WO2005114827A1

WO2005114827A1 - 導電性高分子アクチュエータ

Info

Publication number: WO2005114827A1
Application number: PCT/JP2005/008341
Authority: WO
Inventors: Katsuhiko Asai; Kazuo Yokoyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2005-12-01
Also published as: CN1771657A; US20060219983A1; CN100557940C; JPWO2005114827A1; JP3817259B2; US7259495B2

Abstract

　酸化還元反応により一方が膨張し、他方が収縮する二つの導電性高分子膜（２ａ，３ａ）を、一方の収縮方向変位を他方の膨張方向変位に相互変換するリンク機構（３０）により接続することで、一方の導電性高分子膜の伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子膜の圧縮方向の駆動力によって発生させることができる。

Description

明細書

導電性高分子ァクチユエータ

技術分野

[0001] 本発明は、圧縮方向に対する剛性及び伸張方向に対する駆動力を有する導電性高分子ァクチユエータ及びそれを用いるロボットに関する。

背景技術

[0002] 家庭用ロボットなど人間に近い場所において動作する機械に対する要求の高まりに伴い、人間の筋肉のようにしなやかな動作をする人工筋肉ァクチユエータへの期待も大きくなつている。人工筋肉ァクチユエータの候補として、これまでに様々な方式のァクチユエータが提案されているが、その中の一つとして、導電性高分子を用いたァクチユエータが提案されて、る。

[0003] 導電性高分子を用いた人工筋肉ァクチユエータの一例としては、図 11A,図 11B, 図 11Cに示すようなたわみ変形を発生させるァクチユエータが提案されている。このァクチユエータは、導電性高分子膜であるポリア-リン膜体 21a、 21bで固体電解質成形体 22を挟み込む構造となっている。スィッチ 98をオンすることで、電源 97において設定された電位差がポリア-リン膜体 21a、 21b間に与えられ、図 11Bに示されるように、一方のポリア-リン膜体 21bには陰イオンが挿入されて伸長し、他方のポリァ-リン膜体 21aからは陰イオンが離脱して縮小し、結果としてたわみ変形が発生するようになる (例えば、特許文献 1 (特開平 11 - 169393号公報)参照)。

[0004] この構成では、電極として作用する二つの導電性高分子膜の変位量の差によりたわみ変形を発生させているが、一方で、電解質托体層を液体もしくはゲル状の物質とすることで、両電極の変形がお互いに影響しないようにし、片方の導電性高分子の変位のみを取り出して伸縮変形を行うァクチユエータとする構成も知られて、る。この場合、変位を利用しない電極については導電性高分子である必要はなぐ主に金属電極が用いられているが、金属電極上に導電性高分子を設けることで変位が増加することも示されている（例えば、非特許文献 1 (Proceedings of SPIE, Vol. 4695 の 8〜16ページ）参照）。 [0005] このような導電性高分子ァクチユエータは、 2〜3Vの低電圧で筋肉に匹敵するような歪みを発生することから、人工筋肉としての実用化が期待されている。

[0006] しかし、導電性高分子を伸縮変形を行うァクチユエータとして用いる場合には、導電性高分子が膜状であることから、そのままでは伸張方向への駆動力や圧縮方向への剛性を持つことはできない。その対策として、パネによる予圧を導電性高分子膜の伸張方向へ加えることで両方向への駆動力や剛性を発生させる方法が非特許文献 1 (Proceedings of SPIE, Vol. 4695の 8〜16ページ）【こ示されて!/ヽる。また、特許文献 2 (Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 41, Part 1, No. 12の 7532〜7536ページ）には重りによる予圧をカ卩えても同様の効果を得る方法が示されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、前述した構成で伸縮変形を行うァクチユエータを構成した場合にも課題がある。パネによる予圧を加えた構成では、十分な剛性や駆動力を得るためには剛性の高いパネが必要となり、この場合には、収縮方向変位は減少することになる。

[0008] 一方、重りによる予圧を加えた構成では、重力方向の影響を受けるとともに、重りの質量が動特性に影響を与えるといった問題点がある。

[0009] 従って、本発明の目的は、力かる点に鑑み、予圧を必要とせずに伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つことができる導電性高分子ァクチユエータ及びそれを用いるロボットを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0010] 上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

[0011] 本発明の第 1態様によれば、電解質托体層を介して接続される第 1導電性高分子膜と第 2導電性高分子膜と、

上記第 1導電性高分子膜に接続された第 1変位取出部材と、

上記第 2導電性高分子膜に接続された第 2変位取出部材とを備え、

上記第 1変位取出部材の変位方向と上記第 2変位取出部材の変位方向が異なるように配置されるとともに、上記第 1及び第 2変位取り出し部材が、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するリンク機構により接続されて、上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の間に電位差を与えることで、酸化還元反応により上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮する導電性高分子ァクチユエータを提供する。

発明の効果

[0012] よって、本発明によれば、予圧を必要とせずに、伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。すなわち、本発明によれば、酸化還元反応により一方が膨張し、他方が収縮する二つの導電性高分子膜を、一方の収縮方向変位を他方の膨張方向変位に相互変換するリンク機構により接続することで、一方の導電性高分子膜の伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子膜の圧縮方向の駆動力によって発生させることができる。更に、一方の導電性高分子膜の圧縮方向に外力が加わった場合には、他方の導電性高分子膜の伸張方向の剛性によって受けることできるようになり、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つァクチユエータが得られるようになる。

図面の簡単な説明

[0013] 本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、

[図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す斜視図であり、

[図 2A]図 2Aは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

[図 2B]図 2Bは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

[図 2C]図 2Cは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

[図 3A]図 3Aは、本発明の第 2実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

[図 3B]図 3Bは、本発明の第 2実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

圆 3C]図 3Cは、本発明の第 2実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

圆 4A]図 4Aは、本発明の第 3実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

圆 4B]図 4Bは、本発明の第 3実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

圆 4C]図 4Cは、本発明の第 3実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す上面図であり、

[図 5]図 5は、本発明の第 4実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す斜視図であり、

[図 6]図 6は、本発明の第 4実施形態による人工筋肉ァクチユエータの別の構成についての概略を示す斜視図であり、

[図 7]図 7は、本発明の第 5実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す斜視図であり、

圆 8A]図 8Aは、本発明の第 5実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す一部断面上面図であり、

圆 8B]図 8Bは、本発明の第 5実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す一部断面上面図であり、

圆 8C]図 8Cは、本発明の第 5実施形態による人工筋肉ァクチユエータの概略を示す一部断面上面図であり、

[図 9]図 9は、本発明の第 5実施形態における人工筋肉ァクチユエータを用いたロボットアームの概略図であり、

[図 10A]図 10Aは、本発明の第 5実施形態における人工筋肉ァクチユエータを用いたロボットハンドの一部である指部の概略図であり、

圆 10B]図 10Bは、本発明の第 5実施形態における人工筋肉ァクチユエータを用いたロボットハンドの一部である指部の概略図であり、

[図 11A]図 11Aは、従来構成の人工筋肉ァクチユエータの概略を示す図であり、 [図 11B]図 11Bは、従来構成の人工筋肉ァクチユエータの概略を示す図であり、 [図 11C]図 11Cは、従来構成の人工筋肉ァクチユエータの概略を示す図であり、 [図 12A]図 12Aは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータにおける、ァ-オンの移動に伴う導電性高分子の伸縮板の伸縮の様子を示した図であり、 [図 12B]図 12Bは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータにおける、ァ-オンの移動に伴う導電性高分子の伸縮板の伸縮の様子を示した図であり、 [図 12C]図 12Cは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータにおける、ァ-オンの移動に伴う導電性高分子の伸縮板の伸縮の様子を示した図であり、 [図 12D]図 12Dは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータにおける、ァ-オンの移動に伴う導電性高分子の伸縮板の伸縮の様子を示した図であり、 [図 12E]図 12Eは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータにおける、ァ-オンの移動に伴う導電性高分子の伸縮板の伸縮の様子を示した図であり、 [図 12F]図 12Fは、本発明の第 1実施形態による人工筋肉ァクチユエータにおける、ァ-オンの移動に伴う導電性高分子の伸縮板の伸縮の様子を示した図である。発明を実施するための最良の形態

[0014] 本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

[0015] 以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

[0016] 本発明の第 1態様によれば、電解質托体層を介して接続される第 1導電性高分子膜と第 2導電性高分子膜と、

上記第 1導電性高分子膜に接続された第 1変位取出部材と、

上記第 1変位取出部材の変位方向と上記第 2変位取出部材の変位方向が異なるように配置されるとともに、上記第 1及び第 2変位取出部材が、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するように接続されて、上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の間に電位差を与えることで、酸化還元反応により上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮する導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0017] このような構成によれば、一方の導電性高分子膜の伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子膜の圧縮方向の駆動力によって発生させることができる。更に、一方の導電性高分子膜の圧縮方向に外力が加わった場合には、他方の導電性高分子膜の伸張方向の剛性によって受けることできるようになり、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0018] 本発明の第 2態様によれば、上記第 1及び第 2変位取出部材の接続が、リンク機構を介した接続である第 1の態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0019] このような構成によれば、変位取出節部材の変位はリンク機構により容易に相互変換されることになり、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0020] 本発明の第 3態様によれば、上記第 1及び第 2変位取出部材の接続が、それぞれの変位方向と異なる角度をなす部位における相互接続である第 1の態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0021] このような構成によれば、隣り合う二つの変位取出部材における、変位方向と異なる角度をなす部位同士の面方向の相対運動に伴い、変位取出部材の変位が相互変換されるようになるので、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0022] 本発明の第 4態様によれば、上記第 1及び第 2変位取出部材の接続が、弾性体を介した接続である第 1の態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0023] このような構成によれば、弾性力のために変位は減少するものの、一方の導電性高分子膜の伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子膜の圧縮方向の駆動力によつて発生させることができる。更に、一方の導電性高分子膜の圧縮方向に外力が加わつた場合には、他方の導電性高分子膜の伸張方向の剛性によって受けることできるようになり、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0024] 本発明の第 5態様によれば、上記第 1変位取出部材は上記第 1導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的接続されるとともに、上記第 2変位取出部材は上記第 2導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的接続され、上記リンク機構は、隣接する上記第 1変位取出部材と上記第 2変位取出部材と同士を同じ長さの連結部材で連結して、上記連結部材により平行リンク機構を構成している第 2の態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0025] 本発明の第 6態様によれば、上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜力厚み方向に交互に配置されて、る第 1〜5の、ずれか 1つの態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0026] このような構成によれば、第 1導電性高分子膜の両面は第 2導電性高分子膜に対向し、同様に第 2導電性高分子膜の両面は第 1導電性高分子膜に対向するようになるので、高密度に多層化した導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0027] 本発明の第 7態様によれば、上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜力平行に配置されている第 1〜6のいずれか 1つの態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0028] このような構成によれば、隣り合う導電性高分子膜間の距離が一定になるので、導電性高分子膜の同一面における反応のばらつきが減少し、より安定した出力の導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0029] 本発明の第 8態様によれば、上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜が等間隔に配置されている第 7の態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0030] このような構成によれば、隣り合う導電性高分子膜間の距離を全て最小限にすることができ、より高密度に多層化した導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0031] 本発明の第 9態様によれば、上記第 1変位取出部材と上記第 2変位取出部材の変位方向が、それぞれ上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の長手方向と等しい第 1〜8のいずれ力 1つの態様に記載の導電性高分子ァクチユエ一タを提供する。

[0032] このような構成によれば、導電性高分子膜の膨張収縮により発生する伸縮が最も大きくなる方向を用いることになるので、ァクチユエータ内部における不要な歪みの少な V、導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。 [0033] 本発明の第 10態様によれば、上記第 1変位取出部材と上記第 2変位取出部材の変位方向が、直交している第 1〜9のいずれか 1つの態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0034] このような構成によれば、荷重方向や変位方向の変換を行う際に無用のモーメントを発生させることが無くなるので、導電性高分子膜の剛性や発生力を無駄なく利用した導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0035] 本発明の第 11態様によれば、上記第 1変位取出部材及び上記第 2変位取出部材のどちら力もしくは両方力それぞれの変位取出部材の変位方向にのみ移動可能なガイド機構と接続されている第 1〜10のいずれか 1つの態様に記載の導電性高分子ァクチユエータを提供する。

[0036] このような構成によれば、ガイド機構により目的とする方向以外の変位が抑制されるので、駆動力が変位方向のみに対して作用する導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0037] 本発明の第 12態様によれば、ロボットアームと、

第 1〜5態様のいずれか 1つに記載の導電性高分子ァクチユエータを 2本 1組の拮抗筋構造として構成された、上記ロボットアームの一対の駆動部とを備えるロボットを提供する。

[0038] このような構成によれば、上記した種々の効果を奏することができる導電性高分子ァクチユエータを 2本 1組の拮抗筋構造の駆動部として、上記ロボットアームに適用することができる。この結果、多自由度を生かし、人間の腕のようにしなやかな動きをするロボットアームが得られる。これにより、特に家庭用途に適したロボットアームを実現することができる。

[0039] 以下、本発明の種々の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

[0040] (第 1実施形態）

図 1は、本発明にかかる第 1実施形態の導電性高分子ァクチユエータの一例としての人工筋肉ァクチユエータ 1の概略を示した斜視図である。また図 2A〜図 2Cにその上面図を示す。

[0041] 図 1において、 2a〜2d、 3a〜3cは酸化還元反応に伴って膨張収縮変形する導電性高分子製の矩形たとえば長方形の伸縮体である膜状の伸縮板である。導電性高分子膜である伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cを構成する導電性高分子としては、ポリピロ一ル、ポリア-リン、又はポリメトキシァ-リン等が利用可能だ力ポリピロールは変位が大きい点で望ましい。また、導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cの厚みはそれぞれ数十/ z m程度であるのが望ましい。それより薄いと強度的に弱ぐそれより厚いと導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cの内部まで十分にイオンが出入りできなくなるので望ましくない。

導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cは電解質托体層の一例であるゲル状電解質 4a〜4fを介して交互に積層配置されてヽる。ゲル状電解質 4a〜4fの厚みは数十; z m〜数 mm程度が望ましぐこれより厚いと、導電性高分子の伸縮板を密に配置することができず、ァクチユエータの発生力が低下する。一方、薄すぎると、ゲル状電解質中に含まれるイオンが少なくなり、ァクチユエータの変位が減少するようになる。導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cはそれぞれ、全く同一形状、厚み、材料で構成されて、平行かつ等間隔で配置されており、位相は 90度異なって長手方向が互いに直交するように配置されている。また、ゲル状電解質の電解質托体層 4a〜4fも、それぞれ、全く同一形状、厚み、材料で構成されて、平行かつ等間隔で配置されている。ゲル状電解質の電解質托体層 4a〜4fの大きさは、導電性高分子の伸縮板 2a 〜2dと伸縮板 3a〜3cとが互いに直交するように配置されたとき伸縮板 2a〜2dと伸縮板 3a〜3cとが重なり合う部分の大きさとほぼ同じにしている。よって、導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3c及びゲル状電解質の電解質托体層 4a〜4fは、それぞれの中心軸が大略同一で、かつ、図において、上から下向きに、導電性高分子の伸縮板 2a、ゲル状電解質の電解質托体層 4a、導電性高分子の伸縮板 3a、ゲル状電解質の電解質托体層 4b、導電性高分子の伸縮板 2b、ゲル状電解質の電解質托体層 4c、導電性高分子の伸縮板 3b、ゲル状電解質の電解質托体層 4d、導電性高分子の伸縮板 2c、ゲル状電解質の電解質托体層 4e、導電性高分子の伸縮板 3c、ゲル状電解質の電解質托体層 4f、導電性高分子の伸縮板 2dの順に配置されてヽる。このように配置することで、導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cにおける反応のばらつきが減少するようになる。また、隣り合う導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜 3cの間隔が等しいことから、無駄なく積層することが可能になり、高密度に実装することがでさるよう〖こなる。

[0043] 導電性高分子の伸縮板 2a〜2dは、その両端をそれぞれ変位取出部材の一例である金属構造体 5a、 5bによって保持されかつ電気的に接続されている。同様に、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cは、その両端をそれぞれ変位取出部材の一例である金属構造体 5c、 5dによって保持されかつ電気的に接続されている。金属構造体によつて導電性高分子の伸縮板を保持する方法としては、金属構造体 5a〜5dをそれぞれ複数の金属ブロックで構成し、その金属ブロックの間に導電性高分子の伸縮板 2a〜 2d、 3a〜3cを挟んだ状態で金属ブロックを一体ィ匕して金属構造体とするなどの方法がある。金属ブロック同士を一体ィ匕する方法としては、ネジ止め、溶接、圧着、又は接着等が利用できる。金属構造体および金属ブロックの材質としては、白金、チタン、二ッケル、又はステンレス等の金属が利用可能である力ステンレスは安価な点で望ましい。

[0044] 金属構造体 5a、 5bの変位方向は、導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの長手方向と等しぐ金属構造体 5c、 5dの変位方向は、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの長手方向と等しくなつており、金属構造体 5a、 5bと金属構造体 5c、 5dのそれぞれの変位方向は互いに直交するように配置されている。金属構造体 5a、 5bと金属構造体 5c、 5d のそれぞれを変位させることを考えると、金属構造体 5a、 5bと金属構造体 5c、 5dのそれぞれの変位方向と異なる方向に対する導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3 cの変形は、不要な歪みの原因となるため望ましくない。そこで、金属構造体 5a〜5d の変位方向が導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cの変形が最も大きくなる方向言い換えれば伸縮方向を用いることで、ァクチユエータ内部における不要な歪みが少なくなるようにしている。

[0045] 金属構造体 5a〜5dは、それらの上面の中心において、ピン 20により、それぞれ同じ長さの絶縁性の連結部材の一例としての連結棒 6a〜6dで回動自在に接続され、連結棒 6a〜6dは平行四辺形の枠を構成するように組み合わされて 4節リンク機構 30 が構成されて、る。金属構造体 5a〜5dの裏面（図の金属構造体 5a〜5dの下面側）にも同様に、それらの下面の中心において、ピン 20により、それぞれ同じ長さの絶縁性の別の連結棒 6a〜6dで別のリンク機構 30が設けられて、る。このような構成にすることで、荷重方向や変位方向の変換を行う際に無用のモーメントを発生させることが無ぐ導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cの剛性や発生力を無駄なく利用することがでさるよう〖こなる。

[0046] また、金属構造体 5aに接続された配線は、電源 7の一方の極に接続されて、る。電源 7の他方の極には、スィッチ 8を介して金属構造体 5cが接続されて、る。

[0047] 次に、この人工筋肉ァクチユエータ 1の作用を説明する。

[0048] 導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cが収縮する原因としては、ァ-オン（陰ィオン)の出入り、カチオン（陽イオン)の出入り、高分子構造の変化等があるが、図 2A 、図 2B及び図 2Cによる動作原理の説明では、ポリピロールなどの材料系においてァ二オンのドープ、アンドープが主たる変形のメカニズムとされていることから、ァ-オンの出入りにつ、て述べることにする。

[0049] 図 2Aはスィッチオフの状態で導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cに電圧を印加していない状態を示し、図 2Bは導電性高分子の伸縮板 2a〜2dに正の電位を印加し、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cに負の電位を印加した場合を示している。また、図 2Cは導電性高分子の伸縮板 2a〜2dに負の電位を印加し、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cに正の電位を印加した場合を示している。

[0050] 図 2Aと図 2Bと図 2Cのイオンの動き様子を示したものが図 12A〜図 12Fである。すなわち、図 12A,図 12Bと図 12C,図 12Dと図 12E,図 12Fはそれぞれ図 2Aと図 2 Bと図 2Cに対応している。それぞれ図 12A,図 12C,図 12Eが導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの長手方向の変位を示した図であり、図 12B,図 12D,図 12Fが先の図 1 2A、図 12C、図 12Eとは 90度位相が異なる導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの長手方向の変位を示した図である。これらの図のように、導電性高分子の伸縮板 2a〜2d 、 3a〜3cのそれぞれは、ァ-オンが内部に入り込むことで伸張し、ァ-オンが内部から放出されることで収縮するようになる。具体的には以下のようになる。

[0051] まず、図 2A及び図 12A,図 12Bの電圧無印加のスィッチオフの状態から、図 2B及び図 12C,図 12Dに示すように導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cに電位が印加されると、電圧無印加時にゲル状電解質の電解質托体層 4a〜4fにそれぞれ均質に存在したァ-オン力正電極側の導電性高分子の伸縮板 2a〜2d側に引き寄せられ、導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの内部に入り込むようになる。この酸化過程に伴って導電性高分子の伸縮板 2a〜2dが長手方向沿いに一斉に伸長する。一方、負電極側の導電性高分子の伸縮板 3a〜3c側からは、内部に存在したァ-オンがゲル状電解質の電解質托体層 4a〜4fに放出される。この還元過程に伴って導電性高分子の伸縮板 3a〜3cが長手方向沿いに収縮する。これらの伸長及び収縮の結果、上記リンク機構 30の連結棒 6a〜6dは、電圧無印加時には正方形を呈して、たのが、図 2Bに示されるように縦長の平行四辺形を呈するようになる。

[0052] 導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cは膜状の物質なので、伸張方向に駆動力を発生させることはできないが、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの収縮力 4本の連結棒 6a〜6dによって構成される 4節平行リンク機構 30により導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの伸張方向（すなわち、図 2Bの上下方向）に変換されるために、人工筋肉ァクチユエータ 1は導電性高分子の伸縮板 2a〜 2dの伸張方向へ変形し、駆動力を発生するようになる。

[0053] また、図 2C及び図 12E,図 12Fは導電性高分子の伸縮板 2a〜2dに負の電位を印加し、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cに正の電位を印加した場合を示してヽる。図 2Bの場合とは逆に、電圧無印加時にゲル状電解質の電解質托体層 4a〜4fに均質に存在したァ-オン力正電極側の導電性高分子の伸縮板 3a〜3c側に引き寄せられ、導電性高分子の伸縮板 3a〜3c内部に入り込むようになる。この酸ィ匕過程に伴つて導電性高分子の伸縮板 3a〜3cが伸長する。一方、負電極側の導電性高分子の伸縮板 2a〜2d側からは、内部に存在したァ-オンがゲル状電解質の電解質托体層 4a〜4fに放出される。この還元過程に伴って導電性高分子の伸縮板 2a〜2dが収縮する。これらの伸長及び収縮の結果、上記リンク機構 30の連結棒 6a〜6dは、電圧無印加時には正方形を呈していたの力図 2Cに示されるように横長の平行四辺形を呈するようになる。

[0054] 導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの収縮は、 4本の連結棒 6a〜6dによって構成される 4節平行リンク機構 30により導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの伸張方向（すなわち、図 2Cの左右方向）に変換される力導電性高分子の伸縮板 3a〜3cは伸張しているので、導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの収縮を妨げることはなぐ人工筋肉ァクチユエータ 1は導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの収縮方向（すなわち、図 2Cの左右方向）へ変形し、駆動力を発生するようになる。

[0055] 逆に、ァクチユエータ 1に対して導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの収縮方向（すなわち、図 2Cの上下方向）への外力が加わった場合、導電性高分子の伸縮板 2a〜2d は収縮方向への剛性を持たないものの、その外力は連結棒 6a〜6dによって構成される 4節リンク機構 30を介して導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの伸張方向（すなわち、図 2Cの左右方向）の剛性によって受け止められることになる。また、導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの伸張方向への外力については、そのまま導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの剛性によって受け止められることになる。

[0056] 以上のように、第 1実施形態によれば、上記第 1導電性高分子膜である伸縮体 2a 〜2dに接続された上記第 1変位取出部材の金属構造体 5a、 5bの変位方向と、上記第 2導電性高分子膜である伸縮体 3a〜3cに接続された上記第 2変位取出部材の金属構造体 5c、 5dの変位方向が異なるように配置されるとともに、上記第 1及び第 2変位取出部材の金属構造体 5a、 5b及び 5c、 5dが、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するように連結棒 6a〜6dによって構成される 4節リンク機構 3 0を備えるようにしている。このように構成することで、酸化還元反応により一方が膨張し、他方が収縮する二種類の導電性高分子膜 2a〜2d, 3a〜3cを、一方の導電性高分子膜の収縮方向変位を他方の導電性高分子膜の膨張方向変位に相互変換するリンク機構 30により接続することができて、一方の導電性高分子膜の伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子膜の圧縮方向の駆動力によって発生させることができる。すなわち、導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの収縮方向への変形は 4節リンク機構 3 0により導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの伸張方向への変形に相互変換されるとともに、導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの伸張方向への変形も 4節リンク機構 30により導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの収縮方向への変形に相互変換されることから、一方の導電性高分子膜である伸縮体 2a〜2d又は 3a〜3cの伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子膜である伸縮体 3a〜3c又は 2a〜2dの圧縮方向の駆動力によって発生させることができるようになる。更に、一方の導電性高分子膜である伸縮体 2a〜 2d又は 3a〜3cの圧縮方向に外力が加わった場合には、他方の導電性高分子膜である伸縮体 3a〜3c又は 2a〜2dの伸張方向の剛性によって受けることできるようになるので、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0057] なお、第 1実施形態では、変位取出部材 5a、 5bと 5c、 5dによって導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cをそれぞれ挟み込んで保持する方法について説明した力保持方法はこれに限定されるものではなぐ導電性高分子の伸縮板に設けた穴部に変位取出部材を挿入することで保持を行っても良い。また、導電性高分子の伸縮板を折り返して環状にした部分に変位取出部材を挿入したり、変位取出部材に設けた穴部に導電性高分子の伸縮板を通した後で抜け防止のためのストッパーを装着するなど、変位取出部材の伸張方向への移動もしくは導電性高分子の伸縮板の収縮に対しての保持のみを行っても良い。また、第 1実施形態では、両面にリンク機構 30を設けているが、これは必ずしも両面である必要はなぐ片面であっても良い。更に、連結棒 6a〜6dも必ずしも絶縁性である必要はなぐ電源 7の両極が短絡しなければよいので、変位取出部材 5a、 5b、 5c、 5dとの連結部に絶縁性を持たせてもよい。変位取出部材についても、必ずしも金属体である必要はなぐ電源 7と導電性高分子の伸縮板を接続するための配線部を備えていればよい。また、配線を直接導電性高分子の伸縮板に接続して変位取出部材との接続を無くしても良い。これらいずれの場合についても、本発明に含まれる。

[0058] (第 2実施形態）

図 3A〜図 3Cは、本発明にかかる第 2実施形態の導電性高分子ァクチユエータの一例としての人工筋肉ァクチユエータ 1Bの概略を示した上面図である。なお、前述した第 1実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

[0059] 第 2実施形態では、第 1実施形態における連結棒 6a〜6dによって構成された 4節リンク機構 30の代わりに、変位取出部材の一例である金属構造体 5a〜5dの端部が互いに接触するように配置されている。各接触面には、絶縁性の板状の摺動部材 9a〜 9hが設けられている。すなわち、金属構造体 5aの両側部の接触面にはそれぞれ摺動部材 9aと 9bが固定され、金属構造体 5bの両側部の接触面にはそれぞれ摺動部材 9cと 9dが固定され、金属構造体 5cの両側部の接触面にはそれぞれ摺動部材 9e と 9fが固定され、金属構造体 5dの両側部の接触面にはそれぞれ摺動部材 9gと 9h が固定されている。よって、金属構造体 5aと金属構造体 5cとの間では摺動部材 9aと摺動部材 9eとが摺動可能に対向し、金属構造体 5cと金属構造体 5bとの間では摺動部材 9fと摺動部材 9cとが摺動可能に対向し、金属構造体 5bと金属構造体 5dとの間では摺動部材 9dと摺動部材 9gとが摺動可能に対向し、金属構造体 5dと金属構造体 5aとの間では摺動部材 9hと摺動部材 9bとが摺動可能に対向している。摺動部材 9a 〜9hのそれぞれとしては、フッ素榭脂などが低摩擦特性、耐薬品性などを備える点で望ましい。接触面の角度は、金属構造体 5a〜5dの変位方向と異なる角度 (例えば、変位方向とは 45度傾斜した角度）となっており、人工筋肉ァクチユエータ 1Bに対して導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の収縮方向への外力が加わった場合、導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2に伸張方向の変位が発生するようになつて、る。これにより、加わった外力は導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の剛性によって受け止められることになる。また、導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2に正の電圧が加わって伸張する場合には、同時に導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2には負の電圧が加わって収縮するようになるので、金属構造体 5a、 5bは、金属構造体 5c 、 5dが導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の収縮方向に変位するのに伴って、導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の伸張方向に変位するようになる。導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cについては、第 2実施形態では、第 1実施形態における導電性高分子 2a〜2d、 3a〜3cをそれぞれ 2つに分割した状態となっている、すなわち、導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cはそれぞれ二枚の並列配置された伸縮板 2a— 1、 2a— 2、 2b— 1、 2b— 2、 2c— 1、 2c— 2、 2d— 1、 2d— 2、 3a— 1 、 3a— 2、 3b— 1、 3b— 2、 3c— 1、 3c— 2より構成されるようになって!/ヽる力このようにすることで、より変位方向と異なる方向に対する膨張を抑制することができるようになる。分割については、 2分割に限定されるものではなぐ必要に応じて更に細かく分割しても良いし、分割しなくても良い。また、図 3A〜図 3Cでは導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の間及び伸縮板 3a— 1、 3a— 2の間に隙間をそれぞれ設けている力この隙間につ、ては無くても問題はな!/、。

[0060] 以上のように、第 2実施形態によれば、導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の収縮方向への変形は導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の伸張方向への変形に相互変換されるとともに、導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の伸張方向への変形も導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の収縮方向への変形に相互変換されることから、一方の導電性高分子膜である伸縮板の伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子膜である伸縮板の圧縮方向の駆動力によって発生させることができるようになる。更に、一方の導電性高分子膜である伸縮板の圧縮方向に外力が加わった場合には、他方の導電性高分子膜である伸縮板の伸張方向の剛性によって受けることできるようになるので、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0061] なお、第 2実施形態では、変位取出部材である金属構造体 5a〜5dの端部に摺動部材 9a〜9hを設けているが、これは球状、円柱状などの転がり接触を実現する部材であっても良い。また、変位取出部材は必ずしも金属体である必要はなぐ電源 7と導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cを接続するための配線部を備えていればよい。更に、変位取出部材をフッ素榭脂などとすることで、摺動部材を用いずに直接接触させても良い。

[0062] また、変位取出部材を相互接続させる方法は、接触に限定されるものではなぐ非接触な物理的作用による相互接続であってもよい。このような物理的作用として、磁石の反発力や、静電反発力等が利用可能である。

[0063] これら!/、ずれの場合につ!、ても、本発明に含まれる。

[0064] (第 3実施形態）

図 4A〜図 4Cは、本発明に力かる第 3実施形態の導電性高分子ァクチユエータの一例としての人工筋肉ァクチユエータ 1Cの概略を示した上面図である。なお、前述した実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

[0065] 第 3実施形態では、第 1実施形態における連結棒 6a〜6dによって構成された 4節リンク機構 30の代わりに、絶縁性の弾性体の一例としての 1つの弾性体リング 10によつて金属構造体 5a〜5dが連結されている。具体的には、 1つの弾性体リング 10とそれぞれの金属構造体 5a〜5dの上面の例えば中央部とがピン 19により固定されている。人工筋肉ァクチユエータ 1Cに対して導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の収縮方向への外力が加わった場合、弾性体リング 10は外力の方向に縮むと同時に導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の伸張方向に伸びるようになる。これにより、加わった外力は導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の剛性によって受け止められることになる。また、導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2に正の電圧が加わって伸張する場合には、同時に導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2には負の電圧が加わつて収縮するようになるので、金属構造体 5a、 5bは、金属構造体 5c、 5dが導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の収縮方向に変位するのに伴って、導電性高分子の伸縮板 2a - 1, 2a- 2の伸張方向に変位するようになる。

[0066] 以上のように、第 3実施形態によれば、導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の収縮方向への変形は導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の伸張方向への変形に相互変換されるとともに、導電性高分子の伸縮板 2a— 1、 2a— 2の伸張方向への変形も導電性高分子の伸縮板 3a— 1、 3a— 2の収縮方向への変形に相互変換されることから、一方の導電性高分子の伸縮板の伸張方向の駆動力を他方の導電性高分子の伸縮板の圧縮方向の駆動力によって発生させることができるようになる。更に、一方の導電性高分子の伸縮板の圧縮方向に外力が加わった場合には、他方の導電性高分子の伸縮板の伸張方向の剛性によって受けることできるようになるので、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つ導電性高分子ァクチユエ一タを得ることがでさる。

[0067] なお、第 3実施形態において、弾性体リングは必ずしも絶縁性である必要はなぐ電源 7の両極が短絡しなければょ、ので、変位取出部材との連結部に絶縁性を持たせても良いし、変位取出部材を絶縁性としても良い。これらいずれの場合についても、本発明に含まれる。

[0068] (第 4実施形態）

図 5は、本発明にかかる第 4実施形態の導電性高分子ァクチユエータの一例としての人工筋肉ァクチユエータ 1Dの概略を示した斜視図である。なお、前述した実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

[0069] 第 4実施形態では、第 1実施形態にガイド機構 18を付加した構造となってヽる。金属構造体 5b— 1は大略 H形状の金属板体より構成され、上面側及び下面側のそれぞれ突出した凸部には、丸棒状のガイドレール 11a, l ib, 11c, l idの各一端がそれぞれ固定されている。金属構造体 5a— 1は、金属構造体 5b— 1とほぼ同じ大きさの大略 H形状の金属板体より構成され、上面側及び下面側のそれぞれの突出した凸部には、丸棒状のガイドレール 11a, l ib, 11c, l idの各他端側がそれぞれ貫通し軸受（図示せず)を介して保持されている。金属構造体 5c— 1は、金属構造体 5b— 1, 5a— 1より大きな大略 H形状の金属板体より構成され、上面側及び下面側のそれぞれ突出した凸部には、丸棒状のガイドレール l ie, l lf, l lg, l lhの各一端がそれぞれ固定されている。金属構造体 5d— 1は、金属構造体 5b— 1, 5a— 1より大きな大略 H形状の金属板体より構成され、上面側及び下面側のそれぞれ突出した凸部には、丸棒状のガイドレール l ie, l lf, l lg, l lhの各一端がそれぞれ貫通し軸受（図示せず）を介して保持されている。よって、ガイドレール 11a, l ib, 11c, l idの外側にこれらと直交するように、ガイドレール l ie, l lf, l lg, l lhが配置されている。それぞれのリンク機構 30は、ガイドレール 11a, l ib, 11c, l idの内側に配置され、それぞれのリンク機構 30の連結棒 6a、 6b、 6c、 6dの移動動作はそれぞれの凸部に接触せず上記動作が妨げられることがな、ようにして、る。ガイドレール 1 la〜： L Idの方向は、導電性高分子の伸縮板 2a〜2dの伸縮方向と等しぐガイドレール l le〜l l hの方向は、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cの伸縮方向と等しくなつている。このようにガイド機構 18を構成することにより、金属構造体 5a— 1、 5b— 1、 5c— 1、 5d— 1が変位する方向が限定されるようになる。すなわち、導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cにおける伸縮のばらつきや、各部材における誤差などの要因により、金属構造体 5a— 1、 5b— 1、 5c— 1、 5d— 1に対して所定の変位方向と異なる方向への駆動力が加わっても、金属構造体 5a— 1、 5b— 1、 5c— 1、 5d— 1は導電性高分子の伸縮板 2a〜2d、 3a〜3cの伸縮方向にのみ変位するようになる。

[0070] 以上のように、第 4実施形態によれば、第 1実施形態と同様に予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持ちつつ、変位取出部材の変位方向や駆動力の方向が導電性高分子の発生する変位のばらつきや構造における誤差による影響を受けない導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0071] なお、第 4実施形態においては、ガィドレール11&〜11(1、 l le〜l lhの本数を一方向当たり 4本とした力必ずしも 4本である必要はなぐ 1本以上であればよい。また、ガイドを 2方向に設けている力これは図 6に示すように金属構造体 5a—l、 5b- 1 にのみガイドレール 11a〜： L idを設けてガイドを 1方向だけにしても良い。更に、ガイドは必ずしもガイドレールである必要はなぐ各種リニアガイドが利用可能である。これらいずれの場合についても、本発明に含まれる。

[0072] (第 5実施形態）

図 7は、本発明にかかる第 5実施形態の導電性高分子ァクチユエータの一例としての人工筋肉ァクチユエータ 1Eの概略を示した斜視図である。また図 8A,図 8B,図 8 Cにそれぞれその断面図を示す。すなわち、図 8Aはスィッチオフの状態で導電性高分子の伸縮板 2a〜2b、 3a〜3cに電圧を印加していない状態を示し、図 8Bは導電性高分子の伸縮板 2a〜2bに負の電位を印加し、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cに正の電位を印加した場合を示している。また、図 8Cは導電性高分子の伸縮板 2a〜2 bに正の電位を印加し、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cに負の電位を印加した場合を示している。なお、前述した実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

[0073] 図 8A,図 8B,図 8Cはそれぞれにおいて、導電性高分子の伸縮板 2a〜2b、 3a〜 3d、変位取出部材の別の例としての矩形の金属板 5a〜5dは、直方体箱状のケース 12、矩形板状のフタ 13によって囲まれた密閉空間を満たす電解質托体層の別の例である電解液 14の液中の大略中央部に配置されている。電解液 14としては、 NaPF 6、若しくは TBAPF6などの電解質を水、もしくはプロピレンカーボネートなどの有機溶媒に溶解させたものや、 BMIPF6などのイオン性液体が利用可能である。ァ-ォンとして PF6を含む電解質は、導電性高分子であるポリピロールとの組み合わせで大きな変位が得られること力も望ましい。 4つの変位取出部材 5a〜5dのうちの変位取出部材 5aは、フタ 13と一体となるようにフタ 13の内面に固定されている。

[0074] 変位取出部材 5bには、ロッド 15が接続されており、ロッド 15は、ケース 12に設けられたシール部材 16aを貫通して、ケース 12の外部に突出している。変位取出部材 5a に接続された配線は、フタ 13に備えられたシール部材 16bを経て電源 7の一方の極に接続されている。電源 7の他方の極には、スィッチ 8を介して変位取出部材 5cが接続されている。スィッチ 8と変位取出部材 5cを接続する配線は、フタ 13に備えられたシール部材 16cを通して、ケース 12、フタ 13によって囲まれた空間の内外を接続している。

[0075] この結果、図 8Aのスィッチオフの状態から、図 8Bに示すように、導電性高分子の伸縮板 2a〜2bに負の電位を印加し、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cに正の電位を印加した場合には、 4節リンク機構 30が上下方向に伸び左右方向に縮んで、変位取出部材 5bが図 8Aよりも図 8Bの左方向に移動するため、ロッド 15がケース 12内に入り込む。逆に、図 8Cに示されるように、導電性高分子の伸縮板 2a〜2bに正の電位を印加し、導電性高分子の伸縮板 3a〜3cに負の電位を印加した場合には、 4節リンク機構 30が左右方向に伸び上下方向に縮んで、変位取出部材 5bが図 8Aよりも図 8B の右方向に移動するため、ロッド 15がケース 12内から出る。

[0076] このように構成することで、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持ちつつ、変位取出部材 5a〜5dの変位方向や駆動力の方向が導電性高分子の伸縮板 2a〜2b、 3a〜3dの発生する変位のばらつきや構造における誤差による影響を受けないという第 1実施形態と同様の特徴を持ちつつ、保持が容易なプッシュ' プルタイプの導電性高分子ァクチユエータを得ることができる。

[0077] なお、第 5実施形態においては、電解質托体層を電解液 14としたが、前述の実施形態と同様にゲル状電解質 4a、 4bなどとしても良い。これらいずれの場合についても、本発明に含まれる。

[0078] また、第 5実施形態における人工筋肉ァクチユエータ 1Eを複数本用いたロボットァームの構成例を図 9に示す。人工筋肉ァクチユエータ la〜： Lhを 2本 1組として拮抗筋構造として各ロボットアームの一対の駆動部を構成する。各ロボットアームの一対の駆動部のうちの一方の駆動部を伸張、他方の駆動部を収縮することで、また、それらとは逆に動作させることで、ロボットアームの一対の駆動部が連結された軸 101〜10 4に正逆回転運動を発生させることができる。具体的には、図 9の構成では、人工筋肉ァクチユエータ la、 lbの伸張及び収縮動作によって上下軸 101が正逆回転し、以下同様に、人工筋肉ァクチユエータ lc、 Idの伸張及び収縮動作によって軸 102が、人工筋肉ァクチユエータ le、 Ifの伸張及び収縮動作によって軸 103が、人工筋肉ァクチユエータ lg、 lhの伸張及び収縮動作によって軸 104がそれぞれ正逆回転するようになっている。

[0079] 詳しくは、 4自由度のロボットアームは、固定壁 301に対して、上下方向軸沿いに横方向沿いの平面内で正逆回転する第 1関節の上下軸 101と、上下方向沿いの平面内で正逆回転する第 2関節の軸 102と、第 2腕 308と第 1腕 311との間で相互に正逆回転とする第 3関節の軸 103と、第 1腕 311と手 313との間で相互に正逆回転とする第 4関節の軸 104とより構成されている。

[0080] 第 1関節 101では、上下端部が軸受け 304と 305で回転自在にかつ上下方向沿いに支持された回転軸 303の上端部の両側に円形支持体 302, 302が回転自在に連結され、かつ、人工筋肉ァクチユエータ la、 lb (ただし、人工筋肉ァクチユエータ lb は人工筋肉ァクチユエータ laの背後に配設されるため図示せず。）の各一端部が固定壁 301に連結されるとともに各他端部が上記各円形支持体 302の支持軸 102 (第 2関節の軸 102)に連結されている。よって、人工筋肉ァクチユエータ la、 lbの拮抗駆動により、第 1関節の上下軸 101回りに横方向沿いの平面内でロボットアームの第 1腕 311と第 2腕 308と手 313とを一体的に正逆回転運動させることができる。なお、上側の軸受け 305は支持棒 306で固定壁 301に支持されて、る。

[0081] 第 2関節では、回転軸 303の両側に固定された 2つの円形支持体 302, 302に、第 2腕用リンク 308の一端が固定されている。第 2腕用リンク 308の円形支持体 302, 3 02と、回転軸 303の一端に直交して固定された支持体 307, 307との間には、人工筋肉ァクチユエータ lc、 Idが連結されて、人工筋肉ァクチユエータ lc、 Idの拮抗駆動により、第 2関節の支持軸 102である横軸回りに上下方向沿い面内でロボットァームの第 1腕 311と第 2腕 308と手 313とを一体的に正逆回転させる。

[0082] 第 3関節では、第 2腕 308沿いでかつ第 2腕 308の先端に第 2腕 308と交差して回転自在に連結されかつ第 1腕 311の基端が固定された支持体 310と、第 2腕 308の基端に直交して固定された支持体 309, 309との間に人工筋肉ァクチユエータ le、 1 fが連結されて、人工筋肉ァクチユエータ le、 Ifの拮抗駆動により、第 3関節の支持軸 103である横軸回りに上下方向沿い面内で第 1腕 311と手 313とを一体的に正逆回転させる。

[0083] 第 4関節では、第 1腕 311沿いでかつ第 2腕 308の先端と第 1腕 311の基端との間に第 1腕 311と交差しかつ第 1腕 311の基端に固定された支持体 310と、第 1腕 311 の先端と手 313の基端との間に第 1腕 311と交差しかつ手 313の基端に固定された支持体 312との間に人工筋肉ァクチユエータ lg、 lhが連結されて、人工筋肉ァクチユエータ l_g、 lhの拮抗駆動により、第 3関節の支持軸 103である横軸回りに上下方向沿い面内で手 313を正逆回転させる。

[0084] 人工筋肉ァクチユエータ la、 lb、人工筋肉ァクチユエータ lc、 ld、人工筋肉ァクチユエータ le、 lf、人工筋肉ァクチユエータ lg、 lhのそれぞれは、制御コンピュータ 10 01により、それぞれの電源 7の電圧やスィッチ 8の状態が適宜制御され、人工筋肉ァクチユエータ la、 lb、人工筋肉ァクチユエータ lc、 ld、人工筋肉ァクチユエータ le、 lf、人工筋肉ァクチユエータ lg、 lhのそれぞれの収縮'伸張動作が制御される。

[0085] このような構成とすることで、多自由度を生かし、人間の腕のようにしなやかな動きをするロボットアームが得られる。これにより、特に家庭用途に適したロボットアームを実現することができる。

[0086] また、第 5実施形態における人工筋肉ァクチユエータ 1Eを少なくとも 1本用いたロボットハンドの一部である指部の構成例を図 10A及び図 10Bに示す。人工筋肉ァクチユエータ 1Eはロボットハンドの甲 31に固定され、電源 7、スィッチ 8の状態に従って人ェ筋肉ァクチユエータ 1Eのロッド 15に接続されたワイヤ 34を進退させる。ワイヤ 34 は、基端側の指 32a、 32bを貫通し、先端側の指 32cに結合されている。甲 31と指 3 2aは回転軸 33aによって回転可能な状態で連結されている。同様に、指 32aと指 32 bは回転軸 33bで、指 32bと指 32cは回転軸 33cで回転可能な状態で連結されている。人工筋肉ァクチユエータ 1Eが収縮すると、ワイヤ 34は甲 31の方向に引っ張られることから、ロボットノヽンドの指部は図 10Bのように折れ曲がった状態となるように変形する。逆に人工筋肉ァクチユエータ 1Eが伸張すると、ワイヤ 34は甲 31から引き出されるようになるので、ロボットハンドの指部は図 10Aのように伸びた状態となるように変形するようになる。

[0087] 人工筋肉ァクチユエータ IEは、制御コンピュータ 1000により、電源 7の電圧、スイツチ 8の状態が適宜制御され、人工筋肉ァクチユエータの収縮 ·伸張動作が制御される。これに伴って、ロボットハンドの指部の屈曲動作が制御される。また、ロボットハンドの複数の指部にそれぞれ人工筋肉ァクチユエータ 1Eを用いることにより、把持動作を制御することができる。

[0088] このような構成とすることで、人間の指又は手のようにしなやかな動きをするロボットハンドの指部又はロボットノ、ンドが得られる。これにより、特に家庭用途に適したロボットハンドの指部又はロボットノヽンドを実現することができる。

[0089] なお、上記各実施形態において、導電性高分子の伸縮板 2a、 2a— 1、 2a— 2、 2b 、 2c、 2d、 3a、 3b、 3cに適切な変位を発生させるため、柔軟電極に印加された電圧は、電解質托体層であるゲル状電解質 4a、 4b、 4c、 4d、 4e、 4fや電解液 14で電気分解が起こらな、程度の電圧とすることが好ま、。

[0090] なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

産業上の利用可能性

[0091] 本発明にかかる導電性高分子ァクチユエータは、予圧を加えなくても伸張方向の駆動力と圧縮方向の剛性を持つァクチユエータを得ることができるものであり、人工筋肉ァクチユエータ等として有用であるとともに、それを用いてロボットのロボットアームやロボットハンドの駆動部として好適なものである。

[0092] 本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims

請求の範囲

[1] 電解質托体層を介して接続される第 1導電性高分子膜と第 2導電性高分子膜と、上記第 1導電性高分子膜に接続された第 1変位取出部材と、

上記第 1変位取出部材の変位方向と上記第 2変位取出部材の変位方向が異なるように配置されるとともに、上記第 1及び第 2変位取出部材が、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するように接続されて、上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の間に電位差を与えることで、酸化還元反応により上記第

1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮する導電性高分子ァクチユエータ。

[2] 上記第 1及び第 2変位取出部材の接続が、リンク機構を介した接続である請求項 1 に記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[3] 上記第 1及び第 2変位取出部材の接続が、それぞれの変位方向と異なる角度をなす部位における相互接続である請求項 1に記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[4] 上記第 1及び第 2変位取出部材の接続が、弾性体を介した接続である請求項 1に記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[5] 上記第 1変位取出部材は上記第 1導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的接続されるとともに、上記第 2変位取出部材は上記第 2導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的接続され、

上記リンク機構は、隣接する上記第 1変位取出部材と上記第 2変位取出部材と同士を同じ長さの連結部材で連結して、上記連結部材により平行リンク機構を構成している請求項 2に記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[6] 上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜が、厚み方向に交互に配置されている請求項 1〜5のいずれ力 1つに記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[7] 上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜が、平行に配置されて!ヽる請求項 1〜5のいずれか 1つに記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[8] 上記第 1導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜が等間隔に配置されている請求項 7に記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[9] 上記第 1変位取出部材と上記第 2変位取出部材の変位方向が、それぞれ上記第 1 導電性高分子膜と上記第 2導電性高分子膜の長手方向と等しい請求項 1〜5のいずれか 1つに記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[10] 上記第 1変位取出部材と上記第 2変位取出部材の変位方向が、直交している請求項 1〜5のいずれか 1つに記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[11] 上記第 1変位取出部材及び上記第 2変位取出部材のどちらかもしくは両方が、それぞれの変位取出部材の変位方向にのみ移動可能なガイド機構と接続されて、る請求項 1〜5のいずれか 1つに記載の導電性高分子ァクチユエータ。

[12] ロボットアームと、

請求項 1〜5のいずれか 1つに記載の導電性高分子ァクチユエータを 2本 1組の拮抗筋構造として構成された、上記ロボットアームの一対の駆動部とを備えるロボット。