形してチャックすることが難しい場合がある。そのため、膜状の導電性高分子成形品をチャックすることにより位置を固定することは難しく、また、チャックする部材をシャフト等に接続して前記導電性高分子成形品の駆動を駆動力として取り出すことも難しい。 However, the method of fixing a film-like conductive polymer molded product by chucking with a chuck claw, etc., may cause insufficient film fixing when chucked with a strong force. There are cases where it is difficult for the conductive polymer molded product to be deformed and chucked due to the flexibility of the polymer. Therefore, it is difficult to fix the position by chucking the film-like conductive polymer molded product, and the member to be chucked is connected to a shaft or the like to drive the conductive polymer molded product as a driving force. It's also difficult.
また、導電性高分子の伸縮運動による駆動で発生する力について、大きな発生力を得るために複数枚の導電性高分子薄膜を厚さ方向に積層して素子を得た場合に、前記素子の両端をチャックすることにより固定する方法は、全ての層に同じテンションをかけることが難しく、素子(積層体)を固定する方法としては不適当であった。 In addition, in order to obtain a large force with respect to the force generated by driving due to the expansion and contraction of the conductive polymer, when a device is obtained by laminating a plurality of conductive polymer thin films in the thickness direction, The method of fixing by chucking both ends is difficult to apply the same tension to all layers, and is inappropriate as a method of fixing an element (laminated body).
また、駆動装置等の駆動部として用いられる方法としては、ワイヤーによる牽引や、モーターによる回転など、機械的若しくは電気的な駆動方法が通常である。しかし、ワイヤーによる牽引で駆動させる場合には、ワイヤーのネジ止めや、滑車を備えるなど、構造が複雑になる。モーターにより駆動する場合には、振動や音を発生して静粛性に問題があり、構造が大掛かりになり、軽量化も難しい。また、素子に電圧印加することにより電気化学的な伸縮動作で駆動する素子を複数の支持体に掛架させて、前記素子の伸縮動作で駆動させる駆動機構は知られていない。 Further, as a method used as a drive unit of a drive device or the like, a mechanical or electrical drive method such as traction by a wire or rotation by a motor is usually used. However, in the case of driving by pulling with a wire, the structure becomes complicated, such as screwing the wire or providing a pulley. When driven by a motor, vibration and sound are generated, which causes a problem in quietness, the structure becomes large, and weight reduction is difficult. Further, there is no known driving mechanism in which an element driven by an electrochemical expansion / contraction operation by applying a voltage to the element is hung on a plurality of supports and driven by the expansion / contraction operation of the element.
本発明の目的は、容易に固定することができ、複層体とした場合であっても容易に固定することができる駆動部を含むアクチュエータを提供することである。 An object of the present invention is to provide an actuator including a drive unit that can be easily fixed and can be easily fixed even in the case of a multilayer structure.
本発明者らは、鋭意検討の結果、無端帯状、リング状若しくは捲回体である駆動部と、前記駆動部を掛架するための複数の支持体とを備え、前記支持体に前記駆動部を張架したことを特徴とする駆動機構を用いることによっても、駆動部の固定が容易であり、前記駆動部を駆動させた際に前記支持体に駆動力が伝わって、容易に駆動力を得ることができることを見出し、本発明に至った。また、本発明者らは、捲回体である駆動部と前記駆動部を掛架するための複数の支持体とを備えた駆動機構であって、掛架されるための空間部を前記駆動部の内側に備え、前記支持体に前記駆動部を張架したことを特徴とする駆動機構を用いることにより、駆動部の固定が容易であり、前記駆動部を駆動させた際に前記支持体に駆動力が伝わって、容易に駆動力を得ることができることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies, the inventors have provided a drive unit that is an endless belt shape, a ring shape, or a wound body, and a plurality of supports for hanging the drive unit, and the drive unit includes the drive unit. By using a drive mechanism characterized in that the drive unit is stretched, it is easy to fix the drive unit. When the drive unit is driven, the drive force is transmitted to the support body, and the drive force is easily applied. The inventors have found that it can be obtained and have reached the present invention. In addition, the present inventors provide a driving mechanism including a driving unit that is a winding body and a plurality of supports for hanging the driving unit, and the space portion to be hung is driven by the driving unit. By using a drive mechanism that is provided on the inside of the unit and that has the drive unit stretched on the support, the drive unit can be easily fixed, and the support unit is driven when the drive unit is driven. As a result, the inventors have found that the driving force can be transmitted and the driving force can be easily obtained, leading to the present invention.
また、無端帯状若しくはリング状の駆動部と、前記駆動部を掛架するための駆動部取付用支持体を備え、前記駆動部を張架するための補助支持体とを備えたことを特徴とする駆動機構を用いることにより、駆動部の固定が容易であり、しかも、前記駆動部を前記補助支持体に略S字状、略M字状若しくはこれらの連続した形状、ジグザグ状、渦巻き状または折り畳み状に保持することも容易であるので、駆動部が例えば20cm以上のように長い場合であっても、省スペース化を図ることができ、コンパクトな状態で駆動部を容易に保持することができる。 In addition, the driving unit includes an endless belt-shaped or ring-shaped driving unit, a driving unit mounting support for hanging the driving unit, and an auxiliary support for stretching the driving unit. By using the drive mechanism, it is easy to fix the drive unit, and the drive unit is substantially S-shaped, substantially M-shaped or a continuous shape, zigzag shape, spiral shape, or the like on the auxiliary support. Since it is easy to hold in a folded shape, even if the drive unit is long, for example, 20 cm or longer, space can be saved, and the drive unit can be easily held in a compact state. it can.
上記アクチュエータにおいて、少なくとも一の端部のループ状部を備えた駆動体を駆動部に用いることにより、ループ状部を駆動部取付用支持体に掛けて、支持体に巻き付けることにより、容易に捲回体である駆動部を形成することができる。 In the above-mentioned actuator, by using a driving body having a loop-shaped part at least one end as a driving part, the loop-shaped part is hung on a driving part mounting support body and wound around the support body. A driving unit which is a rotating body can be formed.
さらに、前記駆動部が、電解伸縮により最大の伸縮率が8%以上である導電性高分子を材料として含み、アクチュエータの駆動時における前記駆動部の伸縮率を最大の伸縮率の50%以下となるように前記駆動部を伸縮させるアクチュエータの駆動方法を用いることにより、駆動部を長くすることにより伸縮量を大きくすることができ、最大伸縮率の50%以下の伸縮率で伸縮させることで伸縮速度を速くすることができる。 Furthermore, the drive unit includes a conductive polymer having a maximum expansion / contraction rate of 8% or more by electrolytic expansion / contraction as a material, and the expansion / contraction rate of the drive unit during driving of the actuator is 50% or less of the maximum expansion / contraction rate. By using the actuator drive method that extends and contracts the drive unit, the amount of expansion and contraction can be increased by lengthening the drive unit, and it can be expanded and contracted by expanding and contracting at a stretch rate of 50% or less of the maximum stretch rate. Speed can be increased.
(第一の発明)
本願発明は、駆動部と、前記駆動部を掛架するための複数の支持体を備え、前記支持体に前記駆動部を張架したことを特徴とする駆動機構であり、前記駆動部は無端帯状であってもリング状であっても良く、掛架されるための空間部を前記駆動部の内側に備えた捲回体である駆動部であっても良い。前記駆動部が自己伸縮運動することにより、支持体を動かすことができる。本発明を第一の発明とする。
(First invention)
The invention of the present application is a drive mechanism including a drive unit and a plurality of supports for hanging the drive unit, and the drive unit is stretched over the support, and the drive unit is endless The drive part which may be a strip | belt shape or a ring shape, and was provided with the space part for hanging up inside the said drive part may be sufficient. A support body can be moved by the said drive part carrying out a self-expanding motion. The present invention is the first invention.
前記駆動部は、自己伸縮するものであればよい。前記駆動部は、電気、湿度等により駆動部自身が伸縮するものであれば特に限定されるものではなく、導電性高分子や導電性材料を含む樹脂を含む駆動部であってもよい。前記駆動部は、特に、導電性高分子を含む駆動部であることが好ましく、前記駆動部と対極との間に電解質が介在する状態で電圧印加されることにより前記駆動部中の導電性高分子が電気化学的な伸縮動作をするので、伸縮の制御が容易である。前記駆動部は、導電性高分子を含み、2つ以上の支持体に掛架させることができるので、駆動部としての設置が容易であり、支持体を駆動部内側面で握持されせることができるので、容易に駆動させることができる。 The drive unit may be any one that can expand and contract. The drive unit is not particularly limited as long as the drive unit itself expands and contracts due to electricity, humidity, and the like, and may be a drive unit including a conductive polymer or a resin containing a conductive material. In particular, the driving unit is preferably a driving unit including a conductive polymer, and a voltage is applied in a state where an electrolyte is interposed between the driving unit and a counter electrode, thereby increasing the conductivity in the driving unit. Since the molecule performs an electrochemical stretching operation, the stretching control is easy. Since the drive unit includes a conductive polymer and can be hung on two or more supports, installation as a drive unit is easy, and the support can be held on the inner surface of the drive unit. Therefore, it can be driven easily.
前記の駆動機構において、前記駆動部は、無端帯状であってもリング状であっても良く、掛架されるための空間部を前記駆動部の内側に備えた捲回体である駆動部であっても良い。前記駆動部がこれらの構造であることにより、2つ以上の支持体に掛架させることができるので、駆動部としての設置が容易であり、支持体を駆動部内側面で握持させることができるので、容易に駆動させることができ、前記駆動部の固定も容易である。 In the drive mechanism described above, the drive unit may be an endless belt or a ring, and is a drive unit that is a winding body that includes a space part to be hung inside the drive unit. There may be. Since the drive unit has these structures, it can be hung on two or more supports, so that it can be easily installed as a drive unit and can be held on the inner surface of the drive unit. Therefore, it can be driven easily, and the drive unit can be easily fixed.
図1は、第一の発明における一の実施態様についての模式図である。図1は台11の上に、支持体121、122がそれぞれ摺動溝131、132に沿って摺動するように設けられている。2つの支持体に無端帯状の導電性高分子成形品である駆動部14が掛架されている。さらに2つの支持体には、握部151、152が設けられている。本実施態様の駆動機構においては、この駆動機構を電解質溶液中に設置して、駆動部にリードを介して電極に接続し、また電解質溶液中に対極を設置して、前記対極にリードを介して電極に接続し、駆動部と対極とに電圧を印加して、駆動部を電解伸縮することにより、2つの握部で対象物を挟持することができる。
FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of the first invention. In FIG. 1,
図2は、第一の発明における第二の実施態様についての模式図である。本実施態様は、駆動部が複数ある場合の一例であり、台21上に支持体221、222、223、224があり、2つの独立の駆動部231、232が掛架されている。図1の実施態様と同様に、本実施態様においては、支持体221、223と支持体222、224の各組に互いに向かい合うように握部を設置することで、駆動部を電解伸縮することにより、2組の握部で対象物をそれぞれ挟持することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram of the second embodiment in the first invention. This embodiment is an example in the case where there are a plurality of drive units, and supports 221, 222, 223, and 224 are provided on the
図3は、第一の発明における第三の実施態様についての模式図である。図3の実施態様は、支持体が、複数の部材に配され、駆動部が複数の部材に跨るように前記支持体に掛架されている構成の場合である。図3においては、第一部材31が、第二部材32と摺動しながら旋回できるように止めビス33で第二部材と接続されている。駆動部34は、第一部材の円柱状若しくは円筒状の支持体35と第二部材の円柱若しくは円筒状の支持体36とに掛架され、棒状の補助支持体37、38により押圧されて張架している。前記駆動部が収縮した場合には第一部材が旋回運動をはじめ、前記駆動部が伸張した場合には、前記第一部材が元の位置に戻り、旋回運動とすることができる。この駆動構造は、産業用ロボットや人体の関節機構として用いることができ、さらに旋回による摺動部分に球関節を用い、駆動部も側面にも設けることで、自由な旋回運動をする関節機構とすることができる。
FIG. 3 is a schematic view of the third embodiment in the first invention. The embodiment of FIG. 3 is a case where the support is arranged on a plurality of members and the drive unit is suspended on the support so as to straddle the plurality of members. In FIG. 3, the
図4は、第一の発明における第四の実施態様についての模式図である。図4においても、支持体が、複数の部材に配され、駆動部が複数の部材に跨るように前記支持体に掛架されている構成の場合である。駆動部44が第一部材41の支持体451、452間で複数回捲回されて掛架され、さらに、第二部材42の支持体461、462間においても複数回捲回されて掛架されている。支持体451、452間及び支持体461、462間で複数回捲回されることにより、駆動部の長さを長くすることができ、駆動部が例えば20cm以上のように長い場合であっても、省スペース化を図ることができ、コンパクトな状態で駆動部を容易に保持することができる。最大の伸縮率の50%である伸縮率の伸縮をさせることにより、駆動部が優れた伸縮速度を生じることにより、旋回速度を大きく向上させることができる。
FIG. 4 is a schematic diagram of the fourth embodiment in the first invention. FIG. 4 also shows a case where the support is arranged on a plurality of members and the drive unit is suspended on the support so as to straddle the plurality of members. The
(第二の発明)
また、本願第二の発明の駆動機構は、無端帯状若しくはリング状の駆動部と、前記駆動部を掛架するための駆動部取付用支持体を備え、前記駆動部を張架するための補助支持体とを備えたことを特徴とする駆動機構でもある。
(Second invention)
The drive mechanism according to the second aspect of the present invention includes an endless belt-shaped or ring-shaped drive unit and a drive unit mounting support for hanging the drive unit, and an auxiliary unit for stretching the drive unit. It is also a drive mechanism characterized by comprising a support.
図5は、第二の発明の駆動機構における一の実施態様についての側面からの模式図である。図5は、前記駆動機構を適用した指状の構造体の側面図である。この指状構造体は、2つの駆動部が用いられ、駆動部51は支持体521と支持体522に掛架され、補助支持体523により押圧されて、支持体に張架された状態になっている。また、駆動部53は支持体524と支持体525とに掛架され、支持体522により押圧されて支持体に張架されている。駆動部51が収縮することにより中節骨部54が関節部55において摺動しながら旋回し、駆動部53が収縮することにより末節骨部56が関節部57において摺動しながら旋回する。これらの各骨部の旋回運動により、指の曲げ伸ばしを実現することができ、義手へ応用することができる。
FIG. 5 is a schematic view from the side of one embodiment of the drive mechanism of the second invention. FIG. 5 is a side view of a finger-like structure to which the drive mechanism is applied. In this finger-like structure, two drive units are used, and the
前記駆動機構は、指以外にも人体の機構を人工的に構成することが可能である。例えば、前記駆動部は、導電性高分子を含み、電解伸縮による伸縮率が3%以上である場合には、人工筋肉として用いることが可能である。前記駆動機構を人工筋肉として用いた場合に、前記支持体を人体の腱部分として用いることにより、人工的な人体部位を作ることが可能である。例えば、指においては、DIP関節、PIP関節、MP関節に相当する関節部を供えた複数の部材の集合体に、各部材に指の腱部分に相当する位置に支持体を設け、指の屈筋群及び伸筋群に相当する駆動部をこれらの支持体に張架することで、前記駆動部の伸縮により複雑な指の動きを容易に再現することができる。 The drive mechanism can artificially constitute a human body mechanism other than a finger. For example, the drive unit includes a conductive polymer, and can be used as an artificial muscle when the expansion / contraction rate by electrolytic expansion / contraction is 3% or more. When the drive mechanism is used as an artificial muscle, an artificial human body part can be created by using the support as a tendon portion of the human body. For example, in a finger, a support body is provided in a position corresponding to a tendon portion of a finger on an aggregate of a plurality of members provided with joint portions corresponding to a DIP joint, a PIP joint, and an MP joint. By stretching the driving units corresponding to the group and the extensor group on these supports, complicated movements of the fingers can be easily reproduced by the expansion and contraction of the driving unit.
図6は、第二の発明の駆動機構における他の実施態様例についての斜視図である。筐体61は、駆動機構を備えるハウジング62を内部に収納する。筐体61は、筐体の蓋部が備えるアーム641に可動支持体65が取付けられている。ボックス状のハウジング62は、可動支持体65が摺動する摺動溝661を備えている。前記摺動溝は、一組の対面するする側面にそれぞれ設けられている。可動支持体65は両方の摺動溝に摺動可能なように取付けられている。前記摺動溝と可動支持体とが摺動するように前記ハウジングを可動させることにより、ロッド63が駆動して、外部に対して力を与える。
FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of the drive mechanism of the second invention. The
図7は、図6における駆動機構のA−A断面図である。ハウジング62には、内部に駆動部取付用支持体681〜687が設けられて、該駆動部取付用支持体に駆動部67が掛架されている。無端帯状の駆動部67は、補助支持体691、692並びに可動支持体65に掛けられて、張架されている。駆動部67は、駆動部取付用支持体681〜687及び補助支持体691、692に、略S字状、略M字状若しくはこれらの連続した形状ジグザグ状、渦巻き状または折り畳み状に保持されている。駆動部67が電圧を印加することにより駆動する場合には、前記駆動部取付用支持体、前記補助支持体及び前記可動支持体が電極としての機能も有することにより、各支持体に電圧を印加することで、駆動部67が伸縮して駆動する。前駆駆動部が駆動することにより、可動支持体65が摺動溝662と摺動し、ハウジング62は、筐体61の蓋により支えられながら、図7における左右方向に駆動する。この駆動において、駆動部67が収縮することにより、可動支持体65は図7における右方向の力が与えられる。この可動支持体が蓋70のアーム642に取付けられているために筐体に固定されているので、筐体に対して摺動可能なハウジングは駆動することとなる。図7の左方向に摺動したハウジングは、駆動部67を伸長させることにより、バネ部材72の力により右方向に摺動する。このハウジングの駆動により、ハウジングに設けられたロッド63が筐体の外部において図7における左右方向に駆動して、駆動部の駆動による力を外部に与えることができる。なお、前記バネ部材72は必ずしも必要ではなく、例えば駆動部67を可動支持体に固定する等の方法により、図7の右方向への駆動も可能となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA of the drive mechanism in FIG. The
図8は、図6の駆動機構におけるハウジングの斜視図である。ハウジング62は、駆動部取付用支持体681〜687及び補助支持体691、692を備えている。前記駆動部取付用支持体及び補助支持体は、駆動部と各支持体との摩擦をなくすために駆動部の駆動により周方向への回転が可能なように取付けられていることが好ましいことから、ピポット軸受けによりハウジングに取付けられている。
FIG. 8 is a perspective view of a housing in the drive mechanism of FIG. The
図9は、図8のハウジングのB−B断面図である。ハウジング62は側面にピポット軸受け711〜714を備え、ピポット軸受け711、713により駆動部取付用支持体683がハウジングに取付られている。また、ピポット軸受け712、714により駆動部取付用支持体686がハウジングに取付られている。図9において、ピポット軸受け711、712にねじ込み式のピポット軸受けを採用することにより、前記駆動部取付用支持体は、ハウジングに容易に取付けることができるようになる。また、補助支持体及び可動支持体も、駆動部取付用支持体と同様に、ピポット軸受けによりハウジングに取付けられることが好ましく、該ピポット軸受けがねじ込み式のピポット軸受けであることがより好ましい。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the housing of FIG. 8 taken along the line BB. The
図6の駆動機構において、前記駆動部が、導電性高分子を含み、該導電性高分子の電解伸縮により駆動する場合には、駆動機構が対極及び電解質を含むことが好ましい。前記対極及び前記電解質は、作用電極である各支持体が電圧を印加することで、駆動部が駆動できるように筐体、またはハウジング等に設ければよい。例えば、前記対極を筐体の内壁面に設け、ハウジング内部及び筐体内部に電解液を充填することにより、各支持対への電圧印加により駆動部は電解伸縮をして、ハウジング及びハウジングにとり付けられたロッド63が駆動する。
In the drive mechanism of FIG. 6, when the drive unit includes a conductive polymer and is driven by electrolytic expansion and contraction of the conductive polymer, the drive mechanism preferably includes a counter electrode and an electrolyte. The counter electrode and the electrolyte may be provided in a housing, a housing, or the like so that the driving unit can be driven by applying a voltage to each support as a working electrode. For example, by providing the counter electrode on the inner wall surface of the housing and filling the inside of the housing and the inside of the housing with an electrolytic solution, the drive unit is subjected to electrolytic expansion and contraction due to voltage application to each support pair, and is attached to the housing and the housing. The
なお、本願の第二の発明において、前記駆動部は、駆動部自身が伸縮するものであれば、伸縮のメカニズムが特に限定されるものではないが、前記駆動部の伸縮量を制御することが容易であることから、前記駆動部が導電性高分子を含み、該導電性高分子の電圧印加による電気化学的な伸縮動作で前記駆動部が伸縮することが好ましい。 In the second invention of the present application, the mechanism of expansion and contraction is not particularly limited as long as the drive unit expands and contracts itself, but the expansion and contraction amount of the drive unit can be controlled. Since it is easy, it is preferable that the said drive part contains a conductive polymer, and the said drive part expands and contracts by the electrochemical expansion-contraction operation | movement by the voltage application of this conductive polymer.
また前記補助支持体は、前記駆動部と外面で接している状態である。前記駆動部が伸縮して駆動部全体の長さが伸び縮みすることで、牽引等の対象物と連結させる連結部材を介して該対象物に力を与えるので、前記補助支持体は、ピポット軸受けにより取付けられていることが好ましく、または、前記駆動部との摩擦抵抗を低くするためにスリーブ及び/またはベアリングを備えていることが好ましい。前記駆動部が、前記補助支持体のスリーブ及び/またはベアリングにおいて、前記補助支持体と接していることにより、前記駆動部の伸縮を阻害する摩擦が少ないので、伸縮速度の向上を図ることができる。 The auxiliary support is in contact with the drive unit on the outer surface. Since the drive unit expands and contracts and the entire length of the drive unit expands and contracts, a force is applied to the object through a connecting member that is connected to the object such as towing. Therefore, the auxiliary support is a pivot bearing. In order to reduce the frictional resistance with the drive unit, it is preferable to provide a sleeve and / or a bearing. Since the drive unit is in contact with the auxiliary support in the sleeve and / or bearing of the auxiliary support, there is little friction that hinders expansion and contraction of the drive unit, so that the expansion / contraction speed can be improved. .
また、本願第二の発明の駆動機構において、電解質及び対極をさらに備えることにより、電解伸縮による駆動を生じるアクチュエータとすることもできる。すなわち、前記アクチュエータは、駆動部、電解質及び対極を備えたアクチュエータであって、前記駆動部の形状が無端帯状若しくはリング状であり、前記駆動部を掛架するための駆動部取付用支持体を備え、前記駆動部を張架するための補助支持体とを備えたことを特徴とするアクチュエータとなる。 In the drive mechanism of the second invention of the present application, an actuator that causes drive by electrolytic expansion and contraction can be provided by further providing an electrolyte and a counter electrode. That is, the actuator is an actuator including a drive unit, an electrolyte, and a counter electrode, and the drive unit has an endless belt shape or a ring shape, and a drive unit mounting support for hanging the drive unit is provided. And an auxiliary support for stretching the drive unit.
本願第二の発明である駆動機構を用いたアクチュエータは、前記駆動機構を備え、駆動部、電解質及び対極を備えていれば特に限定されるものではない。例えば、図1乃至図5の駆動機構体を固体または液状の電解質に浸漬しすることで、駆動部及び対極に電圧を印可することにより駆動することにより、前記アクチュエータを駆動することができる。また、上述の前記駆動部取付け板を筐体の一部として、前記駆動部を筐体内部に収納できるようにすることもできる。また、前記駆動部を駆動させるための駆動部に電圧を印加する方法としては、特に限定されるものではない。 The actuator using the drive mechanism according to the second invention of the present application is not particularly limited as long as it includes the drive mechanism and includes a drive unit, an electrolyte, and a counter electrode. For example, the actuator can be driven by immersing the drive mechanism body of FIGS. 1 to 5 in a solid or liquid electrolyte and applying a voltage to the drive unit and the counter electrode. In addition, the drive unit mounting plate described above can be used as a part of the housing so that the drive unit can be housed inside the housing. Further, the method for applying a voltage to the driving unit for driving the driving unit is not particularly limited.
(導電性高分子を含む駆動部)
前記駆動部は、前記駆動部が導電性高分子を含む場合には、導電性高分子を含み、電解伸縮により駆動するのであるが、前記導電性高分子としては、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンなど用いることができるが、分子鎖にピロール及び/またはピロール誘導体を含む導電性高分子であることが、製造が容易であり、導電性高分子として安定であるだけではなく、電解伸縮性能に優れているために好ましい。
(Drive unit containing conductive polymer)
When the driving unit includes a conductive polymer, the driving unit includes a conductive polymer and is driven by electrolytic expansion and contraction. Examples of the conductive polymer include polypyrrole, polythiophene, polyaniline, and polyphenylene. However, the conductive polymer containing pyrrole and / or a pyrrole derivative in the molecular chain is easy to manufacture and is not only stable as a conductive polymer but also excellent in electrolytic stretching performance. Therefore, it is preferable.
前記駆動部は、ドーパントとしてp−トルエンスルホン酸ナトリウムを含む導電性高分子のような従来の導電性高分子を含むものであっても良い。また、第一の発明のアクチュエータを大きな伸縮を必要とする用途に用いる場合には、前記駆動部は、前記駆動部に含まれる導電性高分子が、電解重合法により製造する導電性高分子の製造方法であって、前記電解重合法が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち、少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、前記電解液がトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む導電性高分子の製造方法により製造された導電性高分子であることが好ましい。前記駆動部が前記製造方法により製造された導電性高分子を含む駆動部である場合には、前記駆動部の1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を容易に3%以上とすることができ、アクチュエータを人工筋肉等の大きな伸縮率が要求される用途に用いることができる。 The driving unit may include a conventional conductive polymer such as a conductive polymer including sodium p-toluenesulfonate as a dopant. When the actuator according to the first aspect of the invention is used for an application that requires large expansion and contraction, the drive unit is made of a conductive polymer produced by an electrolytic polymerization method. In the production method, the electrolytic polymerization method includes an organic compound containing at least one bond or a functional group among an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group, and / or Alternatively, an electrolytic solution containing a halogenated hydrocarbon as a solvent was used, and the electrolytic solution was produced by a method for producing a conductive polymer containing a trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to a central atom. A conductive polymer is preferable. When the driving unit is a driving unit including a conductive polymer manufactured by the manufacturing method, the expansion / contraction rate per one oxidation-reduction cycle of the driving unit can be easily set to 3% or more. Can be used for applications such as artificial muscles that require a large stretch rate.
また、前記電解液中に、公知のドーパントを含んでいても良く、より大きな1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を得るためにトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に結合するフッ素原子を複数含むアニオンを含むことが好ましい。更に、得られた導電性高分子の1酸化還元サイクル当たりの伸縮率が16%以上とするために、前記電解液として、上記のトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンの替りに、化学式(1)
(CnF(2n+1)SO2)(CmF(2m+1)SO2)N- (1)
(ここで、n及びmは任意の整数。)
で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンをアニオンとして含む電解液を用いることが好ましい。
Further, the electrolyte solution may contain a known dopant, and contains a plurality of fluorine atoms bonded to the trifluoromethanesulfonate ion and / or the central atom in order to obtain a larger expansion / contraction rate per one redox cycle. It is preferable that an anion is included. Furthermore, in order to make the expansion / contraction rate per oxidation-reduction cycle of the obtained conductive polymer 16% or more, as the electrolytic solution, fluorine atoms are added to the trifluoromethanesulfonate ion and / or the central atom. Instead of multiple anions, the chemical formula (1)
(C n F (2n + 1) SO 2 ) (C m F (2m + 1) SO 2 ) N − (1)
(Here, n and m are arbitrary integers.)
It is preferable to use an electrolytic solution containing a perfluoroalkylsulfonylimide ion represented by the formula:
前記有機化合物としては、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン(以上、エーテル結合を含む有機化合物)、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸-t-ブチル、1,2−ジアセトキシエタン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、フタル酸ジエチル(以上、エステル結合を含む有機化合物)、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート(以上、カーボネート結合を含む有機化合物)、エチレングリコール、1−ブタノール、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−オクタノール、1−デカノール、1−ドデカノール、1−オクタデカノール(以上、ヒドロキシル基を含む有機化合物)、ニトロメタン、ニトロベンゼン(以上、ニトロ基を含む有機化合物)、スルホラン、ジメチルスルホン(以上、スルホン基を含む有機化合物)、及びアセトニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル(以上、ニトリル基を含む有機化合物)を例示することができる。なお、ヒドロキシル基を含む有機化合物は、特に限定されるものではないが、多価アルコール及び炭素数4以上の1価アルコールであることが、伸縮率が良いために好ましい。なお、前記有機化合物は、前記の例示以外にも、分子中にエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち、2つ以上の結合あるいは官能基を任意の組合わせで含む有機化合物であってもよい。 Examples of the organic compound include 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane (an organic compound containing an ether bond), γ-butyrolactone, and ethyl acetate. , N-butyl acetate, t-butyl acetate, 1,2-diacetoxyethane, 3-methyl-2-oxazolidinone, methyl benzoate, ethyl benzoate, butyl benzoate, diethyl phthalate (including ester bond) Organic compound), propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate (an organic compound containing a carbonate bond), ethylene glycol, 1-butanol, 1-hexanol, cyclohexanol, 1-octanol, 1-octanol, Big Nord, 1-dodecanol, 1-octadecanol (above, organic compound containing hydroxyl group), nitromethane, nitrobenzene (above, organic compound containing nitro group), sulfolane, dimethyl sulfone (above, organic compound containing sulfone group) And acetonitrile, butyronitrile, and benzonitrile (an organic compound containing a nitrile group). Note that the organic compound containing a hydroxyl group is not particularly limited, but is preferably a polyhydric alcohol or a monohydric alcohol having 4 or more carbon atoms because the stretching ratio is good. In addition to the above-mentioned examples, the organic compound may have any two or more bonds or functional groups among the ether bond, ester bond, carbonate bond, hydroxyl group, nitro group, sulfone group and nitrile group in the molecule. The organic compound contained in the combination may be sufficient.
また、前記製造方法において、電解液に溶媒として含まれるハロゲン化炭化水素は、炭化水素中の水素が少なくとも1つ以上ハロゲン原子に置換されたもので、電解重合条件で液体として安定に存在することができるものであれば、特に限定されるものではない。 In the above production method, the halogenated hydrocarbon contained as a solvent in the electrolytic solution is one in which at least one hydrogen in the hydrocarbon is substituted with a halogen atom, and exists stably as a liquid under electrolytic polymerization conditions. If it can do, it will not specifically limit.
前記ハロゲン化炭化水素としては、例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタンを挙げることができる。前記ハロゲン化炭化水素は、1種類のみを前記電解液中の溶媒として用いることもできるが、2種以上併用することもできる。また、前記ハロゲン化炭化水素は、上記の有機化合物との混合をして用いてもよく、該有機溶媒との混合溶媒を前記電解液中の溶媒として用いることもできる。 Examples of the halogenated hydrocarbon include dichloromethane and dichloroethane. Although only one kind of the halogenated hydrocarbon can be used as a solvent in the electrolyte solution, two or more kinds can be used in combination. The halogenated hydrocarbon may be used after being mixed with the above organic compound, or a mixed solvent with the organic solvent may be used as a solvent in the electrolytic solution.
前記電解重合法に用いられる電解液には、電解重合される有機化合物(例えば、ピロール)およびトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む。この電解液を用いて電解重合を行うことにより、電解伸縮において1酸化還元サイクル当たりの伸縮率及び/または特定時間あたりの変位率が優れた導電性高分子を得ることができる。上記電解重合により、トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンが導電性高分子に取り込まれることになる。 The electrolytic solution used for the electrolytic polymerization method includes an organic compound (for example, pyrrole) to be electropolymerized and a trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom. By conducting electrolytic polymerization using this electrolytic solution, it is possible to obtain a conductive polymer excellent in the expansion / contraction rate per one oxidation-reduction cycle and / or the displacement rate per specific time in electrolytic expansion / contraction. By the electrolytic polymerization, trifluoromethanesulfonic acid ions and / or anions containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom are taken into the conductive polymer.
前記トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、電解液中に0.1〜30重量%含まれるのが好ましく、1〜15重量%含まれるのがより好ましい。 The content of the anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the trifluoromethanesulfonate ion and / or the central atom is not particularly limited, but is 0.1 to 30% by weight in the electrolyte. Preferably, it is contained in an amount of 1 to 15% by weight.
トリフルオロメタンスルホン酸イオンは、化学式CF3SO3 −で表される化合物である。また、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、ホウ素、リン、アンチモン及びヒ素等の中心原子に複数のフッ素原子が結合をした構造を有している。中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンとしては、特に限定されるものではないが、テトラフルオロホウ酸イオン(BF4 −)、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF6 −)、ヘキサフルオロアンチモン酸イオン(SbF6 −)、及びヘキサフルオロヒ酸イオン(AsF6 −)を例示することができる。なかでも、CF3SO3 −、BF4 −及びPF6 −が人体等に対する安全性を考慮すると好ましく、CF3SO3 −及びBF4 −がより好ましい。膜質の優れた導電性高分子膜を得るためにCF3SO3 ―が特に好ましい。前記の中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、1種類のアニオンを用いても良く、複数種のアニオンを同時に用いても良く、さらには、トリフルオロメタンスルホン酸イオンと複数種の中心原子に対しフッ素原子を複数含むアニオンとを同時に用いても良い。 Trifluoromethanesulfonate ion is a compound represented by the chemical formula CF 3 SO 3 — . An anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom has a structure in which a plurality of fluorine atoms are bonded to a central atom such as boron, phosphorus, antimony and arsenic. The anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom is not particularly limited, but includes tetrafluoroborate ion (BF 4 − ), hexafluorophosphate ion (PF 6 − ), hexafluoroantimonate ion. (SbF 6 − ) and hexafluoroarsenate ion (AsF 6 − ) can be exemplified. Among these, CF 3 SO 3 − , BF 4 − and PF 6 − are preferable in consideration of safety to the human body and the like, and CF 3 SO 3 − and BF 4 − are more preferable. In order to obtain a conductive polymer film having excellent film quality, CF 3 SO 3 — is particularly preferable. As the anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom, one kind of anion may be used, or a plurality of kinds of anions may be used simultaneously. Furthermore, a trifluoromethanesulfonate ion and a plurality of kinds of central atoms may be used. Alternatively, an anion containing a plurality of fluorine atoms may be used simultaneously.
前記電解重合法に用いられる電解液には、前記有機化合物溶媒と前記トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンとの溶液中に、導電性高分子の単量体を含み、さらにポリエチレングリコールやポリアクリルアミドなどの公知のその他の添加剤を含むこともできる。 The electrolytic solution used in the electrolytic polymerization method includes a single amount of a conductive polymer in a solution of the organic compound solvent and the trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to a central atom. And may contain other known additives such as polyethylene glycol and polyacrylamide.
前記電解重合法は、導電性高分子単量体の電解重合として、公知の電解重合方法を用いることが可能であり、定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれをも用いることができる。例えは、前記電解重合は、電流密度0.01〜20mA/cm2、反応温度−70〜80℃、好ましくは電流密度0.1〜2mA/cm2、反応温度−30〜30℃の条件下で行うことができる。 As the electropolymerization method, a known electropolymerization method can be used as the electropolymerization of the conductive polymer monomer, and any of a constant potential method, a constant current method, and an electric sweep method can be used. . For example, the electrolytic polymerization is performed under the conditions of a current density of 0.01 to 20 mA / cm 2 and a reaction temperature of −70 to 80 ° C., preferably a current density of 0.1 to 2 mA / cm 2 and a reaction temperature of −30 to 30 ° C. Can be done.
前記駆動部は、導電性高分子が含まれる他に、駆動部としての抵抗値を低下させるために、金属線や導電性酸化物などの導電性材料を適宜含むことができる。また、導電率が1.0×103S/cm以上である導電性基体と複合化させることにより、導電性基体と導電性高分子との複合構造体としてもよい。 In addition to the conductive polymer being included, the driving unit may appropriately include a conductive material such as a metal wire or a conductive oxide in order to reduce the resistance value as the driving unit. Alternatively, a composite structure of a conductive substrate and a conductive polymer may be formed by combining with a conductive substrate having an electric conductivity of 1.0 × 10 3 S / cm or more.
前記導電性基体としては、前記導電性基体が伸縮性を有し、前記導電性基体の導電率が1.0×103S/cm以上であれば特に限定されるものではない。前記導電性基体の導電率が1.0×103S/cm以上であることにより、前記導電性基体を含む導電性高分子複合構造体のサイズを大きくしても、アクチュエータとして実用可能である大きな伸縮を得ることが可能となる。 The conductive substrate is not particularly limited as long as the conductive substrate has elasticity and the conductivity of the conductive substrate is 1.0 × 10 3 S / cm or more. When the conductivity of the conductive substrate is 1.0 × 10 3 S / cm or more, even if the size of the conductive polymer composite structure including the conductive substrate is increased, it is practical as an actuator. Large expansion and contraction can be obtained.
前記導電性基体は、伸縮性を発揮し、導電率が1.0×103S/cm以上であれば、材質が特に限定されるものではない。前記材質は、導電性及び機械的強度の面から見て、金属、金属メッキした高分子繊維、及び炭素材料であることが好ましい。前記導電性基体の構造は、導電性基体が金属等の非伸縮性の材料を含むことによって導電率1.0×103S/cm以上の導電性を有する場合には、伸縮可能な構造とすることが好ましい。導電性基体が伸縮可能であることにより、導電性基体が導電性高分子と複合化された導電性高分子複合構造体は、アクチュエータとして実用可能な伸縮等の変位を得ることができる。また、前記導電性高分子複合構造体は、導電性基体が前記導電性高分子複合構造体において芯材としても機能し得ることから、機械的強度も向上できる。 The material of the conductive substrate is not particularly limited as long as it exhibits stretchability and the conductivity is 1.0 × 10 3 S / cm or more. The material is preferably a metal, a metal-plated polymer fiber, and a carbon material in terms of conductivity and mechanical strength. The structure of the conductive substrate is a structure that can expand and contract when the conductive substrate includes a non-stretchable material such as metal and has a conductivity of 1.0 × 10 3 S / cm or more. It is preferable to do. Since the conductive substrate can be expanded and contracted, the conductive polymer composite structure in which the conductive substrate is combined with the conductive polymer can obtain a displacement such as expansion and contraction that can be used as an actuator. The conductive polymer composite structure can also improve mechanical strength because the conductive substrate can function as a core material in the conductive polymer composite structure.
前記伸縮可能な構造は、伸縮可能であれば特に限定されるものではない。前記伸縮可能な構造は、板状や直線線分状の構造と異なり、コイル型ばね、板ばね及びメッシュの様に縦断面において導電性基体を構成する部材間に空間を有する構造を備えた構造であることが好ましい。前記伸縮可能な構造としては、バネ状部材、網目状部材、繊維構造シートを代表的に例示することができる。 The stretchable structure is not particularly limited as long as it can be stretched. The stretchable structure is different from a plate-like or straight line-segmented structure, and has a structure having a space between members constituting a conductive substrate in a longitudinal section like a coil spring, a leaf spring, and a mesh. It is preferable that Typical examples of the stretchable structure include spring-like members, mesh-like members, and fiber structure sheets.
(支持体)
本願の第一及び第二の発明の駆動機構における支持体は、前記駆動部が掛架できるものであって、2つ以上の複数個が駆動機構に備えてあれば特に限定されるものではない。前記支持体の形状は、棒状であるが、無端帯状またはリング状である前記駆動部が掛架できるものであれば、棒状、筒状、円柱状や角柱状等の所望の形状とすることができる。
(Support)
The support in the drive mechanism of the first and second inventions of the present application is not particularly limited as long as the drive unit can be hung, and two or more of the supports are provided in the drive mechanism. . The shape of the support is a rod shape, but may be a desired shape such as a rod shape, a cylindrical shape, a columnar shape, a prismatic shape, etc., as long as the drive unit can be hung on an endless belt shape or a ring shape. it can.
これらの図においては、前記支持体は、導電性を有し、リードを介して電源と接続されることにより、当該支持体に導電性高分子を含む駆動部が掛架されることで、当該駆動部に電圧を印加することができる。しかし、前記支持体は、必ずしも導電性を有する必要がなく、前記支持体が導電性を有さない場合には、前記駆動部に電源に接続されたリードを直接接続することで、前記駆動部に電圧を印加することが可能となる。前記支持体が導電性を有する場合には、導電性を示す材料を含むことで導電性を示すものであればよく、例えば、金、白金、タングステン、ニッケルであってもよく、表面にこれらの材料が形成されているものでも良い。前記支持体が複数設置されている場合には、各支持体から電位を与えることができるので、駆動部が長い場合には、伸縮速度を向上させることができ、特に50mm以上長さの駆動部である場合には、支持体間の間隔を50mm以内にして、各支持体に電位を与えることにより伸縮速度の向上を図ることができる。 In these drawings, the support has conductivity, and is connected to a power source through a lead, so that a drive unit including a conductive polymer is hung on the support. A voltage can be applied to the drive unit. However, the support does not necessarily have conductivity, and when the support does not have conductivity, a lead connected to a power source is directly connected to the drive unit, so that the drive unit It is possible to apply a voltage to. In the case where the support has conductivity, any material that exhibits conductivity by including a material exhibiting conductivity may be used. For example, gold, platinum, tungsten, or nickel may be used. The material may be formed. When a plurality of the supports are installed, a potential can be applied from each support. Therefore, when the drive unit is long, the expansion / contraction speed can be improved, and in particular, the drive unit having a length of 50 mm or more. In such a case, it is possible to improve the expansion / contraction speed by applying an electric potential to each support within the interval between the supports within 50 mm.
前記支持体は、駆動機構中に2つ以上複数含んでいれば良く、特に個数が限定されるものではない。前記支持体は、駆動部が張架されるので、2本以上であることが好ましい。前記支持体は、一つの駆動部が2つの支持体に張架されても良く、3つ以上の支持体に張架されてもよい。また、前記支持体は、1つの支持体に2つ以上の駆動部が張架されても良い。また、前記駆動機構において、駆動部を支持体に張架するために、前記駆動部を押圧若しくは牽引するための、ピン等の補助支持体を用いることができる。 The number of the supports is not particularly limited as long as two or more supports are included in the drive mechanism. Since the drive unit is stretched, the support is preferably two or more. In the support, one drive unit may be stretched between two supports, or may be stretched between three or more supports. Moreover, the said support body may stretch two or more drive parts on one support body. Moreover, in the said drive mechanism, in order to stretch a drive part on a support body, auxiliary support bodies, such as a pin for pressing or pulling the said drive part, can be used.
図1〜図9においてはリード線及び電源が明示されてないが、前記支持体は、導電性を有し、リードを介して電源と接続されることにより、当該支持体に導電性高分子を含む駆動部が掛架されることで、当該駆動部に電圧を印加することができる。しかし、前記支持体は、必ずしも導電性を有する必要がなく、前記支持体が導電性を有さない場合には、前記駆動部に電源に接続されたリードを直接接続することで、前記駆動部に電圧を印加することが可能となる。 Although the lead wire and the power source are not clearly shown in FIGS. 1 to 9, the support has conductivity, and the conductive polymer is attached to the support by being connected to the power source through the lead. A voltage can be applied to the said drive part by hanging the drive part including. However, the support does not necessarily have conductivity, and when the support does not have conductivity, a lead connected to a power source is directly connected to the drive unit, so that the drive unit It is possible to apply a voltage to.
(電解質)
第一及び第二の発明の駆動機構は、駆動部に導電性高分子を含む場合には電解質を含む。前記電解質は、通常の導電性高分子を駆動部とするアクチュエータと同様に、駆動部と接するように配置され、駆動部と対極とが電解質を介するように配置されていればよい。前記電解質は、特に限定されるものではなく、液状であってもよく、固体電解質でもよい。前記電解質が液状である場合には、水溶媒であっても、有機溶媒であっても良いが、毒性が低く揮発する速度が比較的遅いために取り扱いが容易であり、大きな伸縮を得ることができるため、水溶媒であることが好ましい。前記電解液が固体電解質である場合には、ゲル高分子電解質であっても完全固体高分子電解質であってもよいが、電解質中のイオン伝導度が大きいためにゲル高分子電解質が好ましい。前記ゲル高分子電解質に用いるゲルとしては、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、寒天などを用いることが、水溶液電解質と複合させ、容易にゲル高分子電解質を調製できるので好ましい。前記電解質は、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオン及び炭素数3以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも1以上選ばれた化合物を含む電解質とすることが、導電性高分子を含む駆動部が1酸化還元サイクル当たりのさらに大きな伸縮を生じることが可能となるので、好ましい。
(Electrolytes)
The drive mechanisms of the first and second inventions include an electrolyte when the drive unit includes a conductive polymer. The electrolyte may be disposed so as to be in contact with the drive unit, and the drive unit and the counter electrode may be disposed via the electrolyte, similarly to an actuator using a normal conductive polymer as the drive unit. The electrolyte is not particularly limited, and may be a liquid or a solid electrolyte. When the electrolyte is in a liquid state, it may be an aqueous solvent or an organic solvent, but it is easy to handle because it is low in toxicity and has a relatively low volatilization rate, and can be greatly stretched. Since it can do, it is preferable that it is a water solvent. When the electrolytic solution is a solid electrolyte, it may be a gel polymer electrolyte or a completely solid polymer electrolyte, but a gel polymer electrolyte is preferred because of its high ionic conductivity in the electrolyte. As the gel used for the gel polymer electrolyte, polyacrylamide, polyethylene glycol, agar or the like is preferably used because it can be easily combined with an aqueous electrolyte to prepare a gel polymer electrolyte. The electrolyte may be an electrolyte containing at least one compound selected from the group consisting of a trifluoromethanesulfonate ion, an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to a central atom, and a sulfonate having 3 or less carbon atoms. This is preferable because the driving unit including the conductive polymer can generate a larger expansion and contraction per one oxidation-reduction cycle.
(対極)
本願の第一及び第二の発明の駆動機構は、駆動部に導電性高分子を含む場合には対極を含む。前記対極は、通常の導電性高分子を駆動部とするアクチュエータと同様に、電解質と接するように配置され、駆動部と対極とが電解質を介するように配置されていればよい。前記対極としては、電極として用いることができる導電性材料で形成されているものであれば、形状が特に限定されるものではなく、棒状、線状、膜状及び板状であっても良い。また、前記対極の材質は、特に限定されるものではなく、種類として金、白金等の貴金属を含む金属であっても良く、導電性樹脂やITOガラス等の導電性非金属であっても良いが、腐食しにくくて加工が容易なことから貴金属であることが好ましく、白金または金であることがより好ましい。
(Counter electrode)
The drive mechanisms of the first and second inventions of the present application include a counter electrode when the drive unit includes a conductive polymer. The said counter electrode should just be arrange | positioned so that a drive part and a counter electrode may interpose electrolyte like the actuator which uses a normal electroconductive polymer as a drive part, and is arrange | positioned. The shape of the counter electrode is not particularly limited as long as it is formed of a conductive material that can be used as an electrode, and may be a rod shape, a line shape, a film shape, or a plate shape. Moreover, the material of the said counter electrode is not specifically limited, The metal containing noble metals, such as gold | metal | money and platinum, may be sufficient as a kind, and electroconductive nonmetals, such as conductive resin and ITO glass, may be sufficient as it. However, since it is difficult to corrode and is easy to process, it is preferably a noble metal, more preferably platinum or gold.
(界面活性剤)
また、本願発明の駆動機構において、電解質中に界面活性剤を含むことが好ましい。前記駆動部が駆動することにより、上述の補助支持体や連結部材等のような駆動部と接する部材がある場合には、前記の電解質中に界面活性剤を含むことにより、駆動部の駆動が回摺する場合であっても、駆動部と接する部材と接触部付近における駆動部の摩耗を防止することができる。
(Surfactant)
In the drive mechanism of the present invention, it is preferable that the electrolyte contains a surfactant. When there is a member in contact with the driving unit such as the above-mentioned auxiliary support member or connecting member by driving the driving unit, the driving unit can be driven by including a surfactant in the electrolyte. Even in the case of rolling, it is possible to prevent the member in contact with the drive unit and the drive unit from being worn near the contact unit.
前記界面活性剤としては、特に限定されるものではなく、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤や両性イオン型界面活性剤などを用いることができるが、イオン的に中性の界面活性剤を用いることがドーパントとの相互作用を生じることが少ないので好ましい。前記界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレン(8)イソオクチルフェニルエーテル(商品名「トリトン X−114」、和光純薬社製)、ポリオキシエチレン(10)イソオクチルフェニルエーテル(商品名「トリトン X−100」、アルドリッチ社製)を用いることができる。 The surfactant is not particularly limited, and anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, zwitterionic surfactants, and the like can be used. It is preferable to use a neutral surfactant because it hardly causes interaction with the dopant. Examples of the surfactant include polyoxyethylene (8) isooctyl phenyl ether (trade name “Triton X-114”, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), polyoxyethylene (10) isooctyl phenyl ether (trade name “ Triton X-100 "(manufactured by Aldrich) can be used.
前記界面活性剤は、電解質中に含まれれば、特に濃度が限定されるものではなく、界面活性剤の種類に応じて適宜濃度調整することができる。例えば、界面活性剤として、ポリオキシエチレン(8)イソオクチルフェニルエーテルを用いた場合には、0.1重量%〜50重量%の濃度範囲で電解質中に含むことができ、駆動部の表面に対する配向が小さい界面活性剤を用いる場合には含有量を前記範囲よりも大きくすることができる。なお、前記電解質は、特に限定されるものではないが、ゲル状または液状の電解質であることが好ましい。 The concentration of the surfactant is not particularly limited as long as it is contained in the electrolyte, and the concentration can be appropriately adjusted according to the type of the surfactant. For example, when polyoxyethylene (8) isooctyl phenyl ether is used as the surfactant, it can be contained in the electrolyte in a concentration range of 0.1 wt% to 50 wt%, and can be contained in the surface of the drive unit. In the case of using a surfactant having a small orientation, the content can be made larger than the above range. The electrolyte is not particularly limited, but is preferably a gel or liquid electrolyte.
(駆動方法)
また、本願発明は、上記の第一乃至第二の発明の駆動機構を駆動させる駆動方法でもある。特に、駆動部が導電性高分子を含む場合において、電解伸縮により最大の伸縮率が8%以上である導電性高分子を材料として含んで、駆動時における前記駆動部の伸縮率を最大の伸縮率の50%以下となるように駆動部を伸縮させるアクチュエータの駆動方法を用いることが、所望の長さの変位をより短時間の駆動で得ることができるので、好ましい。前記伸縮率とは、伸長した状態の駆動部の長さ(L)に対する伸長した状態から収縮した状態へ変位した際の駆動部の長さの差(変位量、D)の割合(D/L×100(%))をいい、最大の伸縮率とは、最も伸長した状態の駆動部の長さ(Lmin)に対する最も伸長した状態から最も収縮した状態に変位した際の駆動部の長さの差(変位量、Dmax)の割合(Dmax/Lmin×100(%))をいう。
(Driving method)
The present invention is also a driving method for driving the driving mechanism of the first to second inventions. In particular, when the driving unit includes a conductive polymer, the material includes a conductive polymer having a maximum expansion rate of 8% or more by electrolytic expansion and contraction, and the expansion rate of the driving unit during driving is maximized. It is preferable to use a driving method of an actuator that expands and contracts the driving unit so that the ratio is 50% or less because a desired length of displacement can be obtained in a shorter time. The expansion / contraction rate is the ratio (D / L) of the difference (displacement amount, D) of the length of the drive unit when displaced from the extended state to the contracted state with respect to the length (L) of the drive unit in the extended state. × 100 (%)), and the maximum expansion / contraction rate is the length of the drive unit when displaced from the most extended state to the most contracted state with respect to the length (Lmin) of the drive unit in the most extended state. The ratio (Dmax / Lmin × 100 (%)) of the difference (displacement amount, Dmax).
例えば、最大の伸縮率が12%である電気化学的な伸縮をする導電性高分子(短冊状、長さ14mm、幅2mm、厚さ0.02mm)について、−0.7V vs Ag/Ag+の電圧を印加した場合において、この導電性高分子は、最大の伸縮率(12%)の62.5%である伸縮率(7.5%)の伸縮をさせるのに、駆動開始から80秒を要する。これに対し、この導電性高分子において、最大の伸縮率(12%)の50%である伸縮率(6%)の伸縮は、駆動開始から20秒で行うことができるので、短時間で大きな伸縮を行うことができる。さらに、前記の50%である伸縮率(6%)を、30%である伸縮率(4%)とすることで、伸縮に要する時間が7秒とすることができるので、アクチュエータの駆動時における前記駆動部の伸縮率を最大の伸縮率の30%以下となるように前記駆動部を伸縮させる駆動方法は、より短時間に伸縮するので実用的用途に好適に用いることができる。
For example, for a conductive polymer (strip shape,
最大の伸縮率よりも小さな伸縮率で駆動部を駆動させることがより短時間で行われることの要因としては、電解伸縮での最大の伸縮率が8%以上である導電性高分子は、最大の伸縮率が1〜3%の電解伸縮である導電性高分子に比べて、電解質中のイオンを出し入れしやすい構造であることが考えられる。そのために伸縮する際の初期のイオンの出し入れが早く、伸縮が大きくなるにつれて導電性高分子中のイオン占有量が増えて、又は減少してイオン反発等によりイオン出入速度が低下することが考えられる。 As a factor that the drive unit is driven in a shorter time than the maximum expansion / contraction rate, the conductive polymer having a maximum expansion / contraction rate of 8% or more in electrolytic expansion / contraction is the maximum. It can be considered that the structure has a structure in which ions in the electrolyte are easily taken in and out as compared with a conductive polymer which is electrolytic expansion and contraction with a stretch ratio of 1 to 3%. Therefore, the initial ion entry / exit at the time of expansion / contraction is fast, and as the expansion / contraction increases, the ion occupation amount in the conductive polymer increases or decreases, and it is considered that the ion input / output speed decreases due to ion repulsion or the like. .
上記駆動方法においては、上述の最大伸縮率が12%である導電性高分子においては、駆動開始20秒後での単位時間当たりの伸縮率が0.3%/sであるのに対し、駆動開始10秒後での単位時間当たりの伸縮率が約0.47%/sであり、駆動時間が短いほど単位時間当たりの伸縮率が短くなる。つまり、上記駆動方法においては、所望の伸縮長さを得るためには、駆動部を構成する導電性高分子(駆動体)の長さを長くすることにより、(1)従来の伸縮量よりも長い伸縮量を得ることができ、(2)さらに、所望の伸縮長さが最大の伸縮率よりも50%以下となるような導電性高分子(駆動体)の長さである場合には速い駆動をさせることができる。伸縮率が大きく、さらに速い伸縮をする駆動をする駆動機構は、ロボットや義手などの実用的用途として有利であるために、各種装置の駆動装置等に好適である。 In the above driving method, in the conductive polymer having the maximum expansion / contraction rate of 12%, the expansion / contraction rate per unit time 20 seconds after the start of driving is 0.3% / s. The expansion / contraction rate per unit time 10 seconds after the start is about 0.47% / s, and the expansion / contraction rate per unit time becomes shorter as the driving time is shorter. That is, in the above driving method, in order to obtain a desired expansion / contraction length, the length of the conductive polymer (driving body) constituting the driving unit is lengthened, so that (1) the conventional expansion / contraction amount is increased. (2) Furthermore, when the length of the conductive polymer (driving body) is such that the desired expansion / contraction length is 50% or less than the maximum expansion / contraction rate, it is fast. It can be driven. A drive mechanism that has a large expansion / contraction rate and that performs a quick expansion / contraction operation is advantageous for practical applications such as robots and artificial hands, and is therefore suitable for drive devices of various devices.
(用途)
上記の第一及び第二の発明における駆動機構は、より大きな伸縮率を得ることが容易であるので、変位が小さくても用いることができるスイッチやセンサー等の用途以外に、変位が大きい用途である人工筋肉としても好適に用いることがでる。つまり、本発明の駆動機構は、変位が小さい用途にしか用いることができなかった導電性高分子を含む駆動機構を、人工筋肉等の変位が大きな用途へと用途拡大を図ることができる。また、第一の発明及び第二の発明は、リードに緩衝機能を有するリードを用いてもよい。前記駆動機構は、リニアアクチュエータとして用いることも可能であり、駆動装置や押圧装置として用いることができる。前記駆動機構において駆動部の1酸化還元サイクルあたりの伸縮率が3%以上である場合には、シャフトが3%以上伸縮して、駆動機構として3%以上の伸縮を得ることができ、人工筋肉等の変位が大きな用途へと用途に好適に用いることができる。本発明の駆動機構は、電気により導電性高分子が駆動する駆動機構であるので、駆動時に無音であるために、室内用途装置における駆動部または押圧部として好適である。また、前記駆動機構は、金属部品が少ないために従来のリニアアクチュエータに比べて軽量であるので、位置決め装置、姿勢制御装置、昇降装置、搬送装置、移動装置、調節装置、調整装置、誘導装置並びに関節装置の駆動部として好適に用いることができる。
(Use)
Since the drive mechanism in the first and second inventions can easily obtain a larger expansion / contraction rate, it can be used in applications where displacement is large in addition to applications such as switches and sensors that can be used even if displacement is small. It can also be suitably used as a certain artificial muscle. That is, the drive mechanism of the present invention can be used for a drive mechanism including a conductive polymer, which could only be used for applications with small displacements, for applications with large displacements of artificial muscles and the like. In the first and second inventions, a lead having a buffer function may be used. The drive mechanism can also be used as a linear actuator, and can be used as a drive device or a pressing device. In the driving mechanism, when the expansion / contraction rate per oxidation-reduction cycle of the driving unit is 3% or more, the shaft can expand and contract by 3% or more, and the driving mechanism can obtain 3% or more expansion and contraction. For example, it can be suitably used for applications that have large displacements. Since the drive mechanism of the present invention is a drive mechanism in which a conductive polymer is driven by electricity, and is silent during driving, it is suitable as a driving unit or a pressing unit in an indoor application device. In addition, the drive mechanism is lighter than conventional linear actuators due to fewer metal parts, so that the positioning device, the attitude control device, the lifting device, the transport device, the moving device, the adjusting device, the adjusting device, the guiding device, It can be suitably used as a drive unit for a joint device.
上記の第一の発明及び第二の発明の駆動機構は、人工筋肉として用いるためには、前記駆動部の伸縮率が、駆動機構としての大きな伸縮を得ることができるために、1酸化還元サイクル当たりの3%以上、より好ましくは6%以上であることが好ましい。 In order to use the drive mechanism of the first invention and the second invention as an artificial muscle, the expansion / contraction ratio of the drive unit can obtain a large expansion / contraction as the drive mechanism. It is preferably 3% or more, more preferably 6% or more.
上記の本願発明の駆動機構は、人工筋肉、ロボットアームや義手に好適に使用することができる。また、マイクロサージェリー技術におけるピンセット、ハサミ、鉗子、スネア、レーザメス、スパチュラ、クリップなどの医療器具、検査や補修等を行う各種センサー若しくは補修用工具など、健康器具、湿度計、湿度計コントロール装置、ソフトマニュピュレーター、水中バルブ、ソフト運搬装置などの工業用機器、金魚などの水中モービル、または動く釣り餌や推進ヒレなどのホビー用品などの水中で用いられる物品についても好適に使用することができる。 The drive mechanism of the present invention can be suitably used for artificial muscles, robot arms, and artificial hands. In addition, medical instruments such as tweezers, scissors, forceps, snare, laser knife, spatula, and clips in microsurgery technology, various sensors or repair tools for inspection and repair, health instruments, hygrometers, hygrometer control devices, It can also be suitably used for articles used in water such as industrial equipment such as soft manipulators, underwater valves, and soft transport devices, underwater mobiles such as goldfish, or hobby equipment such as moving fishing baits and propeller fins. .
また、上記の本願発明の駆動機構は、OA機器、アンテナ、ベッドや椅子等の人を乗せる装置、医療機器、エンジン、光学機器、固定具、サイドトリマ、車両、昇降器械、食品加工装置、清掃装置、測定機器、検査機器、制御機器、工作機械、加工機械、電子機器、電子顕微鏡、電気かみそり、電動歯ブラシ、マニピュレータ、マスト、遊戯装置、アミューズメント機器、乗車用シミュレーション装置、車両乗員の押さえ装置及び航空機用付属装備展張装置において、直線的な駆動力を発生する駆動部若しくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作若しくは曲線的な動作をする押圧部として好適に用いることができる。前記駆動機構及び駆動機構は、例えば、OA機器や測定機器等の上記機器等を含む機械全般に用いられる弁、ブレーキ及びロック装置において、直線的な駆動力を発生する駆動部もしくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作をする押圧部として用いることができる。また、前記の装置、機器、器械等以外においても、機械機器類全般において、位置決め装置の駆動部、姿勢制御装置の駆動部、昇降装置の駆動部、搬送装置の駆動部、移動装置の駆動部、量や方向等の調節装置の駆動部、軸等の調整装置の駆動部、誘導装置の駆動部、及び押圧装置の押圧部として好適に用いることができる。また、上記の本願発明の駆動機構及び駆動機構は、関節装置における駆動部として、関節中間部材等の直接駆動可能な関節部または関節に回転運動を与える駆動部に好適に用いることができる。 In addition, the drive mechanism of the present invention described above is an OA device, an antenna, a device on which a person such as a bed or a chair is placed, a medical device, an engine, an optical device, a fixture, a side trimmer, a vehicle, a lifting device, a food processing device, a cleaning device. Device, measuring device, inspection device, control device, machine tool, processing machine, electronic device, electron microscope, electric shaver, electric toothbrush, manipulator, mast, game device, amusement device, riding simulation device, vehicle occupant pressing device and In an aircraft accessory equipment expansion device, a driving unit that generates a linear driving force or a driving unit that generates a driving force for moving a track-type orbit made of a circular arc, or a linear or curvilinear operation It can use suitably as a press part which performs. The drive mechanism and the drive mechanism include, for example, a drive unit or a circular arc unit that generates a linear drive force in a valve, a brake, and a lock device that are used in all machines including the above-described devices such as OA devices and measurement devices. It can be used as a driving unit that generates a driving force for moving a track-type track or a pressing unit that performs a linear operation. In addition to the above-mentioned devices, devices, instruments, etc., in general mechanical devices, a positioning device drive unit, a posture control device drive unit, a lifting device drive unit, a transport device drive unit, and a movement device drive unit It can be suitably used as a drive unit for an adjustment device such as an amount and a direction, a drive unit for an adjustment device such as a shaft, a drive unit for a guidance device, and a pressing unit for a pressing device. Moreover, the drive mechanism and drive mechanism of the present invention described above can be suitably used as a drive part in a joint device, such as a joint part that can be directly driven, such as a joint intermediate member, or a drive part that gives a rotational motion to the joint.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、CAD用プリンター等のインクジェットプリンターにおけるインクジェット部分の駆動部、プリンターの前記光ビームの光軸方向を変位させる駆動部、外部記憶装置等のディスクドライブ装置のヘッド駆動部、並びに、プリンタ、複写機及びファックスを含む画像形成装置の給紙装置における紙の押圧接触力調整手段の駆動部として好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention includes, for example, a drive unit for an inkjet part in an inkjet printer such as a CAD printer, a drive unit for displacing the optical axis direction of the light beam of the printer, and a head of a disk drive device such as an external storage device It can be suitably used as a drive unit and a drive unit for paper pressing contact force adjusting means in a paper feeding device of an image forming apparatus including a printer, a copier, and a fax machine.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、電波天文用の周波数共用アンテナ等の高周波数給電部を第2焦点へ移動させるなどの測定部や給電部の移動設置させる駆動機構の駆動部、並びに、車両搭載圧空作動伸縮マスト(テレスコーピングマスト)等のマストやアンテナにおけるリフト機構の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above is, for example, a measurement unit such as a high frequency power supply unit such as a frequency sharing antenna for radio astronomy, or a drive unit of a drive mechanism that moves and installs the power supply unit, and It can be suitably used for a drive unit of a lift mechanism in a mast such as a vehicle-mounted pneumatic operation mast (telescoping mast) or an antenna.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、椅子状のマッサージ機のマッサージ部の駆動部、介護用又は医療用ベッドの駆動部、電動リクライニング椅子の姿勢制御装置の駆動部、マッサージ機や安楽椅子等に用いられるリクライニングチェアのバックレスト・オットマンの起倒動自在にする伸縮ロッドの駆動部、椅子や介護用ベッド等における背もたれやレッグレスト等の人を乗せる家具における可倒式の椅子の背もたれやレッグレスト或いは介護用ベッドの寝台の旋回駆動等に用いられる駆動部、並びに、起立椅子の姿勢制御のため駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the invention of the present application includes, for example, a drive unit of a massage unit of a chair-shaped massage machine, a drive unit of a nursing care or medical bed, a drive unit of a posture control device of an electric reclining chair, a massage machine, an easy chair, etc. Recliner backrest / Ottoman retractable rod drive unit used for stool, chair backrest, legrest, etc. It can be suitably used for a drive unit used for turning driving of a bed of a rest or a bed for nursing care, and a drive unit for posture control of a standing chair.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、検査装置の駆動部、体外血液治療装置等に用いられている血圧等の圧力測定装置の駆動部、カテーテル、内視鏡装置や鉗子等の駆動部、超音波を用いた白内障手術装置の駆動部、顎運動装置等の運動装置の駆動部、病弱者用ホイストのシャシの部材を相対的に伸縮させる手段の駆動部、並びに、介護用ベッドの昇降、移動や姿勢制御等のための駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the invention of the present application includes, for example, a drive unit of a testing device, a drive unit of a pressure measuring device such as a blood pressure used in an extracorporeal blood treatment device, a drive unit of a catheter, an endoscope device, forceps, etc. Driving unit of cataract surgery device using ultrasound, driving unit of exercise device such as jaw movement device, driving unit of means for relatively expanding and contracting member of hoist for sick person, and raising and lowering of care bed, It can be suitably used for a drive unit for movement, posture control, and the like.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、エンジン等の振動発生部からフレーム等の振動受部へ伝達される振動を減衰させる防振装置の駆動部、内燃機関の吸排気弁のための動弁装置の駆動部、エンジンの燃料制御装置の駆動部、並びにディーゼルエンジン等のエンジンの燃料供給装置の駆動部として好適に用いることができる。 The drive mechanism according to the present invention includes, for example, a drive unit for a vibration isolator that attenuates vibration transmitted from a vibration generating unit such as an engine to a vibration receiving unit such as a frame, and a valve for an intake and exhaust valve of an internal combustion engine. It can be suitably used as a drive unit for a device, a drive unit for an engine fuel control device, and a drive unit for an engine fuel supply device such as a diesel engine.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部、家庭用ビデオカメラレンズ等のレンズ駆動機構の駆動部、スチルカメラやビデオカメラ等の光学機器の移動レンズ群を駆動する機構の駆動部、カメラのオートフォーカス部の駆動部、カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置に用いられるレンズ鏡筒の駆動部、光学望遠鏡の光を取り込むオートガイダの駆動部、立体視カメラや双眼鏡等の2光学系を有する光学装置のレンズ駆動機構または鏡筒の駆動部、光通信、光情報処理や光計測等に用いられるファイバ型波長可変フィルタの波長変換のファイバに圧縮力を与える駆動部若しくは押圧部、光軸合せ装置の駆動部、並びに、カメラのシャッタ機構の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above includes, for example, a drive unit of a calibration device of an image pickup apparatus with a camera shake correction function, a drive unit of a lens drive mechanism such as a home video camera lens, and a moving lens of an optical device such as a still camera or a video camera. Driving unit of mechanism for driving the group, driving unit of camera autofocus unit, driving unit of lens barrel used in imaging device such as camera, video camera, driving unit of auto guider for taking in light of optical telescope, stereoscopic camera Compressive force is applied to the wavelength conversion fiber of the lens-type wavelength tunable filter used for the lens drive mechanism of the optical device having two optical systems such as the binoculars or the like or the drive unit of the lens barrel, optical communication, optical information processing or optical measurement. It can be suitably used for a drive unit or a pressing unit, a drive unit of an optical axis alignment device, and a drive unit of a shutter mechanism of a camera.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、ホース金具をホース本体にカシメ固定する等の固定具の押圧部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above can be suitably used, for example, for a pressing portion of a fixture such as caulking and fixing a hose fitting to a hose body.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、自動車のサスペンションの巻ばね等の駆動部、車両のフューエルフィラーリッドを解錠するフューエルフィラーリッドオープナーの駆動部、ブルドーザーブレードの伸張及び引っ込みの駆動の駆動部、自動車用変速機の変速比を自動的に切り替える為やクラッチを自動的に断接させる為の駆動装置の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above includes, for example, a drive unit such as a winding spring of an automobile suspension, a drive unit of a fuel filler lid opener that unlocks a fuel filler lid of a vehicle, and a drive unit of a bulldozer blade extension and retraction drive It can be suitably used for a drive unit of a drive device for automatically switching the gear ratio of an automobile transmission or for automatically connecting and disconnecting a clutch.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、座板昇降装置付車椅子の昇降装置の駆動部、段差解消用昇降機の駆動部、昇降移載装置の駆動部、医療用ベッド、電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、介護用ベッド、昇降テーブル、CTスキャナ、トラックのキャビンチルト装置、リフター等や各種昇降機械装置の昇降用の駆動部、並びに重量物搬送用特殊車両の積み卸し装置の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above is, for example, a drive unit of a lift device of a wheelchair with a seat plate lift device, a drive unit of a lift for eliminating a step, a drive unit of a lift transfer device, a medical bed, an electric bed, an electric table, Suitable for motorized chairs, nursing beds, lift tables, CT scanners, truck cabin tilt devices, lifters and other drive units for lifts, and drive units for heavy vehicle transport special vehicles Can be used.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、食品加工装置の食材吐出用ノズル装置等の吐出量調整機構の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention can be suitably used for, for example, a drive unit of a discharge amount adjusting mechanism such as a food discharge nozzle device of a food processing apparatus.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、清掃装置の台車や清掃部等の昇降等の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above can be suitably used for a drive unit such as a carriage or a cleaning unit of a cleaning device.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、面の形状を測定する3次元測定装置の測定部の駆動部、ステージ装置の駆動部、タイヤの動作特性を検知システム等のセンサー部分の駆動部、力センサーの衝撃応答の評価装置の初速を与える装置の駆動部、孔内透水試験装置を含む装置のピストンシリンダのピストン駆動装置の駆動部、集光追尾式発電装置における仰角方向へ動かすための駆動部、気体の濃度測定装置を含む測定装置のサファイアレーザー発振波長切替機構のチューニングミラーの振動装置の駆動部、プリント基板の検査装置や液晶、PDPなどのフラットパネルディスプレイの検査装置においてアライメントを必要とする場合にXYθテーブルの駆動部、電子ビーム(Eビーム)システム又はフォーカストイオンビーム(FIB)システムなどの荷電粒子ビームシステム等において用いる調節可能なアパーチャー装置の駆動部、平面度測定器における測定対象の支持装置若しくは検出部の駆動部、並びに、微細デバイスの組立をはじめ、半導体露光装置や半導体検査装置、3次元形状測定装置などの精密位置決め装置の駆動部に好適に使用できる。 The drive mechanism of the present invention described above includes, for example, a drive unit of a measurement unit of a three-dimensional measurement apparatus that measures the shape of a surface, a drive unit of a stage device, a drive unit of a sensor part such as a detection system for a tire operating characteristic, The drive unit for the device that gives the initial speed of the device for evaluating the impact response of the sensor, the drive unit for the piston drive device of the piston cylinder of the device including the in-hole water permeability test device, and the drive unit for moving in the elevation angle direction in the concentrating tracking power generator Alignment is required in the drive unit of the tuning mirror vibration device of the sapphire laser oscillation wavelength switching mechanism of the measurement device including the gas concentration measurement device, the inspection device of the printed circuit board, and the flat panel display inspection device such as liquid crystal and PDP. XYθ table drive unit, electron beam (E beam) system or focused ion beam (FIB) Adjustable aperture device drive unit used in charged particle beam systems such as stems, support device or drive unit of measurement target in flatness measuring instrument, and assembly of micro devices, semiconductor exposure devices and semiconductors It can be suitably used for a driving unit of a precision positioning device such as an inspection device or a three-dimensional shape measuring device.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、電気かみそりの駆動部、並びに、電動歯ブラシの駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention can be suitably used for, for example, an electric razor drive unit and an electric toothbrush drive unit.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、三次元物体の撮像デバイス或いはCD、DVD共用の読み出し光学系の焦点深度調整用デバイスの駆動部、複数の駆動機構によって駆動対象面を能動曲面としてその形状を変形させることによって所望の曲面を近似的に形成して焦点位置を容易に可変できる可変ミラーの駆動部、光ピックアップ等の磁気ヘッドの少なくとも一方を有する移動ユニットを直線移動させることが可能なディスク装置の駆動部、リニアテープストレージシステム等の磁気テープヘッド駆動機構アセンブリのヘッド送り機構の駆動部、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどに適用される画像形成装置の駆動部、磁気ヘッド部材等の搭載部材の駆動部、集束レンズ群を光軸方向に駆動制御する光ディスク原盤露光装置の駆動部、光ヘッドを駆動するヘッド駆動手段の駆動部、記録媒体に対する情報の記録又は記録媒体に記録された情報の再生を行う情報記録再生装置の駆動部、並びに、回路しゃ断器(配電用回路しゃ断器)の開閉操作の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above is, for example, a three-dimensional object imaging device or a drive unit of a read depth optical system shared by CD and DVD, a drive target surface as an active curved surface by a plurality of drive mechanisms, and its shape A disk capable of linearly moving a moving unit having at least one of a magnetic head such as a variable mirror driving unit and an optical pickup that can easily change the focal position by forming a desired curved surface approximately by deforming Drive unit of device, drive unit of head feeding mechanism of magnetic tape head drive mechanism assembly such as linear tape storage system, drive unit of image forming apparatus applied to electrophotographic copying machine, printer, facsimile, etc., magnetic head member Optical disc master exposure that controls the drive of the mounting member such as the focusing lens group in the optical axis direction Drive unit, a drive unit of a head drive unit that drives an optical head, a drive unit of an information recording / reproducing apparatus that records information on a recording medium or reproduces information recorded on the recording medium, and a circuit breaker (power distribution) The circuit breaker can be suitably used as a drive unit for opening and closing operations.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、ゴム組成物のプレス成形加硫装置の駆動部、移送される部品について単列・単層化や所定の姿勢への整列をさせる部品整列装置の駆動部、圧縮成形装置の駆動部、溶着装置の保持機構の駆動部、製袋充填包装機の駆動部、マシニングセンタ等の工作機械や射出成形機やプレス機等の成形機械等の駆動部、印刷装置、塗装装置やラッカ吹き付け装置等の流体塗布装置の駆動部、カムシャフト等を製造する製造装置の駆動部、覆工材の吊上げ装置の駆動部、無杼織機における房耳規制体等の駆動装置、タフティング機の針駆動システム、ルーパー駆動システム、およびナイフ駆動システム等の駆動部、カム研削盤や超精密加工部品等の部品の研磨を行う研磨装置の駆動部、織機における綜絖枠の制動装置の駆動部、織機における緯糸挿通のための経糸の開口部を形成する開口装置の駆動部、半導体基板等の保護シート剥離装置の駆動部、通糸装置の駆動部、CRT用電子銃の組立装置の駆動部、衣料用縁飾り、テーブルクロスやシートカバー等に用途をもつトーションレースを製造するためのトーションレース機におけるシフターフォーク駆動選択リニア制御装置の駆動部、アニールウィンドウ駆動装置の水平移動機構の駆動部、ガラス溶融窯フォアハースの支持アームの駆動部、カラー受像管の蛍光面形成方法等の露光装置のラックを進退動させる駆動部、ボールボンディング装置のトーチアームの駆動部、ボンディングヘッドのXY方向への駆動部、チップ部品のマウントやプローブを使った測定などにおける部品の実装工程や測定検査工程の駆動部、基板洗浄装置の洗浄具支持体の昇降駆動部、ガラス基板を走査される検出ヘッドを進退させる駆動部、パターンを基板上に転写する露光装置の位置決め装置の駆動部、精密加工などの分野においけるサブミクロンのオーダで微小位置決め装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングツールの計測装置の位置決め装置の駆動部、導体回路素子や液晶表示素子等の回路デバイスをリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光装置及び走査露光露光装置に好適なステージ装置の位置決めのための駆動部、ワーク等の搬送あるいは位置決め等の手段の駆動部、レチクルステージやウエハステージ等の位置決めや搬送のための駆動部、チャンバ内の精密位置決めステージ装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングシステムでのワークピースまたは半導体ウェーハの位置決め装置の駆動部、半導体のステッパー装置の駆動部、加工機械の導入ステーション内に正確に位置決めする装置の駆動部、NC機械やマシニングセンター等の工作機械等またはIC業界のステッパーに代表される各種機器用のパッシブ除振及びアクティブ除振の除振装置の駆動部、半導体素子や液晶表示素子製造のリソグラフィ工程に使用されるの露光装置等において光ビーム走査装置の基準格子板を前記光ビームの光軸方向に変位させる駆動部、並びに、コンベヤの横断方向に物品処理ユニット内へ移送する移送装置の駆動部に好適に使用できる。 The drive mechanism of the invention of the present application includes, for example, a drive unit of a rubber composition press molding vulcanizing device, a drive unit of a component aligning device that aligns a transferred component into a single row / single layer and a predetermined posture , A drive unit of a compression molding device, a drive unit of a holding mechanism of a welding device, a drive unit of a bag making filling and packaging machine, a drive unit of a machine tool such as a machining center, a molding machine such as an injection molding machine or a press machine, a printing device, Driving unit for fluid application devices such as painting devices and lacquer spraying devices, driving unit for manufacturing devices for manufacturing camshafts, etc., driving unit for lifting devices for lining materials, driving devices such as tufted ear regulators in non-woven looms, Needle drive system of tufting machine, looper drive system, knife drive system, etc., drive unit of polishing device that polishes parts such as cam grinder and ultra-precision machined parts, brake device of hook frame in loom Of a moving part, a driving part of an opening device for forming an opening part of a warp for inserting a weft in a loom, a driving part of a protective sheet peeling device such as a semiconductor substrate, a driving part of a threading device, and an assembly device of an electron gun for CRT Drive unit of shifter fork drive selection linear control device and drive of horizontal movement mechanism of annealing window drive device in torsion race machine for manufacturing torsion race with application to drive unit, clothing decoration, table cloth and seat cover etc. , Glass melting furnace fore Haas support arm drive unit, drive unit for advancing / retracting the rack of the exposure apparatus such as the fluorescent screen forming method of the color picture tube, the drive unit of the torch arm of the ball bonding apparatus, and the bonding head in the XY direction Drive of components, mounting of chip components and driving of components in measurement using probes, etc. Moving part, raising / lowering driving part of the cleaning tool support of the substrate cleaning apparatus, driving part for moving the detection head scanned on the glass substrate forward / backward, driving part of the positioning apparatus of the exposure apparatus for transferring the pattern onto the substrate, precision processing, etc. Used when manufacturing circuit devices such as conductor circuit elements and liquid crystal display devices in the sub-micron order in the field, driving units for micro-positioning devices, positioning units for chemical mechanical polishing tool measuring devices, and conductor circuit elements and liquid crystal display elements. A driving unit for positioning a stage device suitable for an exposure apparatus and a scanning exposure exposure apparatus, a driving unit for means for conveying or positioning a workpiece, a driving unit for positioning and conveying a reticle stage, a wafer stage, etc. Drive part of precision positioning stage device in chamber, work piece in chemical mechanical polishing system For drive units of positioning devices for semiconductors or semiconductor wafers, drive units for semiconductor stepper devices, drive units for devices that position accurately in processing machine introduction stations, machine tools such as NC machines and machining centers, etc. or steppers in the IC industry A reference grating plate for a light beam scanning device is used in a drive unit of a passive vibration isolation device for various types of representative devices and an active vibration isolation device, an exposure device used in a lithography process for manufacturing semiconductor elements and liquid crystal display elements, etc. It can be suitably used for a drive unit that displaces the light beam in the optical axis direction and a drive unit of a transfer device that transfers the light beam into the article processing unit in the transverse direction of the conveyor.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、電子顕微鏡等の走査プローブ顕微鏡のプローブの位置決め装置の駆動部、並びに、電子顕微鏡用試料微動装置の位置決め等の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above can be suitably used for, for example, a drive unit for a probe positioning device of a scanning probe microscope such as an electron microscope and a drive unit for positioning a sample micro-movement device for an electron microscope.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、自動溶接ロボット、産業用ロボットや介護用ロボットを含むロボットまたはマニピュレータにおけるロボットアームの手首等に代表される関節機構の駆動部、直接駆動型以外の関節の駆動部、ロボットの指のそのもの、ロボット等のハンドとして使用されるスライド開閉式チャック装置の運動変換機構の駆動部、細胞微小操作や微小部品の組立作業等において微小な対象物を任意の状態に操作するためのマイクロマニピュレータの駆動部、開閉可能な複数のフィンガーを有する電動義手等の義肢の駆動部、ハンドリング用ロボットの駆動部、補装具の駆動部、並びにパワースーツの駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above is, for example, an automatic welding robot, a robot including an industrial robot or a nursing robot, or a joint mechanism represented by a wrist of a robot arm in a manipulator, a joint of a joint other than the direct drive type The drive part, the finger of the robot itself, the drive part of the motion conversion mechanism of the slide opening and closing chuck device used as the hand of the robot, etc., the minute object in any state in the cell micro operation or the assembly work of the micro parts, etc. It is suitably used for a drive unit of a micromanipulator for operation, a drive unit of a prosthesis such as an electric prosthesis having a plurality of fingers that can be opened and closed, a drive unit of a handling robot, a drive unit of a prosthesis, and a drive unit of a power suit be able to.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、サイドトリマの上回転刃又は下回転刃等を押圧する装置の押圧部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention can be suitably used for, for example, a pressing portion of a device that presses the upper rotating blade or the lower rotating blade of the side trimmer.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、パチンコ等の遊戯装置における役物等の駆動部、人形やペットロボット等のアミューズメント機器の駆動部、並びに、乗車用シミュレーション装置のシミュレーション装置の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above is suitable for, for example, a drive unit for an accessory in a game machine such as a pachinko machine, a drive unit for an amusement device such as a doll or a pet robot, and a drive unit for a simulation device for a boarding simulation device. Can be used.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、上記機器等を含む機械全般に用いられる弁の駆動部に用いることができ、例えば、蒸発ヘリウムガスの再液化装置の弁の駆動部、ベローズ式の感圧制御弁の駆動部、綜絖枠を駆動する開口装置の駆動部、真空ゲート弁の駆動部、液圧システム用のソレノイド動作型制御バルブの駆動部、ピボットレバーを用いる運動伝達装置を組み込んだバルブの駆動部、ロケットの可動ノズルのバルブの駆動部、サックバックバルブの駆動部、並びに、調圧弁部の駆動部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above can be used for, for example, a valve drive unit used in all machines including the above devices, etc., for example, a valve drive unit of an evaporative helium gas reliquefaction device, a bellows type feeling A valve incorporating a pressure control valve drive unit, an opening device drive unit for driving the eaves frame, a vacuum gate valve drive unit, a solenoid operation type control valve drive unit for a hydraulic system, and a motion transmission device using a pivot lever The drive unit of the rocket, the valve drive unit of the movable nozzle of the rocket, the drive unit of the suck back valve, and the drive unit of the pressure regulating valve unit can be suitably used.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、上記機器等を含む機械全般に用いられるブレーキの押圧部として用いることができ、例えば、非常用、保安用、停留用等のブレーキやエレベータのブレーキに用いて好適な制動装置の押圧部、並びに、ブレーキ構造もしくはブレーキシステムの押圧部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above can be used as, for example, a brake pressing portion used in machines including the above devices, and is used, for example, for emergency, security, stopping, etc. brakes and elevator brakes. It can be preferably used for a pressing portion of a braking device and a pressing portion of a brake structure or a brake system.
上記の本願発明の駆動機構は、例えば、上記機器等を含む機械全般に用いられるロック装置の押圧部として用いることができ、例えば、機械的ロック装置の押圧部、車両用ステアリングロック装置の押圧部、並びに、負荷制限機構及び結合解除機構を合わせ持つ動力伝達装置の押圧部に好適に用いることができる。 The drive mechanism of the present invention described above can be used as, for example, a pressing portion of a locking device used in all machines including the above-described devices. For example, a pressing portion of a mechanical locking device, a pressing portion of a vehicle steering lock device In addition, it can be suitably used for a pressing portion of a power transmission device having both a load limiting mechanism and a coupling release mechanism.
本願の第一乃至第二の発明の駆動機構は、支持体に掛架することで容易に固定化することができ、特に駆動部を複層構造とした場合であっても各層に同じテンションをかけることができるので、大きな発生力をえる駆動機構として好適である。また、前記駆動機構は、駆動部が支持体に掛架され、各駆動部が独立で駆動することができるので、複雑な構造に用いることができ、空間的なスペースが狭い場合や人体のような複雑な動きをする構造体とするのに好適である。 The drive mechanism of the first or second invention of the present application can be easily fixed by hanging on the support, and even when the drive unit has a multilayer structure, the same tension is applied to each layer. Since it can be applied, it is suitable as a drive mechanism for obtaining a large generated force. In addition, the drive mechanism can be used for a complicated structure because the drive unit is suspended on a support and each drive unit can be driven independently, such as when the spatial space is narrow or the human body It is suitable for a structure having a complicated movement.
上述のように本願の第一及び第二の発明の駆動機構は、容易に固定することができ、また、電気により導電性高分子が駆動するアクチュエータであるので、駆動時に無音であるために、室内用途装置における駆動部または押圧部として好適である。また、前記駆動機構は、金属部品が少ないために従来のリニアアクチュエータに比べて軽量であるので、この軽量という性質を専ら利用することにより位置決め装置、姿勢制御装置、昇降装置、搬送装置、移動装置、調節装置、調整装置、誘導装置並びに関節装置の駆動部として用いることで、軽量化が図れるので、好適に用いることができる。 As described above, the drive mechanism of the first and second inventions of the present application can be easily fixed, and since the conductive polymer is driven by electricity, it is silent during driving. It is suitable as a drive part or a pressing part in an indoor application device. Further, since the drive mechanism is lighter than conventional linear actuators due to fewer metal parts, a positioning device, a posture control device, a lifting device, a transport device, and a moving device can be used exclusively by utilizing this light weight property. Since it can be reduced in weight by using it as a drive unit for an adjustment device, an adjustment device, a guidance device, and a joint device, it can be suitably used.
1 駆動機構
11 台
121、122 支持体
131、132 摺動溝
14 駆動部
151、152 握部
221、223 支持体
222、224 支持体
231、232 駆動部
31 第一部材
32 第二部材
33 止めビス
34 駆動部
35、36 支持体
37、38 補助支持体
41 第一部材
42 第二部材
43 止めビス
44 駆動部
451、452 支持体
461、462 支持体
51、53 駆動部
521、522 支持体
524、525 支持体
523 補助支持体
54 中節骨部
55、57 関節部、
56 末節骨部
61 筐体
62 ハウジング
63 ロッド
641 アーム
65 可動支持体
661、662 摺動溝
67 駆動部
691、692 補助支持体
70 蓋
711、712、713、714 ピポット軸受け
72 バネ部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
56
Claims (16)
前記ハウジングが前記駆動部、前記駆動部取付用支持体、及び補助支持体を備え、
前記筐体に可動支持体が取付けられ、
前記駆動部が前記駆動部取付用支持体、前記補助支持体及び前記可動支持体に掛けられ、
前記ハウジングが前記可動支持体と摺動する摺動溝を備え、
前記ハウジングがロッドを備えることを特徴とする請求項10乃至請求項13のいずれかに記載の駆動機構。 The housing includes a housing,
The housing includes the drive unit, the drive unit mounting support, and an auxiliary support.
A movable support is attached to the housing,
The drive unit is hung on the drive unit mounting support, the auxiliary support and the movable support,
The housing includes a sliding groove that slides with the movable support,
The drive mechanism according to claim 10, wherein the housing includes a rod.
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