JP2016010291A - Actuator and health apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエーターおよび健康装置に関する。 The present invention relates to an actuator and a health device.
電流駆動型のアクチュエーター素子として、イオン伝導性高分子アクチュエーター(Ionic Polymer Metal Composite、IPMC。ICPF(Ionic Conducting Polymergel Film)と呼ばれる場合もある)が知られている(例えば特許文献1および2)。IPMCは、イオン交換膜(イオン導電性高分子または高分子電解質ゲル)の両面に電極を接合した接合体を含む。この電極間に電圧をかけると、陽イオンが移動し、それに伴い水分子も移動して、片面が膨張、他面が収縮する。すなわち、電圧をかけるとIPMCは屈曲する。IPMCは、柔軟、軽量、無音、小型化が容易等の特徴を有している。
As a current-driven actuator element, an ion conductive polymer actuator (Ionic Polymer Metal Composite, IPMC, sometimes called ICPF (Ionic Conducting Polymer Gel Film)) is known (for example,
特許文献1および2において、アクチュエーターは、屈曲動作しかできないという問題があった。
In
これに対し本発明は、伸縮動作が可能なアクチュエーターを提供する。 In contrast, the present invention provides an actuator capable of extending and contracting.
本発明は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極および前記第2電極で挟まれた第1イオン交換膜と、第3電極と、第4電極と、前記第3電極および前記第4電極で挟まれた第2イオン交換膜とを有し、前記第2電極および前記第3電極は、少なくとも2カ所において互いに固定されているアクチュエーターを提供する。 The present invention includes a first electrode, a second electrode, a first ion exchange membrane sandwiched between the first electrode and the second electrode, a third electrode, a fourth electrode, the third electrode, and the An actuator having a second ion exchange membrane sandwiched between fourth electrodes, wherein the second electrode and the third electrode are fixed to each other at least at two locations.
このアクチュエーターによれば、伸縮動作を行うことができる。 According to this actuator, an expansion / contraction operation can be performed.
前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および前記第4電極は、第1方向において第2方向よりも長い形状を有しており、前記第2電極および前記第3電極は、前記第1方向の両端部において互いに固定されていてもよい。 The first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode have a longer shape in the first direction than the second direction, and the second electrode and the third electrode are The both ends in the first direction may be fixed to each other.
このアクチュエーターによれば、両端部の間で伸縮動作を行うことができる。 According to this actuator, an expansion / contraction operation can be performed between both ends.
前記第2電極および前記第3電極は、全体に渡って互いに固定されていてもよい。 The second electrode and the third electrode may be fixed to each other throughout.
このアクチュエーターによれば、構造を安定させることができる。 According to this actuator, the structure can be stabilized.
前記第2電極および前記第3電極は、1枚の電極であってもよい。 The second electrode and the third electrode may be a single electrode.
このアクチュエーターによれば、第2電極および第3電極を個別に設ける場合と比較して構造を簡単にすることができる。 According to this actuator, the structure can be simplified as compared with the case where the second electrode and the third electrode are individually provided.
前記第2電極および前記第3電極は、3カ所以上において互いに固定されていてもよい。 The second electrode and the third electrode may be fixed to each other at three or more locations.
このアクチュエーターによれば、2カ所しか固定しない場合と比較して、より狭い空間で伸縮を行うことができる。 According to this actuator, it is possible to expand and contract in a narrower space than in the case where only two places are fixed.
このアクチュエーターは、第5電極と、第6電極と、前記第5電極および前記第6電極で挟まれた第3イオン交換膜とをさらに有してもよい。 The actuator may further include a fifth electrode, a sixth electrode, and a third ion exchange membrane sandwiched between the fifth electrode and the sixth electrode.
このアクチュエーターによれば、より強い力で伸縮を行うことができる。 According to this actuator, expansion and contraction can be performed with a stronger force.
また、本発明は、上記いずれかのアクチュエーターを有する健康装置を提供する。 Moreover, this invention provides the health apparatus which has one of the said actuators.
この健康装置によれば、伸縮動作を行うことができる。 According to this health device, an expansion / contraction operation can be performed.
1.IPMCの原理
図1は、IPMCアクチュエーターの断面構造を説明する図である。IPMCアクチュエーターは、イオン交換膜501と、電極502と、電極503とを有する。イオン交換膜501としては、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜のいずれを用いてもよい。陽イオン交換膜としては、例えば、スルホン基またはカルボキシル基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜、またはポリスチレンスルホン酸膜が用いられる。電極としては、例えば、白金、イリジウム、パラジウム、およびルテニウム等の貴金属、導電性高分子、または黒鉛等が用いられる。
1. Principle of IPMC FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of an IPMC actuator. The IPMC actuator includes an
IPMCアクチュエーターを動作させる際には、イオン交換膜501が含水状態である必要がある。電極502(陽極)および電極503(陰極)間に電圧を印加すると、陽イオンが陰極側に移動する。このとき、陽イオンの移動に伴って水分子もイオン交換膜501内を陰極側に移動する。水分子の移動に伴って陽極側と陰極側とで水分量に差が生じる。このとき、水分量の多い部分(陰極側)は膨張し、水分量の少ない部分(陽極側)は収縮する。すなわち、イオン交換膜501は、陽極側に屈曲する。
When operating the IPMC actuator, the
ここで、IPMCアクチュエーターの屈曲は、イオンの移動すなわち電流によって起こっている。これが「電流駆動型」の所以である。なお、電圧を印加していてもイオンの移動が止まってしまう(電流が流れなくなる)と、水分子の拡散により水分量の差は時間とともに緩和されてしまう。すなわち、イオン交換膜501の屈曲は元に戻ってしまう。
Here, bending of the IPMC actuator is caused by ion movement, that is, current. This is the reason for the “current drive type”. Note that if the movement of ions stops even when a voltage is applied (the current stops flowing), the difference in water content is relaxed with time due to the diffusion of water molecules. That is, the bending of the
2.アクチュエーター
2−1.構成例1
図2は、構成例1に係るアクチュエーター1の構成を例示する図である。アクチュエーター1は、電極11と、イオン交換膜12と、電極13と、イオン交換膜14と、電極15とを有する。電極11、イオン交換膜12、および電極13は、図1で説明したIPMCアクチュエーターの構造を有している。また、電極13、イオン交換膜14、および電極15も、図4で説明したIPMCアクチュエーターの構造を有している。すなわち、アクチュエーター1は、IPMCアクチュエーターを2枚貼り合わせたような構造を有している。
2. Actuator 2-1. Configuration example 1
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
電極11、イオン交換膜12、電極13、イオン交換膜14、および電極15は、1方向に長い形状を有している。図2の例では、縦方向に長い長方形の形状を有している。
The
図3は、アクチュエーター1の動作を例示する図である。アクチュエーター1は、電圧を印加しない状態では中立の状態である。これを基準状態という。電極15を基準として電極11に正電圧を印加すると(電極13の電位は不定)、アクチュエーター1は基準状態から電極11側に(図では左側に)屈曲する(図3(A))。電極13を基準として電極11および電極15に正電圧を印加すると、アクチュエーター1は基準状態から収縮する(図3(B))。これは、電極11、イオン交換膜12、および電極13からなるアクチュエーターと、電極13、イオン交換膜14、および電極15からなるアクチュエーターとが、それぞれ反対方向に屈曲しようとする結果、どちらにも屈曲できず、縦方向の中央部分が膨らむようになり、全体としては収縮するものである。電極11を基準として電極15に正電圧を印加すると(電極13の電位は不定)、アクチュエーター1は基準状態から電極15側に(図では右側に)屈曲する(図3(C))。
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the
アクチュエーター1によれば、基準状態から、収縮、左屈曲、および右屈曲という多彩な動作をすることができる。
According to the
なお図2の例では、2つのIPMCアクチュエーターの真ん中の電極(電極13)は単一の電極を用いたが、それぞれ2つの電極を有する第1IPMCアクチュエーターおよび第2IPMCアクチュエーターの、片方の電極同士を全面貼り付けてもよい。 In the example of FIG. 2, a single electrode is used as the middle electrode (electrode 13) of the two IPMC actuators, but one electrode of each of the first IPMC actuator and the second IPMC actuator each having two electrodes is covered over the entire surface. It may be pasted.
2−2.構成例2
図4は、構成例2に係るアクチュエーター2の断面構成を例示する図である。アクチュエーター2は、電極21と、イオン交換膜22と、電極23と、電極24と、イオン交換膜25と、電極26とを有する。電極21、イオン交換膜22、および電極23、並びに電極24、イオン交換膜25、および電極26は、それぞれ、図1で説明したIPMCアクチュエーターの構造を有している。
2-2. Configuration example 2
FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the
この例で、電極23および電極24は、2カ所で固定されている。具体的には、長手方向(図の上下方向)の両端部において互いに固定されている。この固定により、電極23および電極24は電気的にも接続されており、両者は同電位である。両端部以外の部分において、電極23および電極24は互いに固定されていない。
In this example, the
図5は、アクチュエーター2の動作を例示する図である。アクチュエーター2は、電圧を印加しない状態では、中央部すなわち電極23および電極24が固定されていない部分において、たわんだ状態となっている(図5(A))。これを基準状態という。
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the
電極23および電極24を基準として、電極21および電極26に正電圧を印加すると、アクチュエーター2は基準状態から縦方向に伸張する(図5(B))。これは、基準状態から、電極21、イオン交換膜22、および電極23からなるアクチュエーターが左に屈曲し、電極24、イオン交換膜25、および電極26からなるアクチュエーターが右に屈曲しようとする結果、中央部のたわみが解消され、全体としては伸張するものである。
When a positive voltage is applied to the
電極23および電極24を基準として、電極21および電極26に負電圧を印加すると、アクチュエーター2は基準状態から縦方向に収縮する(図5(C))。これは、基準状態から、電極21、イオン交換膜22、および電極23からなるアクチュエーターが右に屈曲し、電極24、イオン交換膜25、および電極26からなるアクチュエーターが左に屈曲しようとする結果、中央部のたわみが拡大し、全体としては収縮するものである。
When a negative voltage is applied to the
電極23および電極24を基準として、電極21に正電圧を、電極26に負電圧をそれぞれ印加すると、アクチュエーター2は基準状態から電極21側(図では左側)に屈曲する(図5(D))。また、電極23および電極24を基準として、電極21に負電圧を、電極26に正電圧をそれぞれ印加すると、アクチュエーター2は基準状態から電極26側(図では右側)に屈曲する(図5(D))。
When a positive voltage is applied to the
アクチュエーター2によれば、基準状態から、伸張、収縮、左屈曲、および右屈曲という多彩な動作をすることができる。
The
2−3.構成例3
図6は、構成例3に係るアクチュエーター3の断面構成を例示する図である。アクチュエーター3は、電極31と、イオン交換膜32と、電極33と、電極34と、イオン交換膜35と、電極36とを有する。電極31、イオン交換膜32、および電極33、並びに電極34、イオン交換膜35、および電極36は、それぞれ、図1で説明したIPMCアクチュエーターの構造を有している。
2-3. Configuration example 3
FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the actuator 3 according to Configuration Example 3. As illustrated in FIG. The actuator 3 includes an
この例で、電極33および電極34は、長手方向(図の上下方向)の両端部だけでなく、両端部以外の部分においても互いに固定されている。すなわち、電極33および電極34は、全体として3カ所以上において互いに固定されている。この例では、電極33および電極34は、ほぼ等間隔に4カ所で固定されている。アクチュエーター2と比較すると、アクチュエーター3は、収縮時の横方向の広がりを小さくすることができる。すなわち、アクチュエーター3を用いた装置をより小型化することができる。なお、アクチュエーター3の動作はアクチュエーター2と同様であるので、説明は省略する。
In this example, the electrode 33 and the
2−4.構成例4
図7は、構成例4に係るアクチュエーター4の構成を例示する図である。構成例1〜3は、図4で説明したIPMCアクチュエーターを2つ繋げた構成を有していたが、アクチュエーター4は、図4で説明したIPMCアクチュエーターを3つ以上(図の例では4つ)繋げたものである(電極およびイオン交換膜の構成の説明は省略する)。この例によれば、IPMCアクチュエーターを2つ繋げた場合よりも強い力で、収縮または伸張することができる。
2-4. Configuration example 4
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the
3.応用例
図8は、一実施形態に係る健康装置100の外観を示す図である。健康装置100は、上で説明したアクチュエーター3を用いた装置である。この例で、健康装置100は、機能回復アシストグローブである。機能回復アシストグローブとは、病気等により思い通りに動かなくなった指の運動機能を回復するためのリハビリテーションを支援するグローブである。機能回復アシストグローブは、アクチュエーターを用いてユーザーの指の伸縮を助けることにより、機能回復を支援する。
3. Application Example FIG. 8 is a diagram illustrating an appearance of a
健康装置100は、コントローラー部110と、サポーター120と、アクチュエーター部130とを有する。コントローラー部110は、アクチュエーター部130の伸縮を制御するための電源装置および駆動回路を有する。アクチュエーター部130に対して、5本の指それぞれを独立して伸縮できるよう、それぞれ個別に信号線が設けられている。
The
サポーター120は、ユーザーの手に対しコントローラー部110およびアクチュエーター部130を固定するための部位である。サポーター120は、伸縮性のある素材(例えば布)で形成されている。また、ユーザーの手のひらおよび手首を保持する形状を有している。サポーター120は、アクチュエーター部130を固定するための金具(図示略)を有している。この金具は、アクチュエーター部130との電気的な接点も兼ねており、アクチュエーター部130を固定すると同時に電気的な接続を得ることができる。アクチュエーター部130は、指毎に着脱および締め付け具合の調整が可能である。
The
図9は、アクチュエーター部130を構成する構造体131の形状を例示する図である。構造体131は、図1のIPMCアクチュエーターと同じ層構造を有している。すなわち、構造体131を2枚貼り合わせることにより、構成例1〜4で説明したアクチュエーターを得ることができる。この例では、2枚の構造体131は、後述するように長手方向の両端部だけでなく中間部でも固定され、アクチュエーター部130は、外観形状は異なるものの、アクチュエーター3(図6)と同様の構造を有している。
FIG. 9 is a diagram illustrating the shape of the
図9(A)は表面側すなわちユーザーの指と対向する面を示し、図9(B)は裏面側すなわち装着したとき外部に露出する面を示す。図9(C)は、図9(B)のC−C断面を示している。なお図9(C)では、電極134は省略している。構造体131は、表面に、電極132および電極133を有する。電極132および電極133の間には、イオン交換膜138が挟まれている。電極132、電極133、およびイオン交換膜139により、図1のIPMCアクチュエーターが形成される。なお、表面側には、さらに電極134が設けられている。電極134は、アクチュエーターの曲げ具合をセンシング(検知)するための電極であり、センサー素子を構成する。センサー素子は、例えばユーザーの指の曲げ具合が目標値に達しているかどうかを検知するために用いられる。センサー素子によるセンシング方法およびセンサー素子の駆動方法は、例えば、特開2011−223843号公報に記載されている。
FIG. 9A shows the front side, that is, the surface facing the user's finger, and FIG. 9B shows the back side, that is, the surface exposed to the outside when worn. FIG. 9C shows a CC cross section of FIG. Note that in FIG. 9C, the
構造体131は、形状としては、突起部135、136、および137を有する。これらの突起部は、構造体131を2枚、接続するときに固定される部分である。
The
図10は、アクチュエーター部130の構造を例示する図である。図9で例示した構造体131が2枚、接続されている。この図では2枚の構造体131を区別するため、構造体131Aおよび131Bと表す。構造体131の要素についても同様である。アクチュエーター3(図6)の構造との対比関係は以下のとおりである。構造体131Bの電極133Bはアクチュエーター3の電極33に相当する。構造体131Bの電極132Bはアクチュエーター3の電極31に相当する。構造体131Aの電極132Aはアクチュエーター3の電極34に相当する。構造体131Aの電極133Aはアクチュエーター3の電極36に相当する。この図は、指に装着したときに側面から見た状態を示している。例えば図の右側が指の腹側に、左側が指の背側に位置する。
FIG. 10 is a diagram illustrating the structure of the
この例では、突起部135Aおよび135B(アクチュエーター部130の下端部)、突起部136Aおよび136B(アクチュエーター部130の中間部)、並びに突起部137Aおよび137B(アクチュエーター部130の上端部)が、それぞれ固定されている。すなわちこの例で、アクチュエーター部130は、2枚のIPMCアクチュエーターが3カ所で固定されている(図6のアクチュエーター3は4カ所で固定されている)。固定には、導電性を有する接着剤またはテープが用いられる。固定した後も頻繁に曲げ伸ばしを行うので、接着剤は、接着後でも硬化しないものが望ましい。
In this example, the
この例で、アクチュエーター部130は、2枚の構造体131の他に、サック138を有する。サック138はユーザーの指先を固定するための部材である。サック138は、絶縁性と可撓性を兼ね備えた材料、例えばシリコーン樹脂で形成される。サック138は、接着剤またはテープを用いて、構造体131Aおよび131Bに対して固定される。
In this example, the
図11は、構造体131の動作を例示する図である。構造体131は、電圧を印加しない状態では中立の状態である。これを基準状態という。電極133Aを基準として電極132Aに正電圧を印加すると、構造体131Aは基準状態から電極132A側に(図では左側に)屈曲する。また、電極133Bを基準として電極132Bに負電圧を印加すると、構造体131Bは基準状態から電極133B側に(図では左側に)屈曲する。全体として、構造体131は左側に屈曲する(図11(A))。
FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of the
電極133Aを基準として電極132Aに負電圧を印加すると、構造体131Aは基準状態から電極133A側に(図では右側に)屈曲する。また、電極133Bを基準として電極132Bに正電圧を印加すると、構造体131Bは基準状態から電極132B側に(図では右側に)屈曲する。全体として、構造体131は右側に屈曲する(図11(B))。
When a negative voltage is applied to the
電極133Aを基準として電極132Aに正電圧を印加すると、構造体131Aは基準状態から電極132A側に(図では左側に)屈曲する。また、電極133Bを基準として電極132Bに正電圧を印加すると、構造体131Bは基準状態から電極132B側に(図では右側に)屈曲する。全体として、構造体131は収縮する(図11(C))。
When a positive voltage is applied to the
電極133Aを基準として電極132Aに負電圧を印加すると、構造体131Aは基準状態から電極133A側に(図では右側に)屈曲する。また、電極133Bを基準として電極132Bに負電圧を印加すると、構造体131Bは基準状態から電極133B側に(図では左側に)屈曲する。全体として、構造体131は伸張する(図11(D))。
When a negative voltage is applied to the
図12は、コントローラー部110の構成を例示する図である。コントローラー部110は、増幅器111と、サンプルホールド回路112と、比較器113と、駆動回路114とを有する。なおここでは図面を簡単にするため、単一の構造体131に対する信号系のみを示している。また、図において構造体131は形状を単純化している。
FIG. 12 is a diagram illustrating the configuration of the
増幅器111は、センサー素子からの出力信号(センサー信号)を増幅する。センサー信号は、構造体131の変位、すなわちユーザーの指の曲げ具合を示している。増幅器111は、増幅したセンサー信号をサンプルホールド回路112に出力する。
The
サンプルホールド回路112は、増幅器111からの出力信号を、指定された期間、ホールドする。
The
比較器113は、図示せぬ装置(パーソナルコンピューター等の外部装置であってもよいし、コントローラー部110自身が有するプロセッサーであってもよい)から供給される目標値信号とセンサー信号との差を示す信号を、駆動回路114に出力する。なお、目標値信号は、構造体131の変位、すなわちユーザーの指の曲げ具合の目標値を示す信号である。
The
駆動回路114は、構造体131に駆動信号を供給する。この例で、駆動回路114は、アクチュエーター部130の変位を検知する期間と、アクチュエーター部130を駆動する期間とを時分割し、重複しないようにしている。このように、変位の検知中は駆動電圧の供給を停止し、駆動電圧によるセンサー信号への影響(クロストーク)を回避している。
The
図13は、アクチュエーター部130の駆動信号を示すタイミングチャートである。同図13(A)は時分割された駆動信号を示している。図13(B)は駆動回路114の出力端子AおよびBから出力される駆動信号を示している。なお出力端子Aは電極132に、出力端子Bは電極133に、それぞれ接続されている。
FIG. 13 is a timing chart showing drive signals for the
図13(A)に示すように、1サイクルの駆動信号は、駆動期間とセンシング期間に区分される。駆動期間は、アクチュエーター部130に駆動電圧を印加する期間である。センシング期間は、電極134から出力電圧を読み込む期間である。
As shown in FIG. 13A, one cycle of the drive signal is divided into a drive period and a sensing period. The driving period is a period during which a driving voltage is applied to the
図13(B)の例で、駆動信号は、電圧レベルがアクチュエーター部130の変位を示す信号(いわゆるアナログ信号)である。比較器113の出力信号の極性は、構造体131の変位が目標値を上回っているか下回っているかを示している。例えば、出力信号の極性が正であった場合は構造体131の変位が目標値を上回っていることが、負であった場合は下回っていることが示される。また、比較器113の出力信号の大きさは、構造体131の変位と目標値との差の大小を示している。駆動回路114は、比較器113の出力信号に応じて、駆動信号を出力する。駆動信号の電圧の極性は、比較器113の出力信号の極性に応じて決められる。例えば、出力信号の極性が正であった場合は正極性の電圧が、負であった場合は負極性の電圧が出力される。また、駆動信号の電圧レベルは、比較器113の出力信号の大きさに応じて決められる。例えば、出力信号が大きいほどより高い電圧レベルの信号が出力される。
In the example of FIG. 13B, the drive signal is a signal whose voltage level indicates the displacement of the actuator unit 130 (so-called analog signal). The polarity of the output signal of the
駆動回路114がセンサー信号に与える影響を低減するため、センシング期間において、駆動回路114の出力端は高インピーダンス(HZ)状態に設定される。
In order to reduce the influence of the
1サイクルの駆動信号は、駆動期間およびセンシング期間を含むが、駆動期間とセンシング期間との順番はどちらが先でもよい。なお、駆動効率の観点から、駆動期間に対するセンシング期間の時間長の比は小さい方が好ましい。1サイクルの長さは、アクチュエーターの応答特性等に応じて定められる。このサイクルを繰り返すことによって一定時間間隔でセンシングが繰り返され、フィードバック制御が行われる。 The driving signal for one cycle includes a driving period and a sensing period, but the order of the driving period and the sensing period may be first. From the viewpoint of driving efficiency, it is preferable that the ratio of the time length of the sensing period to the driving period is small. The length of one cycle is determined according to the response characteristics of the actuator. By repeating this cycle, sensing is repeated at regular time intervals, and feedback control is performed.
なお、駆動信号はアナログ信号ではなく、デジタル信号であってもよい。すなわち、駆動回路114は、パルス幅変調(PWM)を用いて構造体131を制御してもよい。この場合、駆動信号のパルスの極性は、比較器113の出力信号の極性に応じて決められる。例えば、出力信号の極性が正であった場合は正極性のパルスが、負であった場合は負極性のパルスが用いられる。また、駆動信号のパルスの幅は、比較器113の出力信号の大きさに応じて決められる。例えば、出力信号が大きいほどより大きいパルス幅が用いられる。
The drive signal may be a digital signal instead of an analog signal. That is, the
駆動信号により構造体131の変位が制御され、センサー素子はその変位を検知する。センサー素子が検知した変位は構造体131の制御にフィードバックされる。こうして、構造体131の変位が目標値に達するように制御が行われる。
The displacement of the
図8および図9ではアクチュエーター部130がアクチュエーター3(図6)と同様の構造を有している例を説明したが、アクチュエーター部130は、アクチュエーター3以外の構造、例えば、アクチュエーター1、2、または4と同様の構造を有していてもよい。例えば、図9の構造体131において突起部136を省略し、突起部137(指の先端)および突起部135(指の根元)の2カ所で固定するようにすれば、アクチュエーター2と同様の構造となる。また、構造体131を2つではなく3つ以上用いれば、アクチュエーター4と同様の構造となる。あるいは、2枚の構造体131でユーザーの指を挟むのではなく、2枚の構造体131を貼り合わせたものを指の片面(例えば背または腹)に装着して用いれば、アクチュエーター1と同様の構造となる。
8 and 9, the example in which the
図14は、アクチュエーター部130を指Fに装着した状態を例示する図である。この例では、突起部135および136の間の部分がたわむように、ユーザーの指Fに装着する。アクチュエーターとしては、構成例2に相当する構成を有する。
FIG. 14 is a diagram illustrating a state where the
IPMCアクチュエーターは表面および裏面がいずれもほぼ全面が電極になっているので、電気的な接続は面上のどの点でもとることができる。例えば、サポーター120は、構造体131を表面および裏面の両面から挟み込み、電気的な接続を得ることができる。この場合、マジックテープ(登録商標)(面ファスナー)を用いて、サポーター120と構造体131(アクチュエーター部130)を固定してもよい。なお、サポーター120に対してアクチュエーター部130を固定する方法はこれに限られず、例えば、サポーター120に設けられた金具(例えばクリップのような形状のもの)でアクチュエーター部130を挟み込むことにより(詳細には、構造体131Aおよび131Bをそれぞれ別の金具で挟み込むことにより)、サポーター120に対してアクチュエーター部130を固定してもよい。この場合、固定と同時に電気的な接続を得ることができる。
Since the IPMC actuator has almost all electrodes on the front and back surfaces, electrical connection can be made at any point on the surface. For example, the
健康装置100によれば、伸張、収縮、左屈曲、および右屈曲という多彩な動作により、ユーザーのリハビリテーションを支援することができる。また、アクチュエーター部130は着脱が可能なので、5本の指のうち一部の指だけが機能不全である場合、その指だけにアクチュエーター部130を装着すればよい。さらに、アクチュエーター部130は装着する際の締め付け具合の調整が可能なので、ユーザーに応じて個別にカスタムメイドする必要がなく、より低コストの装置を提供することができる。
According to the
4.変形例
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち、2つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。
4). Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. Hereinafter, some modifications will be described. Two or more of the following modifications may be used in combination.
アクチュエーターは、IPMCアクチュエーターに限定されない。イオンゲルアクチュエーター、バッキーゲルアクチュエーター、および導電性高分子アクチュエーター等、IPCMアクチュエーター以外のアクチュエーターが用いられてもよい。なおイオンゲルとは、イオン液体を高分子網目構造の中に閉じ込めた高分子電解質膜をいう。バッキーゲルとは、単層カーボンナノチューブとイオン液体とをゲル化したものをいう。いずれも、ゲル膜の両面に電極を付けて電圧を印加するとゲル膜が正極側に変位する。なお、導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、またはポリチオフェンが用いられる。 The actuator is not limited to an IPMC actuator. Actuators other than IPCM actuators such as ion gel actuators, bucky gel actuators, and conductive polymer actuators may be used. The ion gel refers to a polymer electrolyte membrane in which an ionic liquid is confined in a polymer network structure. Bucky gel is a gelled single-walled carbon nanotube and ionic liquid. In either case, when a voltage is applied with electrodes attached to both sides of the gel film, the gel film is displaced to the positive electrode side. As the conductive polymer, for example, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, or polythiophene is used.
健康装置100は、機能回復アシストグローブに限定されない。肘、膝、または肩など、指以外の部位の機能回復を支援するものであってもよい。また、健康装置100は、リハビリテーションを目的とするものに限定されない。ユーザーの運動の補助を目的としたものであってもよい。
The
また、本発明に係るアクチュエーターの応用例は、健康装置に限定されない。例えば、産業用ロボットなど、健康装置以外のものに本発明に係るアクチュエーターが用いられてもよい。 Further, the application example of the actuator according to the present invention is not limited to the health device. For example, the actuator according to the present invention may be used for devices other than health devices such as industrial robots.
501…イオン交換膜、502…電極、503…電極、1…アクチュエーター、11…電極、12…イオン交換膜、13…電極、14…イオン交換膜、15…電極、2…アクチュエーター、21…電極、22…イオン交換膜、23…電極、24…電極、25…イオン交換膜、26…電極、3…アクチュエーター、31…電極、32…イオン交換膜、33…電極、34…電極、35…イオン交換膜、36…電極、4…アクチュエーター、100…健康装置、110…コントローラー部、120…サポーター、130…アクチュエーター部、131…構造体、132…電極、133…電極、134…電極、135…突起部、136…突起部、137…突起部、138…サック、139…イオン交換膜
501 ... Ion exchange membrane, 502 ... Electrode, 503 ... Electrode, 1 ... Actuator, 11 ... Electrode, 12 ... Ion exchange membrane, 13 ... Electrode, 14 ... Ion exchange membrane, 15 ... Electrode, 2 ... Actuator, 21 ... Electrode, 22 ... Ion exchange membrane, 23 ... Electrode, 24 ... Electrode, 25 ... Ion exchange membrane, 26 ... Electrode, 3 ... Actuator, 31 ... Electrode, 32 ... Ion exchange membrane, 33 ... Electrode, 34 ... Electrode, 35 ... Ion exchange Membrane, 36 ... electrode, 4 ... actuator, 100 ... health device, 110 ... controller part, 120 ... supporter, 130 ... actuator part, 131 ... structure, 132 ... electrode, 133 ... electrode, 134 ... electrode, 135 ... projection DESCRIPTION OF
Claims (7)
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極で挟まれた第1イオン交換膜と、
第3電極と、
第4電極と、
前記第3電極および前記第4電極で挟まれた第2イオン交換膜と
を有し、
前記第2電極および前記第3電極は、少なくとも2カ所において互いに固定されている
アクチュエーター。 A first electrode;
A second electrode;
A first ion exchange membrane sandwiched between the first electrode and the second electrode;
A third electrode;
A fourth electrode;
A second ion exchange membrane sandwiched between the third electrode and the fourth electrode,
The second electrode and the third electrode are fixed to each other in at least two places.
前記第2電極および前記第3電極は、前記第1方向の両端部において互いに固定されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエーター。 The first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode have a shape that is longer in the first direction than in the second direction,
The actuator according to claim 1, wherein the second electrode and the third electrode are fixed to each other at both ends in the first direction.
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエーター。 The actuator according to claim 1, wherein the second electrode and the third electrode are fixed to each other throughout.
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエーター。 The actuator according to claim 1, wherein the second electrode and the third electrode are one electrode.
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエーター。 The actuator according to claim 1, wherein the second electrode and the third electrode are fixed to each other at three or more locations.
第6電極と、
前記第5電極および前記第6電極で挟まれた第3イオン交換膜と
を有する請求項1ないし5のいずれか一項に記載のアクチュエーター。 A fifth electrode;
A sixth electrode;
The actuator according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a third ion exchange membrane sandwiched between the fifth electrode and the sixth electrode.
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---|---|---|---|
JP2014131256A JP2016010291A (en) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Actuator and health apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014131256A JP2016010291A (en) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Actuator and health apparatus |
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JP2016010291A true JP2016010291A (en) | 2016-01-18 |
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Family Applications (1)
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JP2014131256A Pending JP2016010291A (en) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Actuator and health apparatus |
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2014
- 2014-06-26 JP JP2014131256A patent/JP2016010291A/en active Pending
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