JP2005088669A - 高分子アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 通電による導電性高分子材料の軸方向の収縮力を径方向の強い収縮力に効果的に変換し得る高分子アクチュエータを提供する。
【解決手段】 自動車のサスペンション装置のスタビライザー１１のアーム部１２の外周に締め付けカラー４２を配置し、その内周面に固定した摩擦部材４３をアーム部１２の外周面に対向させる。電圧を加えることで伸縮する糸状の導電性高分子材料を筒状に織った導電性高分子ネット４４で締め付けカラー４２の外周を覆い、導電性高分子材料への通電により導電性高分子ネット４４を径方向に収縮させて締め付けカラー４２を縮径させ、摩擦部材４３をアーム部１２に接触させて回転を抑制する。各々の導電性高分子材料の軸方向の収縮力を導電性高分子ネット４４により径方向の強い収縮力に変換することで、締め付けカラー４２を締め付けて径方向に強く収縮させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、通電による導電性高分子材料の軸方向の収縮力を径方向の収縮力に変換する高分子アクチュエータに関する。

コイルスプリングの外周を電解質部を挟んで導電性高分子材料で覆って導電性高分子チューブを構成し、この導電性高分子チューブの導電性高分子材料および電解質部間に電圧を加えることで、導電性高分子チューブをコイルスプリングの軸線に沿う方向に伸縮させて高分子アクチュエータとしての機能を発揮させるものが、下記特許文献１の図７に記載されている。
特開２０００−１３３８５４号公報

ところで、１本の導電性高分子チューブが発生可能な軸方向の収縮力には限りがあるため、より強い軸方向の収縮力を得るために多数の導電性高分子チューブを束ねて使用することが考えられる。しかしながら、上記導電性高分子チューブの収縮力を利用して、回転運動する部材や往復運動する部材の外周面を径方向に締め付けて拘束する高分子アクチュエータを構成する場合、その導電性高分子チューブを単に束ねるだけでは軸方向の収縮力を径方向の収縮力に変換することは困難である。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、通電による導電性高分子材料の軸方向の収縮力を径方向の強い収縮力に効果的に変換し得る高分子アクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電圧を加えることで伸縮する糸状の導電性高分子材料を織って筒状にした導電性高分子ネットで縮径部材の外周を覆い、導電性高分子材料への通電により導電性高分子ネットを収縮させて縮径部材を径方向に収縮させることを特徴する高分子アクチュエータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、縮径部材の内周に軸線まわりに回転する回転部材を嵌合させ、縮径部材の径方向の収縮により回転部材の回転を制動することを特徴する高分子アクチュエータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記回転部材は、自動車のサスペンション装置のスタビライザーであることを特徴する高分子アクチュエータが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、縮径部材の内周に軸線方向に摺動する摺動部材を嵌合させ、縮径部材の径方向の収縮により摺動部材の摺動を制動することを特徴する高分子アクチュエータが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記摺動部材は、自動車のサスペンション装置のダンパーのピストンロッドあるいはシリンダであることを特徴する高分子アクチュエータが提案される。

尚、実施例のスタビライザー１１は本発明の回転部材に対応し、実施例の締め付けカラー４２は本発明の縮径部材に対応し、実施例の摺動ロッド６６およびピストンロッド８３は本発明の摺動部材に対応する。

請求項１の構成によれば、電圧を加えることで伸縮する糸状の導電性高分子材料を織って筒状にした導電性高分子ネットで縮径部材の外周を覆って高分子アクチュエータを構成したので、各々の導電性高分子材料の軸方向の収縮力を導電性高分子ネットにより径方向の強い収縮力に変換し、縮径部材を締め付けて径方向に強く収縮させることができる。また導電性高分子材料は低い電圧で作動するので電力消費量が小さいだけでなく、作動の応答性が極めて高く、しかも低騒音で作動可能である。

請求項２の構成によれば、縮径部材の内周に軸線まわりに回転する回転部材を嵌合させたので、縮径部材を径方向に収縮させることで回転部材の回転を確実に制動することができる。

請求項３の構成によれば、自動車のサスペンション装置のスタビライザーを縮径部材で締め付けて回転を制動するので、スタビライザーの捩れの大きさを任意に調整することができる。

請求項４の構成によれば、縮径部材の内周に軸線方向に摺動する摺動部材を嵌合させたので、縮径部材を径方向に収縮させることで摺動部材の摺動を確実に制動することができる。

請求項５の構成によれば、自動車のサスペンション装置のダンパーのピストンロッドあるいはシリンダを縮径部材で締め付けて摺動を制動するので、ダンパーの減衰力の大きさを任意に調整することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１は自動車のサスペンション装置のスタビライザーの斜視図、図２は導電性高分子チューブの構造を示す図、図３は図１の３−３線拡大断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５−５線断面図、図６は図３の６−６線断面図である。

図１に示すように、自動車のサスペンション装置のスタビライザー１１は、左右の車輪を支持するナックル等に外端を接続されて、車輪の上下動に伴って揺動する左右一対のアーム部１２，１２と、左右のアーム部１２，１２の内端に左右両外端を接続されたトーションバー部１３とに３分割されており、それらの接続部の近傍にアーム部１２，１２の内端の回転に制動力を与えてスタビライザー１１の機能を制限するための左右一対の制動手段１４，１４が設けられる。

図２に示すように、細い金属線をコイル状に巻いたコイル部材３１を導電性高分子材料３２で覆うことにより、制動手段１４の高分子アクチュエータに使用する導電性高分子チューブ３３を構成する。導電性高分子材料３２をコイル部材３１と一体化することで、その径方向の伸縮を抑制して軸方向の伸縮を促進することができる。

この導電性高分子チューブ３３の導電性高分子材料３２は、例えばポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンおよびこれらの誘導体のうちの一種、あるいは複数種の混合物で構成される。導電性高分子材料３２を電解液に浸し、導電性高分子材料３２および電解液にそれぞれプラス電位およびマイナス電位を与えると、導電性高分子材料３２に電解液中のマイナスイオンが吸収されて膨張し、逆に導電性高分子材料３２および電解液にそれぞれマイナス電位およびプラス電位を与えると、導電性高分子材料３２から電解液中のマイナスイオンが放出されて収縮する性質がある。このとき、僅かに１Ｖ〜３Ｖの電圧を加えるだけで導電性高分子材料３２は１５％程度の伸縮率と２２ＭＰａ程度の出力を発生することができ、かつ０．２秒程度の応答時間で伸長状態および収縮状態を切り替えることができる。

次に、図３〜図６に基づいて制動手段１４の構造を説明する。左右の制動手段１４，１４の構造は車体中心面に対して鏡面対称であるため、その代表として左側の制動手段１４の構造を説明する。

制動手段１４を車体１５に支持する上側取付ブラケット１６および下側取付ブラケット１７は、それぞれ円弧状の支持部１６ａ，１７ａと、支持部１６ａ，１７ａから鉛直方向に延びる第１フランジ１６ｂ，１７ｂと、支持部１６ａ，１７ａから水平方向に延びる第２フランジ１６ｃ，１６ｃ；１７ｃ，１７ｃとを備えており、上側取付ブラケット１６の第２フランジ１６ｃ，１６ｃと下側取付ブラケット１７の第２フランジ１７ｃ，１７ｃとが重ね合わされて２本のボルト１８，１８で車体１５に固定される。

上側取付ブラケット１６および下側取付ブラケット１７の支持部１６ａ，１７ａは組み合わされて環状になっており、その内側に合成樹脂製のカラー１９が支持される。カラー１９の内部に回転自在に嵌合するスタビライザー１１のアーム部１２の内端に、トーションバー部１３の一方の外端がスプライン嵌合してピン２０で抜け止めされる。これにより、スタビライザー１１のアーム部１２とトーションバー部１３とが相対回転不能に結合され、車輪の上下動に伴うアーム部１２の揺動によってトーションバー部１３が捩じり変形する。

制動手段１４はアーム部１２の外周に緩く嵌合する概略円筒状のケーシング３５を備えており、ケーシング３５の端部に設けたフランジ３５ａ，３５ａを２本のボルト２２，２２で上側取付ブラケット１６および下側取付ブラケット１７の第１フランジ１６ｂ，１７ｂに締結することで、ケーシング３５は車体１５に対して固定される。

ケーシング３５と一体の第１端板３４の貫通孔３４ａと、ケーシング３５に固定された第２端板３６の貫通孔３６ａとに、軸線Ｌ１上に配置されたアーム部１２がそれぞれシール部材３７，３８を介して摺動自在に貫通する。第１端板３４の内面に接する第１トルクプレート３９と、第２端板３６の内面に接する第２トルクプレート４０とがケーシング３５の内周面にスプライン嵌合しており、第１、第２トルクプレート３９，４０間に薄い円筒状のコンプレッションカラー４１が嵌合することで、第１、第２トルクプレート３９，４０の間隔が規制される。

第１、第２端板３４，３６に挟まれるように軸線Ｌ１上に配置された締め付けカラー４２は、その内周面に固定した摩擦部材４３がアーム部１２の外周面に僅かな隙間を介して対向する。締め付けカラー４２には軸線Ｌ１と平行に延びる割り溝４２ａが形成されており、この割り溝４２ａを介して締め付けカラー４２を縮径させることで、摩擦部材４３をアーム部１２の外周面に接触させることができる。締め付けカラー４２の両端部は第１、第２トルクプレート３９，４０の内周面に凸部３９ａ，４０ａおよび凹部４２ｂ，４２ｂを介して係合しており、締め付けカラー４２の縮径を許容しながら締め付けカラー４２の回転を規制している。

前記導電性高分子チューブ３３…を筒状に織った導電性高分子ネット４４が締め付けカラー４２の外周に嵌合しており、その両端内周と締め付けカラー４２との間にゴム製の緩衝部材４５，４５を介在させた状態で、その外周に嵌合する固定リング４６，４６をかしめることで導電性高分子ネット４４が締め付けカラー４２に固定される。導電性高分子ネット４４の各導電性高分子チューブ３３…は、軸線Ｌ１に対して４５°傾斜した方向に配置されている。

第１、第２端板３４，３６およびケーシング３５により電解液が充填された電解液室４７が区画されており、導電性高分子ネット４４は電解液に浸っている。電解液室４７の内部に収納された円筒状の電極板４８に連なる電極線４９と、一方の固定リング４６に固定された電極線５０とが、ケーシング３５およびコンプレッションカラー４１を貫通してバッテリに接続される。

次に、上記構成を備えた第１実施例の作用を説明する。

制動手段１４の導電性高分子ネット４４をバッテリのプラス極に接続し、電極板４８をバッテリのマイナス極に接続すると、電解液中のマイナスイオンを吸収して導電性高分子チューブ３３…が伸長することで、導電性高分子ネット４４が径方向に拡開して締め付けカラー４２に対する締め付け力が解放される。その結果、締め付けカラー４２の内周面に設けた摩擦部材４３がアーム部１２の外周面から離れることでアーム部１２に対する制動力が解除され、車輪の上下動に応じてアーム部１２が自由に揺動してスタビライザー１１の機能が発揮される。

またスタビライザー１１の機能を制限したい場合には、制動手段１４の導電性高分子ネット４４をバッテリのマイナス極に接続し、電極板４８をバッテリのプラス極に接続すると、導電性高分子チューブ３３…がマイナスイオンを電解液中に放出して収縮することで、導電性高分子ネット４４が縮径して締め付けカラー４２を締め付ける。その結果、締め付けカラー４２が割り溝４２ａの作用で縮径して摩擦部材４３がアーム部１２の外周面に当接することで、アーム部１２に制動力が作用してトーションバー部１３の捩れ変形が抑制される。

このようにしてスタビライザー１１のトーションバー部１３の捩れ変形が抑制されると、左右のアーム部１２，１２が独立したばねとなり、その機能で左右の懸架ばねの機能を補助することで該懸架ばねを小型化することができるだけでなく、左右の制動手段１４，１４の制動力を別個に制御することで左右のばね定数を任意に設定することができる。

導電性高分子ネット４４を構成する多数の導電性高分子チューブ３３…は軸線Ｌ１に対して傾斜する方向に延びているため、導電性高分子ネット４４は軸線Ｌ１方向および径方向の両方に収縮しようとするが、軸線Ｌ１方向の収縮が固定リング４６，４６で拘束されていることで、径方向の収縮が促進されて締め付けカラー４２を効果的に縮径させることができる。

このように、制動手段１４に導電性高分子ネット４４を有する高分子アクチュエータを採用し、かつ制動手段１４をスタビライザー１１のアーム部１２と同軸に配置したので、そのコンパクト化を図って他部材との干渉を容易に回避することができる。また導電性高分子チューブ３３…は１Ｖ〜３Ｖの極めて低い電圧で作動可能であるために消費電力が小さく、しかも騒音を発生しないので静粛な作動が可能である。

図７〜図１０は本発明の第２実施例を示すもので、図７は自動車のサスペンション装置のスタビライザーの斜視図、図８は図７の８−８線拡大断面図（図９の８−８線断面図）、図９は図８の９−９線断面図、図１０はアーム部の支持構造の分解斜視図である。

第１実施例ではスタビライザー１１のアーム部１２の回転運動を制動手段１４で直接制動しているが、第２実施例ではアーム部１２の回転運動を往復運動に変換し、その往復運動を制動手段１４で制動している。第２実施例の制動手段１４の構造は第１実施例の制動手段１４の構造と実質的に同じであり、第１実施例の部材に対応する部材に第１実施例と同じ符号を付すことで、重複する説明を省略する。

第２実施例のスタビライザー１１は左右のアーム部１２，１２と中央のトーションバー部１３とが一部材で構成されており、アーム部１２，１２およびトーションバー部１３の境界部の近傍に左右の制動手段１４，１４が設けられる。左右の制動手段１４，１４の構造は車体中心面に対して鏡面対称であるため、その代表として右側の制動手段１４の構造を説明する。

スタビライザー１１の外周に嵌合する円筒状のゴムブッシュ６１は厚肉の下半部６１ａと薄肉の上半部６１ｂとを有しており、下半部６１ａの内周面はスタビライザー１１の外周面に密着し、上半部６１ｂの内周面とスタビライザー１１の外周面との間に、半割円筒状の連結部材６２が嵌合し、ピン６３でスタビライザー１１に一体に結合される。ゴムブッシュ６１の下半部６１ａは車体１５に形成した円弧溝１５ａに嵌合し、上半部６１ｂは車体１５に２本のボルト６４，６４で締結されたホルダ６５で固定される。ゴムブッシュ６１の端部から突出する連結部材６２から上方に突出する揺動アーム６２ａの上端に、摺動ロッド６６の小径部６６ａがピン６７で枢支される。

制動手段１４は、第２端板３６に固定したステー６８を介して、車体に固定したブラケット６９にピン７０で枢支される。そして前記摺動ロッド６６の大径部６６ｂの外周面が締め付けカラー４２の摩擦部材４３の内周面に僅かな隙間を存して対向する。

しかして、制動手段１４の導電性高分子ネット４４をバッテリのプラス極に接続し、電極板４８をバッテリのマイナス極に接続すると、導電性高分子ネット４４が径方向に拡開して締め付けカラー４２に対する締め付け力が解放され、摺動ロッド６６の大径部６６ｂが軸線Ｌ２方向に自由に摺動して制動手段１４の捩れ変形を許容し、スタビライザー１１の機能を発揮させることができる。

また制動手段１４の導電性高分子ネット４４をバッテリのマイナス極に接続し、電極板４８をバッテリのプラス極に接続すると、導電性高分子ネット４４が縮径して締め付けカラー４２を締め付けることで、摺動ロッド６６の大径部６６ｂの摺動に制動力が付与される。その結果、摺動ロッド６６の小径部６６ａにピン６７で接続された連結部材６６を介してトーションバー１１の捩れ変形が抑制される。

以上のように、この第２実施例によっても、上述した第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。

次に、図１１および図１２に基づいて本発明の第３実施例を説明する。

第３実施例は制動手段１４を自動車のサスペンション装置の油圧式のダンパー８１に適用したものである。ダンパー８１は軸線Ｌ３方向に相対移動するシリンダ８２およびピストンロッド８３を備えており、シリンダ８２の下端の取付部８２ａがサスペンション装置のナックルに枢支され、ピストンロッド８３の上端の取付部８３ａが車体に枢支される。ダンパー８１の内部に収納された油圧減衰機構は周知のもので、ピストンロッド８３の下端に固定された図示せぬピストンがシリンダ８２内を摺動する際に、ピストンの上下に区画された油室に充填されたオイルがオリフィスを介して行き来することで減衰力を発生する。

このダンパー８１は、油圧による減衰力に加えて、制動手段１４が発生する制動力による減衰力を発生することができ、制動手段１４による減衰力を導電性高分子ネット４４に印加する電圧により任意に調整することで、ダンパー８１の減衰特性を変化させることが可能である。シリンダ８２の上端に収納された制動手段１４は上下摺動するピストンロッド８３を制動するもので、その構造は第２実施例の制動手段１４と同じである。図１２に示す制動手段１４の各部材の符号は、第２実施例の制動手段１４の各部材の符号に対応している。

しかして、この第３実施例の制動手段１４も、第１、第２実施例の制動手段１４と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では締め付けカラー４２を割り溝４２ａにより縮径可能にしているが、締め付けカラー４２を円周方向に複数に分割しても良い。

また実施例では導電性高分子チューブ３３…を筒状に織って導電性高分子ネット４４を構成しているが、導電性高分子チューブ３３…を平面状に織ったものを丸めて導電性高分子ネット４４を構成することも可能である。

また第３実施例ではシリンダ８２に対してピストンロッド８３を制動しているが、ピストンロッド８３に対してシリンダ８２を制動しても良い。

第１実施例に係る自動車のサスペンション装置のスタビライザーの斜視図 導電性高分子チューブの構造を示す図 図１の３−３線拡大断面図 図３の４−４線断面図 図３の５−５線断面図 図３の６−６線断面図 第２実施例に係る自動車のサスペンション装置のスタビライザーの斜視図 図７の８−８線拡大断面図（図９の８−８線断面図） 図８の９−９線断面図 アーム部の支持構造の分解斜視図 第３実施例に係る自動車のサスペンション装置のダンパーの一部破断断面図 図１１の１２部拡大図

符号の説明

１１ スタビライザー（回転部材）
３２ 導電性高分子材料
４２ 締め付けカラー（縮径部材）
４４ 導電性高分子ネット
６６ 摺動ロッド（摺動部材）
８１ ダンパー
８３ ピストンロッド（摺動部材）
Ｌ１ 軸線
Ｌ２ 軸線
Ｌ３ 軸線

Claims (5)

1. 電圧を加えることで伸縮する糸状の導電性高分子材料（３２）を織って筒状にした導電性高分子ネット（４４）で縮径部材（４２）の外周を覆い、導電性高分子材料（３２）への通電により導電性高分子ネット（４４）を収縮させて縮径部材（４２）を径方向に収縮させることを特徴する高分子アクチュエータ。
2. 縮径部材（４２）の内周に軸線（Ｌ１）まわりに回転する回転部材（１１）を嵌合させ、縮径部材（４２）の径方向の収縮により回転部材（１１）の回転を制動することを特徴する、請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
3. 前記回転部材（１１）は、自動車のサスペンション装置のスタビライザーであることを特徴する、請求項２に記載の高分子アクチュエータ。
4. 縮径部材（４２）の内周に軸線（Ｌ２，Ｌ３）方向に摺動する摺動部材（６６，８３）を嵌合させ、縮径部材（４２）の径方向の収縮により摺動部材（６６，８３）の摺動を制動することを特徴する、請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
5. 前記摺動部材（８３）は、自動車のサスペンション装置のダンパー（８１）のピストンロッドあるいはシリンダであることを特徴する、請求項４に記載の高分子アクチュエータ。
   

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