WO2007148572A1 - 高分子アクチュエータ - Google Patents

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WO2007148572A1
WO2007148572A1 PCT/JP2007/061862 JP2007061862W WO2007148572A1 WO 2007148572 A1 WO2007148572 A1 WO 2007148572A1 JP 2007061862 W JP2007061862 W JP 2007061862W WO 2007148572 A1 WO2007148572 A1 WO 2007148572A1
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WO
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polymer
polymer structure
potential difference
actuator
conductive polymer
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PCT/JP2007/061862
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English (en)
French (fr)
Inventor
Katsuhiko Asai
Original Assignee
Panasonic Corporation
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
    • Y10S310/80—Piezoelectric polymers, e.g. PVDF

Definitions

  • the present invention relates to a polymer actuator that can stably realize a large expansion and contraction operation with a simple and inexpensive configuration.
  • candidates for artificial muscle actuators include those that use conductive polymers, those that use polymers containing fine carbon particles (see, for example, Patent Document 1), and polymer structures that contain carbon nanotubes. Since these actuators use a phenomenon in which a structure containing a polymer material expands and contracts with the movement of ions, such an actuator is used as an ionic polymer actuator. They are collectively called.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C As an example of an artificial muscle actuator using a conductive polymer that is a kind of ionic polymer actuator, there is an actuator that generates a bending deformation as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C. Proposed.
  • This actuator has a structure in which a solid electrolyte molded body 32, which is an electrolyte housing layer, is sandwiched between poly-phosphorus film bodies 35a, 35b which are polymer structures using a conductive polymer.
  • the switch 37 When the switch 37 is turned on, the potential difference set at the power supply 36 is applied between the poly-phosphorus film bodies 35a and 35b, and as shown in FIG.
  • the anion is inserted and stretched, and the anion is released from the other polyphosphorus membrane 35a and contracts, resulting in the occurrence of flexure deformation (see, for example, Patent Document 3).
  • the electrode that does not use displacement is not necessarily required to be a conductive polymer, but a metal electrode is mainly used.
  • the displacement increases by providing a conductive polymer on the metal electrode.
  • the principle of the expansion and contraction of the ionic polymer actuator is based on the force that may be caused by electrostatic repulsion or the like due to the structural change of the polymer as well as the volume change due to the insertion of ions. It is configured to give a potential difference between two electrodes connected via an electrolyte housing layer, and a phenomenon corresponding to each other occurs in each electrode.
  • Such ionic polymer actuators are expected to be put to practical use as artificial muscles because some of them generate distortions comparable to muscles at a low voltage of 2 to 3V.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-176412
  • Patent Document 2 JP-A-2005-176428
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 11-169393
  • Non-Patent Document 1 Proceedings of SPIE, Vol. 4695, pages 8-16
  • the ionic polymer actuator uses the expansion and contraction of a flexible polymer structure, the shape of the stretched state and the contracted state change when a load is applied to the actuator.
  • the expansion / contraction range as the actuator changes.
  • the operating range must be limited to a reachable range by expansion and contraction in both cases of no load and when a load is applied. Will not be able to.
  • the method for measuring the charge is that the displacement of the ionic polymer actuator is a polymer structure. Since it depends on the number of charges in the structure or the number of ions corresponding to it, it is a method of measuring the number of charges entering and leaving the polymer structure and evaluating the stretched state. In this method, however, the number of charges is increased and decreased each time the actuator is operated, so that measurement errors are accumulated. For this reason, it is necessary to use a measurement system such as a high-accuracy charge measurement device, which has the disadvantage that the circuit is complicated and expensive.
  • the method using the plurality of sensors is a method in which, for example, a force sensor is provided in addition to the displacement sensor, and the expansion / contraction state is evaluated using the relationship between the load and the expansion / contraction range measured in advance. is there.
  • this method has the disadvantage that an extra force sensor is required and the cost is increased.
  • the method of continuously applying the constant voltage is a method of continuously applying a voltage at which the polymer structure expands or contracts at a voltage that does not deteriorate the polymer structure or the electrolyte housing layer. By doing so, the polymer structure approaches a certain stretched state with time.
  • this method if it takes time until the displacement of the polymer structure, which makes it difficult to determine the timing to change the applied voltage, is stabilized, the operation of the actuator becomes extremely slow, and the application is applied early.
  • the stretched state of the polymer structure becomes a transient response state, so that there is a drawback that the correlation with the applied voltage becomes low. Also, if the response speeds on the expansion side and contraction side are different, the displacement drifts to one side even when the voltage is periodically changed for the purpose of reciprocal operation! / When a craving phenomenon occurs!
  • a polymer actuator that realizes the maximum expansion and contraction operation without load without adding an extra system such as a charge measuring device or a force sensor is provided. There is to do.
  • the present invention is configured as follows.
  • the first polymer structure having conductivity, the electrolyte housing layer electrically connected to the first polymer structure, and the first height
  • a first polymer structure and a second polymer structure each having a molecular structure and a second polymer structure electrically connected through the electrolyte housing layer and having conductivity.
  • a polymer actuator characterized in that a potential difference between the first polymer structure and the second polymer structure is changed by displacing the second polymer structure.
  • the present invention it is possible to obtain a polymer activator that realizes the maximum expansion and contraction operation without depending on the load without adding an extra system such as a charge measuring device or a force sensor. it can. That is, according to the present invention, the potential difference between the first polymer structure and the second polymer structure is electrically connected to the first polymer structure. By displacing the second polymer structure that is mechanically weakly connected to the body
  • the actuator can be operated according to the stretched state of the second polymer structure corresponding to the stretched state of the first polymer structure without depending on the load applied to the first polymer structure. Therefore, it is possible to obtain a polymer actuator that realizes the maximum expansion and contraction operation without depending on the load without adding an extra system such as a charge measuring device or a force sensor.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing an artificial muscle actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a perspective view schematically showing the artificial muscle actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1A, showing an outline of the artificial muscle actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1A, showing an outline of the artificial muscle actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2C shows an outline of the artificial muscle actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view along line X—X in FIG.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1A, showing an outline of the artificial muscle actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2E is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1A, showing an outline of the artificial muscle actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2A.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an outline of an artificial muscle actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing an artificial muscle actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing an outline of the artificial muscle actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5C is a cross-sectional view schematically showing an artificial muscle actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5D is a cross-sectional view schematically showing an artificial muscle actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5E is a cross-sectional view schematically showing an artificial muscle actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing a cross section taken along line AA in FIG. 5A.
  • FIG. 6B is a diagram showing a cross section of line BB in FIG. 5A.
  • FIG. 7A is a view showing an outline of an artificial muscle actuator having a conventional configuration
  • FIG. 7B is a diagram showing an outline of a conventional artificial muscle activator
  • FIG. 7C is a diagram schematically showing an artificial muscle actuator having a conventional configuration.
  • the first polymer structure having conductivity, the electrolyte housing layer electrically connected to the first polymer structure, and the first height
  • a first polymer structure and a second polymer structure each having a molecular structure and a second polymer structure electrically connected through the electrolyte housing layer and having conductivity.
  • a polymer actuator characterized in that a potential difference between the first polymer structure and the second polymer structure is changed by displacing the second polymer structure.
  • the potential difference between the first polymer structure and the second polymer structure is electrically connected to the first polymer structure. Since the second polymer structure, which is mechanically weakly connected to the molecular structure, is displaced, the stretch of the first polymer structure does not depend on the load that is distorted by the first polymer structure.
  • the actuator can be operated according to the expansion / contraction state of the corresponding second polymer structure. Therefore, it is possible to obtain a polymer actuator that can stably realize a large expansion and contraction operation with a simple and inexpensive configuration.
  • the first polymer structure having conductivity, the electrolyte housing layer electrically connected to the first polymer structure, and the first height
  • a first polymer structure and a second polymer structure each having a molecular structure and a second polymer structure electrically connected through the electrolyte housing layer and having conductivity.
  • a displacement detector for detecting displacement of the second polymer structure
  • a potential difference switching unit configured to switch a potential difference applied between the first polymer structure and the second polymer structure to a different potential difference based on the displacement detected by the displacement detection unit.
  • a high-performance polymer actuator is provided. According to such a configuration, the actuator can be controlled according to the stretched state of the second polymer structure corresponding to the stretched state of the first polymer structure without depending on the load applied to the first polymer structure. It becomes like this. Therefore, it is possible to obtain a polymer actuator that can stably realize a large expansion and contraction operation with a simple and inexpensive configuration.
  • either one or both of the first polymer structure with conductivity and the second polymer structure with conductivity have high organic conductivity.
  • a polymer activator according to any one of the first and second embodiments which is a structure containing a molecule.
  • either or both of the first polymer structure having conductivity and the second polymer structure having conductivity have conductivity.
  • the polymer activator according to the fourth aspect wherein the conductive carbon material is a tubular carbon material.
  • the polymer activator according to the fourth aspect wherein the conductive carbon material is a granular carbon material.
  • the amount of carbon material in the polymer structure can be easily adjusted, and a polymer actuator having polymer structures with various characteristics can be easily obtained.
  • the first polymer structure having conductivity and the second polymer structure having conductivity have polymers having the same characteristics with respect to the surrounding environment.
  • Structure used It provides a polymer activator according to any one of the first to sixth embodiments, which is a structure.
  • the characteristics of the surrounding environment such as temperature change in other words, the influence of the surrounding environment such as temperature change is the same on the first polymer structure and the second polymer structure.
  • the correlation between the stretch states of the first polymer structure and the second polymer structure becomes high, and a polymer actuator capable of realizing a more stable stretching operation can be obtained.
  • the potential difference switching unit may convert the potential difference given between the first polymer structure and the second polymer structure into the second polymer structure.
  • the second polymer structure is switched to the first potential difference at which the second polymer structure expands.
  • the second polymer structure expands by more than a certain size, the second polymer structure
  • the polymer actuator according to any one of the first to seventh aspects is provided, wherein the polymer is configured to switch to a second potential difference that contracts.
  • the polymer actuator that continues to contract continues to expand when it contracts more than a certain dimension, and then continues to contract again when it expands beyond a certain dimension. Therefore, it is possible to obtain a polymer actuator that continuously performs a large expansion and contraction operation.
  • the potential difference switching unit is interposed between the first polymer structure and the second polymer structure by the stretching operation of the second polymer structure.
  • the polymer actuator according to the eighth aspect is a switch that mechanically switches the given potential difference between the first potential difference and the second potential difference.
  • the potential difference applied between the first polymer structure and the second polymer structure is always applied by a DC power source.
  • a polymer actuator according to any one of the embodiments is provided.
  • the output of the first polymer structure is generally transmitted to the outside via a mechanism that transmits the output only in one direction of expansion or contraction.
  • the polymer actuator according to any one of the first to the L0 embodiments is provided.
  • a polymer actuator capable of realizing a larger displacement can be obtained by continuously expanding and contracting the polymer actuator.
  • the polymer actuator according to the eleventh aspect wherein the mechanism for transmitting an output only in one direction is a mechanism including a ratchet mechanism. .
  • the mechanism for transmitting the output only in one direction is interlocked with the potential difference applied between the first polymer structure and the second polymer structure.
  • the high molecular weight actuator according to the eleventh aspect is provided, which is a mechanism including a mechanism for changing the transmission force.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the outline of a human muscular actuator 1 as an example of the polymer actuator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a perspective view showing the inside thereof
  • 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 2D, and FIG. 2E are cross-sectional views taken along the line X—X of FIG. 1A showing the behavior of the artificial muscle actuator 1.
  • 3A and 3B show a cross-sectional view taken along line AA and a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2A, respectively.
  • reference numerals 2 and 3 denote cylindrical films of inner and outer conductive polymers that are examples of polymer structures having conductivity.
  • Inner and outer conductive polymer tubes The conductive polymer that forms the membranes 2 and 3 is a material that expands and contracts with the oxidation-reduction reaction. Polypyrrole, polyarine, or polymethoxyline can be used. Polypyrrole is desirable because of its large displacement. .
  • the thickness of the conductive polymer film in the inner and outer conductive polymer tubular films 2 and 3 is preferably about several tens of meters. If it is thinner than that, it will be weak in strength, and if it is thicker than that, ions will not be able to enter and exit sufficiently inside the cylindrical membranes 2 and 3 of the conductive polymer.
  • the inner and outer conductive polymer tubular films 2 and 3 are surrounded by an insulating outer cylinder 10, an insulating inner cylinder 11, an insulating upper lid 12, and an insulating lower lid 13. They are electrically connected via an electrolyte 4 that is an electrolyte enclosure layer that fills the space.
  • the electrolyte solution 4 is desirable in that the ionic liquid is non-volatile and does not undergo electrolysis, and the potential window, which is the potential range, is wide.
  • the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 of the two inner and outer conductive polymer cylindrical membranes 2, 3 has four conductive rod-shaped protrusions 27a, 27b, 27c.
  • One end is clamped by a conductive 'conductive retaining ring 7a with a L-shaped cross section with 27d and a conductive' conductive or insulating 'retaining ring 9a, and the other end is also made of four conductive or insulating materials. It is clamped by a conductive or insulating retaining ring 7b having an L-shaped cross section with rod-shaped protrusions 27e, 27f, 27g, and 27h and a conductive or insulating retaining ring 9b.
  • the conductive retaining ring 7a is fixed to the insulating upper lid 12 by inserting the conductive rod-shaped protrusions 27a, 27b, 27c, 27d into the four fitting holes 12a of the upper lid 12 (that is, the inner side)
  • the holding ring 7b has four rod-shaped projections 27e, 27f, 27g, and 27h, and the bottom cover 13 has four penetrations.
  • 1A to 2B show the sealing members 22b and 22d, which are shown in FIG. 1A and FIG. 2B to correspond to the rod projections 27e, 27f, 27g and 27h, respectively. Is provided.
  • Rod-shaped protrusions 27e, 27f, 27 Each of g and 27h is provided with ratchet claws 16a, 16b, 16c and 16d (16b and 16d are not shown), and at least four ratchet teeth 14a are arranged along the outer circumference along the axial direction. It meshes with the insulating or conductive rod-shaped moving body 14 provided at intervals.
  • the ratchet claw 16a, 16b, 16c, 16d and the four ratchet teeth 14a constitute a ratchet mechanism.
  • the driving force is transmitted to the moving body 14 through the engagement of the claws 16a, 16b, 16c, 16d and the teeth 14a of the moving body 14.
  • the ratchet claws 16a, 16b, 16c, 16d and the teeth 14a of the moving body 14 do not mesh with each other, so that the driving force is not transmitted to the moving body 14. Therefore, in this first embodiment, the output of the inner conductive polymer tubular membrane 2 functions as an example of a mechanism that generally transmits the output only in one direction of contraction, as will be described in detail below. It is configured to be transmitted to the outside through a ratchet mechanism.
  • the moving body 14 is held in the radial direction by the bearings 15a and 15b disposed in the inner cylinder 11 in the vicinity of the upper lid 12 and the lower lid 13 so as not to prevent movement in the axial direction. ! RU
  • the outer conductive polymer tubular film 3 is also electrically connected to the conductive holding ring 6a having an L-shaped cross section provided with four conductive rod-shaped protrusions 26a, 26b, 26c, and 26d.
  • insulating retainer ring 8a is clamped at one end and the other end is also provided with four insulating or conductive rod-shaped protrusions 26e, 26f, 26g, 26h. It is clamped by the retaining ring 6b and the insulating or conductive holding ring 8b.
  • Retaining ring 6b Force Rod projections 26e, 26f, 26g, 26h are fixed to the insulating lower lid 13 by fitting them into the four fitting holes 13a of the lower lid 13 (that is, the outer conductive polymer).
  • the four rod-shaped protrusions 26a, 26b, 26c, and 26d of the retaining ring 6a pass through the four through holes 12b of the upper lid 12 to the outside. (That is, the upper end side of the outer conductive polymer tubular membrane 3 is movable with respect to the upper lid 12).
  • the rod-shaped protrusion 26a which functions as an example of a displacement detection unit that detects the displacement of the outer conductive polymer tubular membrane 3, is provided with a conductive elastic member (for example, a linear member made of panel steel) 19.
  • the electrical terminal 18 with a built-in permanent magnet is electrically connected!
  • the electrical terminal 18 is made of conductive and magnetic upper and lower electrodes 17a, 1 by the magnetic force of a built-in permanent magnet. It is configured as a switch that is always electrically connected to either force of 7b, and includes a control mechanism or electric potential with the electric terminal 18, the elastic member 19, the upper and lower electrodes 17a, 17b, and the DC power supplies 5a, 5b.
  • An example of the difference switching unit 100 is configured.
  • the magnetic force of the electrical terminal 18 and the elastic force of the elastic member 19 are obtained when the upper and lower electrodes 17a and 17b with which the electrical terminal 18 contacts are completely expanded when the outer conductive polymer tubular membrane 3 is fully extended. It is adjusted to reverse when it contracts. That is, the electrical terminal 18 (see FIG. 2D) that has been electrically connected to the upper electrode 17a comes into contact with the lower electrode 17b when the outer conductive polymer tubular film 3 is completely contracted. In contrast, the electrical terminal 18 (see FIG. 2A), which was electrically connected to the lower electrode 17b, on the contrary, the outer conductive polymer tubular membrane 3 was fully extended. At this point, it comes into contact with the upper electrode 17a (see FIG. 2D).
  • the electrodes 17a and 17b are held by insulating side plates 21a and 21b connected to the upper lid 12, and are electrically connected via DC power supplies 5a and 5b connected in series. Further, between the DC power supplies 5a and 5b, a wiring electrically connected to the holding ring 7a is electrically connected via the switch 28 and the rod-shaped protrusion 27a. Therefore, different potentials can be electrically connected to the holding ring 7a from the DC power supplies 5a and 5b through the switch 28.
  • the rod-like projections 26a, 26b, 26c, 26d are fixed to the Snows 23a, 23b, 23c, 23, and 3d, respectively.
  • a coil panel 24a, 24b, 24c, 24d which is an example of an elastic body, is sandwiched between the upper lid 12 so as to be compressed.
  • a force in the extending direction is always applied to the outer conductive polymer tubular film 3 by the coil vanes 24a, 24b, 24c, and 24d.
  • the arm When the arm is extended, it generates a driving force in the extending direction without buckling.
  • the artificial muscle actuator 1 when the artificial muscle actuator 1 is arranged along the vertical direction so that the upper side in FIG. Force applied in the extension direction due to its own weight, etc.Of course, as in the case of the outer conductive polymer tubular membrane 3, a force in the extension direction may be applied using a stopper and a coil panel. good. In this way, the force in the extending direction can be applied to the cylindrical membrane 2 of the inner conductive polymer 2 without depending on the direction of gravity. This is desirable.
  • the artificial muscle actuator 1 can be arranged in any direction such as the horizontal direction without being arranged along the vertical direction, as described above. desirable.
  • the coil panel may be a structure integrated with the cylindrical films 2 and 3 of the conductive polymer so that a force in the extending direction is always generated by the coil panel. This is desirable in that an extra space for arranging the coil panel is not required.
  • the conductivity of the coil panel exceeds the conductivity of the cylindrical membranes 2 and 3 of the conductive polymer, the conductivity of the cylindrical membranes 2 and 3 of the conductive polymer was improved by integrating them. As a result, the responsiveness of the artificial muscle meat character 1 can be improved.
  • a solenoid 20 as a holding mechanism for restricting the movement of the moving body 14 in the axial direction is provided on the upper lid 12, and a cylindrical shape of a conductive polymer is provided via the holding rings 6a and 7a. The same voltage as that applied between the membranes 2 and 3 is supplied.
  • the solenoid 20 is provided with a movable iron core in a coil, and is an actuator in which a shaft 20a connected to the movable iron core moves back and forth with respect to the outer surface of the moving body 14 depending on the direction of an input voltage.
  • the solenoid 20 accommodates the shaft 20a when the voltage of the DC power supply 5a is applied, the shaft 20a moves away from the outer surface of the moving body 14, and the moving body 14 moves freely in the axial direction (open state).
  • the shaft 20a When the voltage of the DC power supply 5b is applied, the shaft 20a is protruded to come into contact with the outer surface of the moving body 14, and the axial movement of the moving body 14 is restricted by the frictional force (holding state).
  • the shaft 20a is shaped to selectively contact the smooth outer diameter portion of the moving body 14. This is desirable in that the shaft 20a is less likely to be damaged even when a slippage occurs with the moving body 14 due to an external force.
  • the shaft 20a may be shaped to engage with the teeth 14a of the moving body 14. Such a shape is desirable in that a larger holding force can be obtained.
  • causes of the expansion and contraction of the cylindrical membranes 2 and 3 of the conductive polymer include entry and exit of ions (anions), entry and exit of cations (cations), and changes in the polymer structure.
  • 2A, 2B, 2C, 2D, and 2E in the explanation of the principle of deformation in materials such as polypyrrole, the main deformation mechanism is From now on, I will describe the entry and exit of Aon.
  • the artificial muscle actuator 1 By turning on the switch 28, the position of the moving body 14 is removed and the operation is repeated, so that one cycle will be described below.
  • FIG. 2A shows a state in which the cylindrical film 2 of the inner conductive polymer is expanded and the cylindrical film 3 of the outer conductive polymer is contracted as one state during the repetitive operation. .
  • a large number of ions are inserted into the inner conductive polymer cylindrical membrane 2, while the key ions inserted into the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 are inserted.
  • the outer conductive polymer tubular film 3 is contracted, the electric terminal 18 is pressed against the lower electrode 17b by a magnetic force. As a result, the holding ring 6a and the holding ring 7a In the meantime, the voltage generated by the DC power supply 5a is applied.
  • the outer conductive polymer tubular membrane 3 electrically connected to the holding ring 6a to which a positive potential is applied is inserted into the outer conductive polymer tubular membrane 3. While the film expands, the ion is released from the inner conductive polymer tubular membrane 2 electrically connected to the holding ring 7a to which a negative potential is applied, and the inner conductive high
  • the cylindrical membrane 2 of molecules begins to shrink. That is, the keyon moves in the direction indicated by the arrow in FIG. 2A. If this state continues, the state shown in Fig. 2B is obtained.
  • FIG. 2B shows that the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 is half the maximum displacement d generated by the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 during repeated operation, that is, the displacement (dZ2). Only shows the contracted state from FIG. 2A.
  • the inner conductive polymer tubular membrane 2 contracted by a displacement (dZ2), so the retaining ring 7b and the rod-shaped protrusion electrically connected to the inner conductive polymer tubular membrane 2 27a, 27b, 27c, 27d and ratchet claws 16a, 16b, 16c, 16d rise with respect to the outer cylinder 10 as they contract, and the moving body 14 also rises with respect to the outer cylinder 10.
  • the force indicated by the two-dot chain line at the lower end in FIG. 2B is the lower end position of the moving body 14 in FIG. 2A.
  • the solenoid 20 to which the voltage of the DC power supply 5a is applied is in an open state in which the shaft 20a is accommodated, so that the movement of the moving body 14 is not hindered.
  • the outer conductive polymer tubular membrane 3 is elongated, the retaining ring 6a rises together with the outer conductive polymer tubular membrane 3, and the retaining ring 6a passes through the elastic member 19.
  • a force due to the elastic force of the elastic member 19 is also applied to the electrical terminal 18 electrically connected to the upper side.
  • the electric terminal 18 is more elastic than the elastic force of the elastic member 19. Since the magnetic force is higher, the voltage applied to the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 and the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 does not change, and continues to the outer conductive polymer cylindrical membrane. The key membrane 3 is inserted and stretched, and the key detaches from the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 and contracts, resulting in the state shown in FIG. 2C.
  • the inner conductive polymer tubular membrane 2 contracts (in other words, contracts by the state force displacement d in FIG. 2A) further than the state of FIG.
  • the inner conductive polymer tubular film 2 contracts, and the moving body 14 continues to rise as it shrinks.
  • the retaining ring 6a continues to rise as the outer conductive polymer tubular membrane 3 expands, and when the elastic force of the elastic member 19 exceeds the magnetic force of the electric terminal 18, the electric terminal 18 comes into contact.
  • the solenoid 20 to which the voltage of the DC power supply 5b is applied is in a holding state in which the shaft 20a protrudes toward the moving body 14, and the shaft 20a moves in contact with the outer surface of the moving body 14. It will prevent the movement of body 14. As this state develops, it becomes the state shown in Figure 2D.
  • FIG. 2D shows that the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 is half the maximum displacement d generated by the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 during repeated operation, that is, the displacement (dZ2). Only shows the stretched state from Fig. 2C. Since the inner cylindrical membrane 2 of the conductive polymer has expanded from the state shown in Fig. 2C, the retaining ring 7b and the rod-shaped protrusions 27a, 27b, 27c, 27d and the ratchet claws 16a, 16b, 16c, 16di are lowered!
  • moving object 14 held by solenoid 20 keeps its position ( In other words, the lower end position of the moving body 14 is a position that is higher by the displacement d than the lower end position of the moving body 14 in FIG. It remains in place. )
  • the outer conductive polymer tubular film 3 is contracted, the retaining ring 6a is lowered together with the outer conductive polymer tubular film 3 with respect to the outer cylinder 10, and the electrical end.
  • the child 18 is subjected to a downward force by the elastic force of the elastic member 19.
  • FIG. 2E the cylindrical film 2 of the inner conductive polymer expands and the cylindrical film 3 of the outer conductive polymer contracts further than the state of FIG.
  • the state at the time when the magnetic force at terminal 18 is exceeded is shown.
  • This state is the same as FIG. 2A except that the moving body 14 is displaced by d.
  • the elastic force of the elastic member 19 exceeds the magnetic force of the electric terminal 18, the contact of the electric terminal 18 changes again from the upper electrode 17a to the lower electrode 17b, and the holding ring 6a and the holding ring 7a
  • the voltage generated by the DC power supply 5a is applied again.
  • the shaft 20a is housed in the solenoid 20 and changes to the open state.
  • the outer conductive polymer tubular membrane 3 electrically connected to the retaining ring 6a to which a positive potential is applied is inserted and expanded.
  • the inner conductive polymer tubular membrane 2 that is electrically connected to the holding ring 7a to which a negative potential is applied the ion is released and contracts. .
  • the moving body 14 is displaced by a displacement greater than or equal to the maximum displacement d generated by the inner conductive polymer tubular film 2. In other words, even if the maximum displacement d is in one cycle, for example, if the cycle is repeated twice, a displacement 2d that is twice the maximum displacement d will occur, and in one cycle.
  • a displacement greater than the maximum displacement d generated in the inner conductive polymer tubular membrane 2 can be generated. This is because the position of the moving body 14 moved by the maximum displacement d generated in the inner conductive polymer tubular membrane 2 in one cycle is held by the solenoid 20, and the inner conductive in the next cycle. This is because the maximum displacement d generated in the cylindrical membrane 2 of the conducting polymer can be transferred to the moving body 14.
  • the length of the inner conductive polymer tubular membrane 2 varies depending on the load applied to the moving body 14, but how much the inner conductive polymer tubular membrane 2 expands or contracts. The state of whether or not it is determined by the amount of anion inserted into the cylindrical film 2 of the inner conductive polymer.
  • the state in which the arion is sufficiently inserted is an expanded state
  • the state in which the anion is sufficiently detached is a contracted state.
  • the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 is electrically connected to the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 via the electrolyte solution 4, thereby including the DC power supply 5a or 5b. It forms part of the electric circuit, and the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 is also turned on in response to insertion and removal of the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 Will be removed and inserted. Furthermore, the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 and the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 do not have any mechanical interaction because of contact via the electrolyte solution 4, so known.
  • the inner conductive polymer tubular membrane 2 and the outer conductive polymer cylindrical film 3 are made of a material (for example, a polymer) having the same characteristics with respect to the surrounding environment. This is equivalent to the characteristics of the surrounding environment such as temperature (influence of external factors), and is also a force that increases the correlation force in expansion and contraction. Furthermore, the electrical capacity of the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 and the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 is the same as that of the outer conductive polymer cylindrical membrane 3. It is desirable to exceed the capacity of the cylindrical membrane 2 of the conductive polymer.
  • the outer conductive polymer tubular membrane 3 has a capacity V lower than that of the inner conductive polymer cylindrical membrane 2, and the outer conductive polymer cylindrical membrane 3
  • the expansion and contraction of the inner conductive high-molecular tubular membrane 2 is restricted, and the inner conductive polymer tubular membrane 2 cannot be fully vibrated. Because it ends up.
  • the outer conductive polymer tubular film 3 is displaced in accordance with the stretched or contracted state of the inner conductive polymer tubular film 2 so that the electrical terminal 18 is connected to the electrodes 17a,
  • the inner conductive polymer high-molecular tubular membrane 2 related to the load applied to the moving body 14 is allowed to have a maximum amplitude between the stretched state and the contracted state ( However, the amplitude range is the maximum displacement d).
  • the DC power supply 5a, 5b which is cheaper than the AC power supply, is a simple potential difference switching unit composed of the outer conductive polymer tubular film 3, the electrical terminal 18 and the electrodes 17a, 17b, etc. .
  • the function of the rod-shaped protrusions 26a connected to the outer conductive polymer tubular membrane 3 as a displacement detection unit is that the outer conductive polymer tubular membrane 3 is connected to the inner conductive polymer.
  • it is the counter electrode originally necessary for operating the cylindrical membrane 2 of the present invention, it is much easier than measuring the displacement and load of the conductive polymer membrane with an external sensor to determine the expansion / contraction state.
  • the configuration is inexpensive.
  • by combining simple mechanisms such as claws 16a, 16b, 16c, 16d, moving body 14, solenoid 20, etc., it is possible to further realize displacement beyond the generation of the inner conductive polymer tubular film 2. it can.
  • the cylindrical film 2 of the inner conductive polymer that is an example of the first polymer structure and the outer membrane that is an example of the second polymer structure is electrically connected.
  • the outer conductive polymer tubular film 3 is weakly connected, and the inner conductive film 2 is not dependent on the load applied to the inner conductive polymer tubular film 2. Since the actuator can be operated according to the expansion / contraction state of the outer conductive polymer tubular membrane 3 corresponding to the expansion / contraction state of the conductive polymer cylindrical membrane 2, extra charge measuring devices, force sensors, etc.
  • the first polymer structure can generate the maximum expansion and contraction without depending on the load.
  • the mechanism for transmitting the driving force in one direction to the moving body 14 is not limited to a mechanism that uses a ratchet mechanism for driving and uses a solenoid 20 for holding as in the present embodiment. Any combination of known techniques can be used as long as they achieve the same effect.
  • the potential difference applied between the inner and outer cylindrical conductive polymer membranes 2 and 3 is used to operate the solenoid 20, it is not directly operated by the potential difference.
  • the potential difference may be used as the command voltage.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an artificial muscle activator 1A as an example of the polymer activator of the second embodiment according to the present invention.
  • 5A, FIG. 5B, FIG. 5C, FIG. 5D, and FIG. 5E show X-X cross-sectional views showing the operation of the artificial muscle actuator 1A.
  • FIGS. 6A and 6B show a cross-sectional view taken along line 8-8 in FIG. 5A and a cross-sectional view taken along line ⁇ 8, respectively. It should be noted that parts having the same functions as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.
  • the output of the inner conductive polymer tubular membrane 2 is directly transmitted to the outside as a reciprocating motion.
  • This reciprocating operation is performed by changing the displacement direction in conjunction with the potential difference applied between the inner conductive polymer tubular membrane 2 and the outer conductive polymer membrane 3. I try to make it.
  • the output of the actuator 1A which corresponds to the moving body 14 in the first embodiment, is provided in the holding ring 7b and the through hole 13c in the center of the lower lid 13 It is designed to be taken out by an output shaft 25 that penetrates through and freely.
  • a stopper 23e is fixed to the output shaft 25, and a coil panel 24e, which is an example of an elastic body, is sandwiched between the stopper 23e and the lower lid 13 so as to be compressed.
  • the compressed coil panel 24e always applies a force in the extending direction to the inner conductive polymer tubular membrane 2, and when the inner conductive polymer tubular membrane 2 extends.
  • a driving force in the extension direction is generated without buckling.
  • the output shaft 25 is held in a freely movable manner in the axial direction while being restrained in the radial direction by the seal member 22 in the through hole 13c of the lower lid 13.
  • the conductive holding ring 7a is provided with only one conductive rod-like protrusion 27, and this is fitted into the fitting hole 12c of the insulating upper lid 12, so that the holding ring 7a is It is fixed to the top lid 12. Further, the holding ring 7a is provided with a T-shaped through-hole 38 having a T-shaped cross section that allows the inner space of the inner conductive polymer tubular membrane 2 and the outer space to always communicate with each other.
  • the electrolyte solution 4 inside and outside the tubular membrane 2 can move freely through the through-hole 38, and the inner conductive polymer tubular membrane 2 is prevented from being subjected to a pressure difference due to the electrolyte solution 4 inside and outside.
  • the wiring from the switch 28 is electrically connected to the holding ring 7a through the conductive rod-shaped protrusion 27.
  • FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D, and 5E The conductive polymer cylindrical films 2 and 3 and the state of the electrical terminal 18 in FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D, and 5E are shown in FIGS. 2A, 2B, 2C, and 5C, respectively. 2D and FIG. 2E, and in the second embodiment, by turning on the switch 28, a series of cycles similar to those in the first embodiment are repeated. However, the difference from the first embodiment is that the displacement generated by the inner conductive polymer tubular film 2 is taken out by the output shaft 25 as it is, so that the displacement generated by the actuator 1A has an amplitude d. This is a reciprocal motion.
  • the length of the inner conductive polymer tubular membrane 2 varies depending on the load applied to the output shaft 25.
  • the degree of expansion or contraction is determined by the amount of keyons inserted into the inner conductive polymer tubular membrane 2. That is, the state in which the ion is sufficiently inserted into the inner conductive polymer tubular membrane 2 is the stretched state of the inner conductive polymer tubular membrane 2, and the inner conductive polymer 2 The state in which the anion is sufficiently detached from the cylindrical film 2 of the force. The inner conductive polymer cylindrical film 2 is contracted.
  • the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 is electrically connected to the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 via the electrolytic solution 4, thereby including the DC power supply 5a or 5b.
  • a part of the electrical circuit is formed, and the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 is also inserted into and removed from the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 in response to insertion and removal of the ion. -On and off will be performed and inserted.
  • the inner conductive polymer tubular film 2 as an example of the first polymer structure and the outer polymer film as an example of the second polymer structure.
  • the electrical potential difference between the conductive polymer cylindrical membrane 3 and the inner conductive polymer cylindrical membrane 2 is electrically connected.
  • the outer conductive polymer tubular film 3 is weakly connected, and the inner conductive film 2 is not dependent on the load applied to the inner conductive polymer tubular film 2. Since the actuator 1A can be operated according to the expansion / contraction state of the outer conductive polymer cylindrical membrane 3 corresponding to the expansion / contraction state of the conductive polymer tubular membrane 2, a charge measuring device, a force sensor, etc.
  • the polymer actuator 1A that can realize the maximum expansion and contraction operation regardless of the load without adding an extra system is obtained. It is possible.
  • the present invention can be similarly implemented.
  • the case where an organic conductive polymer having high conductivity is used as the conductive polymer structure has been described.
  • the polymer structure having the structure is not limited to this, and the same functional effect can be obtained even in a structure in which a conductor is combined with a polymer structure.
  • a structure in which a granular carbon material such as carbon fine particles is contained in a fluorine-based polymer is desirable because the characteristics of the polymer structure can be adjusted by the content of the carbon particles.
  • a structure using a tube-shaped carbon material such as a carbon nanotube instead of carbon fine particles is desirable because stable conductivity can be obtained even when the polymer structure expands and contracts.
  • the conductor included in the polymer structure is not limited to carbon but may be a metal conductor.
  • the principle of elongation and contraction is not limited to the oxidation-reduction reaction, and the structural change of the polymer may be due to electrostatic repulsion. In either case, since there is a correlation between the displacement of the first polymer structure and the second polymer structure, it can be similarly implemented.
  • the polymer structure with conductivity is stretched in the extension direction.
  • the force that uses the coil panel to give the driving force is not limited to this. It is also possible to use a structure that applies a tensile force to the external polymer structure with a weight, By forming a high molecular structure using a polymer having only strength that does not buckle when stretched, it may be operated alone without an additional elastic element.
  • cylindrical membranes 2 and 3 of the polymer structure are not mechanically affected by the elastic deformation of each other even in the case of a solid electrolyte having a gel structure or the like, in which the electrolyte housing layer is not necessarily limited to a liquid. It can be used if there is a degree of sliding at the interface or the flexibility of the solid electrolyte.
  • the potential difference applied between the first polymer structure and the second polymer structure need not be limited to two types, and it does not matter if the types are increased as necessary.
  • the potential difference switching unit 100 that changes the potential difference according to the displacement of the second polymer structure is also not limited to the method using the magnetic force in the above-described embodiment, and performs switching according to the displacement. Any known technique can be used.
  • the power source is an inexpensive DC power source, but the present invention is not limited to this, and an AC power source or a power source that outputs an arbitrary waveform voltage may be used. good.
  • the polymer actuator according to the present invention is capable of obtaining an actuator that realizes the maximum expansion and contraction operation without depending on the load without adding an extra system such as a charge measuring device or a force sensor. It is useful as an artificial muscle activator.
  • the present invention can be used as an arm tendon.
  • the present invention can also be used as an actuator for a self-propelled robot in which the end-carrying person moves forward and backward with respect to the fixed rail.

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Abstract

　導電性を備えた第１高分子構造体と、前記第１高分子構造体と電気的に接続された電解質托体層と、前記第１高分子構造体と前記電解質托体層を介して電気的に接続される導電性を備えた第２高分子構造体とを備えて、前記第１高分子構造体と前記第２高分子構造体との間に電位差を与えることで前記第１高分子構造体および前記第２高分子構造体が伸縮する高分子アクチュエータにおいて、前記第２高分子構造体を変位させることにより、前記第１高分子構造体と前記第２高分子構造体との間の電位差を変化させる。

Description

高分子ァクチユエータ
技術分野
[0001] 本発明は、簡単かつ安価な構成で大きな伸縮動作を安定して実現できる高分子ァ クチユエータに関する。
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は、導電性高分子を用 Vヽたァクチユエータ、カーボン微粒子を含有した高分子を用いたァクチユエータ（例 えば、特許文献 1参照）、カーボンナノチューブを含む高分子構造体を用いたァクチ ユエータ (例えば、特許文献 2参照）等があり、これらのァクチユエータはイオンの動き に伴って高分子材料を含む構造体が伸縮する現象を利用していることから、イオン 性高分子ァクチユエータと総称されて 、る。
[0003] イオン性高分子ァクチユエータの一種である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 7A,図 7B,図 7C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、導電性高分子を用い た高分子構造体であるポリア-リン膜体 35a、 35bで電解質托体層である固体電解 質成形体 32を挟み込む構造となっている。スィッチ 37をオンすることで、電源 36〖こ おいて設定された電位差がポリア-リン膜体 35a、 35b間に与えられ、図 7Bに示され るように、一方のポリア-リン膜体 35b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 35aからは陰イオンが離脱して収縮し、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 3参照)。
[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であるポリア-リン膜体 35a、 35b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 層である固体電解質成形体 32を液体もしくはゲル状の物質とすることで、両電極で あるポリア-リン膜体 35a、 35bの変形がお互いに影響しないようにし、二つのポリア 二リン膜体 35a、 35bののうちの!/、ずれか片方の導電性高分子膜 35a又は 35b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いる。この 場合、変位を利用しない方の電極については、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 、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 1参照)。
[0005] イオン性高分子ァクチユエータが伸縮する原理には、このようなイオンの挿入による 体積変化だけでなぐ高分子の構造変化による場合ゃ静電反発などによる場合など もある力 いずれの場合においても電解質托体層を介して接続された二電極間に電 位差を与える構成となっており、それぞれの電極では互いに対応した現象が発生す ることになる。このようなイオン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ものもあることから、人工筋肉としての実用化が期待さ れている。
[0006] 特許文献 1 :特開 2005— 176412号公報
特許文献 2 :特開 2005— 176428号公報
特許文献 3：特開平 11― 169393号公報
非特許文献 1 : Proceedings of SPIE, Vol. 4695の 8〜16ページ
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかし、イオン性高分子ァクチユエータは柔軟な高分子構造体の伸縮を利用してい ることから、ァクチユエータに負荷が加わった場合には、伸長状態、収縮状態の形状 もそれぞれ変化することになり、ァクチユエータとしての伸縮範囲が変化することにな る。このため、一般的な位置制御では、無負荷の場合と負荷が加わった場合のいず れにおいても伸縮によって到達可能な範囲に動作範囲を限定させなければならない ので、ァクチユエータを最大限伸縮させることができないことになる。
[0008] このような課題に対応するためには、ァクチユエータの伸縮状態に応じて動作状態 を変化させるようにする必要がある。そのための方法としては、電荷を計測する方法、 複数のセンサを用いる方法、一定電圧を印加し続ける方法などが考えられる。
[0009] 前記電荷を計測する方法とは、イオン性高分子ァクチユエータの変位が高分子構 造体中の電荷もしくはそれに対応したイオンの数に依存することから、高分子構造体 に出入りする電荷の数を計測し、それにより伸縮状態を評価する方法である。しかし この方法では、ァクチユエータを動作させるたびに電荷数の加減が行われるため、計 測誤差が累積されることになる。そのため、高精度な電荷計測装置などの計測系を 用いる必要があり、回路が複雑、高価になるという欠点がある。
[0010] 次に、前記複数のセンサを用いる方法とは、例えば変位センサに加えて力センサを 備え、あらかじめ計測しておいた負荷と伸縮範囲の関係を用いて伸縮状態を評価す る方法である。し力しこの方法では、余分に力センサが必要となることからコスト増に なるという欠点がある。
[0011] そして、前記一定電圧を印加し続ける方法とは、高分子構造体や電解質托体層が 劣化しない程度の電圧で高分子構造体が伸長もしくは収縮する電圧を印加し続ける 方法である。このようにすることで、高分子構造体は、時間とともに一定の伸縮状態に 近づいていくことになる。しかしこの方法では、印加電圧を変化させるタイミングを決 定するのが難しぐ高分子構造体の変位が確実に安定するまで時間をかけた場合に は、ァクチユエータの動作が極めて遅くなり、早めに印加電圧を変化させるように動 作させた場合には、高分子構造体の伸縮状態は過渡応答の状態になるので、印加 電圧との相関が低くなつてしまうという欠点がある。また、伸長側と収縮側の応答速度 が異なる場合には、往復動作を意図して電圧を周期的に変化させた場合にも、片側 に変位がドリフトして！/ヽく現象が発生すると!/ヽぅ問題も生じる。
[0012] 従って、本発明の目的は、力かる点に鑑み、電荷計測装置や力センサなどの余分 なシステムを追加することなぐ負荷によらない最大限の伸縮動作を実現する高分子 ァクチユエータを提供することにある。
課題を解決するための手段
[0013] 前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。
[0014] 本発明の第 1態様によれば、導電性を備えた第 1高分子構造体と、前記第 1高分子 構造体と電気的に接続された電解質托体層と、前記第 1高分子構造体と前記電解 質托体層を介して電気的に接続されかつ導電性を備えた第 2高分子構造体とを備え て、前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との間に電位差を与えることで 前記第 1高分子構造体および前記第 2高分子構造体がそれぞれ伸縮する高分子ァ クチユエータにおいて、
前記第 2高分子構造体を変位させることにより、前記第 1高分子構造体と前記第 2 高分子構造体との間の電位差を変化させることを特徴とする高分子ァクチユエータを 提供する。
発明の効果
[0015] よって、本発明によれば、電荷計測装置や力センサなどの余分なシステムを追加す ることなぐ負荷によらない最大限の伸縮動作を実現する高分子ァクチユエ一タを得 ることができる。すなわち、本発明によれば、第 1高分子構造体と第 2高分子構造体と の間の前記電位差を、第 1高分子構造体と電気的に接続されているが、第 1高分子 構造体とは機械的に弱い接続となっている第 2高分子構造体を変位させることにより
、第 1高分子構造体に加わる負荷に依存せずに第 1高分子構造体の伸縮状態に対 応した第 2高分子構造体の伸縮状態に応じてァクチユエータを動作させられるように なる。従って、電荷計測装置や力センサなどの余分なシステムを追加することなぐ負 荷によらな 、最大限の伸縮動作を実現する高分子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
[0016] 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 1A]図 1A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 1B]図 1B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 、図 1 Aの X— X線断面図であり、
[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 、図 1 Aの X— X線断面図であり、
[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 、図 1 Aの X— X線断面図であり、
[図 2D]図 2D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 、図 1 Aの X— X線断面図であり、
[図 2E]図 2E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 、図 1 Aの X— X線断面図であり、
[図 3A]図 3Aは、図 2Aにおける A— A線の断面を示す図であり、
[図 3B]図 3Bは、図 2Aにおける B— B線の断面を示す図であり、
[図 4]図 4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斜 視図であり、
[図 5A]図 5A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 断面図であり、
[図 5B]図 5B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 断面図であり、
[図 5C]図 5C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 断面図であり、
[図 5D]図 5D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 断面図であり、
[図 5E]図 5E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 断面図であり、
[図 6A]図 6Aは、図 5Aにおける A— A線の断面を示す図であり、
[図 6B]図 6Bは、図 5Aにおける B— B線の断面を示す図であり、
[図 7A]図 7A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 7B]図 7B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 7C]図 7C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る。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 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。
[0018] 以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の 種々の態様にっ 、て説明する。
[0019] 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。
[0020] 本発明の第 1態様によれば、導電性を備えた第 1高分子構造体と、前記第 1高分子 構造体と電気的に接続された電解質托体層と、前記第 1高分子構造体と前記電解 質托体層を介して電気的に接続されかつ導電性を備えた第 2高分子構造体とを備え て、前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との間に電位差を与えることで 前記第 1高分子構造体および前記第 2高分子構造体がそれぞれ伸縮する高分子ァ クチユエータにおいて、
前記第 2高分子構造体を変位させることにより、前記第 1高分子構造体と前記第 2 高分子構造体との間の電位差を変化させることを特徴とする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、第 1高分子構造体と第 2高分子構造体との間の電位差を 、第 1高分子構造体と電気的に接続されているが、第 1高分子構造体とは機械的に 弱い接続となっている第 2高分子構造体を変位させるので、第 1高分子構造体にカロ わる負荷に依存せずに第 1高分子構造体の伸縮状態に対応した第 2高分子構造体 の伸縮状態に応じてァクチユエータを動作させられるようになる。従って、簡単かつ安 価な構成で大きな伸縮動作を安定して実現できる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 2態様によれば、導電性を備えた第 1高分子構造体と、前記第 1高分子 構造体と電気的に接続された電解質托体層と、前記第 1高分子構造体と前記電解 質托体層を介して電気的に接続されかつ導電性を備えた第 2高分子構造体とを備え て、前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との間に電位差を与えることで 前記第 1高分子構造体および前記第 2高分子構造体がそれぞれ伸縮する高分子ァ クチユエータにおいて、
前記第 2高分子構造体の変位を検知する変位検知部と、
前記変位検知部により検知された変位をもとに、前記第 1高分子構造体と前記第 2 高分子構造体との間に与えられる電位差を異なる電位差に切替える電位差切替部と をさらに備えることを特徴とする高分子ァクチユエータを提供する。 このような構成によれば、第 1高分子構造体に加わる負荷に依存せずに第 1高分子 構造体の伸縮状態に対応した第 2高分子構造体の伸縮状態に応じてァクチユエータ を制御できるようになる。従って、簡単かつ安価な構成で大きな伸縮動作を安定して 実現できる高分子ァクチユエータを得ることができる。
[0023] 本発明の第 3態様によれば、前記導電性を備えた第 1高分子構造体および前記導 電性を備えた第 2高分子構造体のどちらかもしくは両方が、有機導電性高分子を含 む構造体であることを特徴とする第 1〜2態様のいずれか 1つに記載の高分子ァクチ ユエータを提供する。
[0024] このような構成によれば、高分子自体が導電性を持っため、他の物質を混ぜる必 要が無ぐより安定した特性の高分子構造体を有する高分子ァクチユエータを得るこ とがでさる。
[0025] 本発明の第 4態様によれば、前記導電性を備えた第 1高分子構造体および前記導 電性を備えた第 2高分子構造体のどちらかもしくは両方に、導電性を有する炭素素 材が含まれることを特徴とする第 1〜3態様のいずれか 1つに記載の高分子ァクチュ エータを提供する。
[0026] このような構成によれば、高分子自体が導電性を持たな 、場合でも、伸縮動作が可 能な高分子構造体を得ることができるようになるので、より容易に高分子ァクチユエ一 タを得ることがでさる。
[0027] 本発明の第 5態様によれば、前記導電性を有する炭素素材が、チューブ状の炭素 素材であることを特徴とする第 4態様に記載の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、伸縮動作する際にも、安定して高分子構造体の導電性を 確保できる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 6態様によれば、前記導電性を有する炭素素材が、粒状の炭素素材で あることを特徴とする第 4態様に記載の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、高分子構造体内の炭素素材量の調整が容易になり、様 々の特性の高分子構造体を有する高分子ァクチユエータを容易に得ることができる。
[0031] 本発明の第 7態様によれば、前記導電性を備えた第 1高分子構造体と前記導電性 を備えた第 2高分子構造体が、周辺環境に対する特性が同一の高分子を用いた構 造体であることを特徴とする第 1〜6態様のいずれか 1つに記載の高分子ァクチユエ ータを提供する。
[0032] このような構成によれば、温度変化等の周辺環境に対する特性、言い換えれば、温 度変化等の周辺環境による影響が第 1高分子構造体と第 2高分子構造体とに同様 に現れることになるので、第 1高分子構造体と第 2高分子構造体の伸縮状態の相関 性が高くなり、より伸縮動作を安定して実現できる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 8態様によれば、前記電位差切替え部は、前記第 1高分子構造体と前 記第 2高分子構造体との間に与えられる前記電位差を、前記第 2高分子構造体が一 定寸法以上収縮したときには前記第 2高分子構造体が伸長動作する第 1電位差に 切り替え、逆に前記第 2高分子構造体が一定寸法以上伸長したときには前記第 2高 分子構造体が収縮動作する第 2電位差に切り替えるように構成して!/ヽることを特徴と する第 1〜7態様のいずれ力 1つに記載の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、収縮し続けている高分子ァクチユエータは一定寸法以上 収縮した段階で伸長し続けるようになり、その後、一定寸法以上伸長した段階で再び 収縮し続けるようになるので、大きな伸縮動作を連続して行う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 9態様によれば、前記電位差切替え部が、前記第 2高分子構造体の伸 縮動作によって前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との間に与えられる 前記電位差を、前記第 1電位差と前記第 2電位差との間で機械的に切り替えるスイツ チであることを特徴とする第 8態様に記載の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、より簡単かつ安価な構成で大きな伸縮動作を安定して実 現できる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 10態様によれば、前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との 間に与えられる前記電位差が、常に直流電源によって与えられることを特徴とする第 1〜9態様のいずれか 1つに記載の高分子ァクチユエータを提供する。
[0038] このような構成によれば、より簡単かつ安価な構成で大きな伸縮動作を安定して実 現できる高分子ァクチユエータを得ることができる。 [0039] 本発明の第 11態様によれば、前記第 1高分子構造体の出力が、概して伸長もしく は収縮の一方向へのみ出力を伝達する機構を介して外部に伝達されるよう構成され ていることを特徴とする第 1〜： L0態様のいずれか 1つに記載の高分子ァクチユエータ を提供する。
[0040] このような構成によれば、高分子ァクチユエータを連続して伸縮させることでより大き な変位を実現できる高分子ァクチユエータを得ることができる。
[0041] 本発明の第 12態様によれば、前記一方向へのみ出力を伝達する機構が、ラチエツ ト機構を含む機構であることを特徴とする第 11態様に記載の高分子ァクチユエータ を提供する。
[0042] このような構成によれば、一方向にのみ第 1高分子構造体の出力を伝達することが 容易になり、大きな変位を実現できる高分子ァクチユエータを得ることができる。
[0043] 本発明の第 13態様によれば、前記一方向へのみ出力を伝達する機構が、前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との間に与えられる前記電位差と連動して 伝達力を変化させる機構を含む機構であることを特徴とする第 11態様に記載の高分 子ァクチユエータを提供する。
[0044] このような構成によれば、摩擦力を調節する機構のために新たな制御装置を設ける 必要が無くなり、より簡単かつ安価な構成で大きな変位を実現できる高分子ァクチュ エータを得ることができる。
[0045] 以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
[0046] (第 1実施形態）
図 1Aは、本発明にかかる第 1実施形態の高分子ァクチユエータの一例としての人 ェ筋肉ァクチユエータ 1の概略を示した斜視図であり、図 1Bはその内部の様子を示 した斜視図である。また図 2A、図 2B、図 2C、図 2D、図 2Eには人工筋肉ァクチユエ ータ 1の動作の様子を示す図 1Aの X—X線の断面図を示している。さらに、図 3A、 図 3Bには、図 2Aにおける A— A線の断面図と B— B線の断面図をそれぞれ示して いる。
[0047] 図 2A〜図 2Eにおいて、 2、 3は導電性を備えた高分子構造体の一例である内側 および外側の導電性高分子の筒状膜である。内側および外側の導電性高分子の筒 状膜 2、 3を構成する導電性高分子は、酸化還元反応に伴って伸縮する素材であり、 ポリピロール、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、内側および外側の導電性高分子の筒状膜 2、 3 における導電性高分子膜の厚みは数十 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筒状膜 2、 3の内部まで十分にィォ ンが出入りできなくなるので望ましくない。
[0048] 内側および外側の導電性高分子の筒状膜 2、 3は、絶縁性の外筒 10、絶縁性の内 筒 11、絶縁性の上蓋 12、絶縁性の下蓋 13に囲まれた空間を満たす電解質托体層 である電解液 4を介して電気的に接続されている。電解液 4としては、イオン性液体が 不揮発性で、かつ電気分解しな 、電位の範囲である電位窓が広 ヽと ヽつた点で望ま しい。
[0049] 内側および外側の 2つの導電性高分子の筒状膜 2、 3のうちの内側の導電性高分 子の筒状膜 2は、 4本の導電性の棒状突起 27a、 27b、 27c、 27dを備えた断面 L字 状の導電'性の保持リング 7aと導電'性又は絶縁'性の押さえリング 9aによって一端をク ランプされており、もう一端も 4本の導電性又は絶縁性の棒状突起 27e、 27f、 27g、 2 7hを備えた断面 L字状の導電性又は絶縁性の保持リング 7bと導電性又は絶縁性の 押さえリング 9bによってクランプされている。図 1A〜図 2B中には棒状突起 27hが示 されていないが、棒状突起 27e、 27f、 27g、 27hは、それぞれ棒状突起 27a、 27b、 27c, 27dに対向する位置に設けられている。導電性の保持リング 7aが、導電性の棒 状突起 27a、 27b、 27c、 27dを上蓋 12の 4個の嵌合穴 12aにはめ込む形で絶縁性 の上蓋 12に固定される（すなわち、内側の導電性高分子の筒状膜 2の上端側が上 蓋 12に固定される）一方で、保持リング 7bは、その 4本の棒状突起 27e、 27f、 27g、 27h力 下蓋 13の 4個の貫通穴 13bを貫通し、下蓋 13の 4個の貫通穴 13bに設けら れたシ一ノレ咅材 22a、 22b, 22c, 22dにより半径方向を拘束されて!/、る力 軸方向 には移動自在に保持されている（すなわち、内側の導電性高分子の筒状膜 2の下端 側が下蓋 13に対して移動可能となっている）。図 1 A〜図 2B中にはシール部材 22b 、 22d力示されて!/ヽな!ヽカ シーノレ咅材 22a、 22b, 22c, 22diまそれぞれ棒状突起 27e、 27f、 27g、 27hに対応するように設けられている。また棒状突起 27e、 27f、 27 g、 27hには、それぞれラチエツトの爪 16a、 16b、 16c、 16d (16b、 16dは図示されて いない）が設けられており、少なくとも軸方向沿いに 4本のラチエツトの歯 14aを外周 沿いに 90度間隔で備えた絶縁性又は導電性の棒状の移動体 14とかみ合って 、る。 すなわち、ラチエツトの爪 16a、 16b、 16c、 16dと 4本のラチエツトの歯 14aとでラチェ ット機構を構成するようにしている。これにより、図 2Aにおいて保持リング 7bが上昇す るときその駆動力は爪 16a、 16b、 16c、 16dと移動体 14の歯 14aとのかみ合いを介 して移動体 14に伝達される力 保持リング 7bが下降するときにはラチヱットの爪 16a、 16b、 16c、 16dと移動体 14の歯 14aとはかみ合わないためその駆動力は移動体 14 に伝達されないことになる。よって、この第 1実施形態では、前記内側の導電性高分 子の筒状膜 2の出力が、以下に詳述するように、概して収縮の一方向へのみ出力を 伝達する機構の一例として機能するラチェット機構を介して、外部に伝達されるよう構 成されている。
[0050] また、移動体 14は、上蓋 12と下蓋 13の近傍の内筒 11内に配置された軸受 15a、 1 5bにより、軸方向への移動を妨げな ヽように半径方向に保持されて！、る。
[0051] 外側の導電性高分子の筒状膜 3も同様に、 4本の導電性の棒状突起 26a、 26b、 2 6c、 26dを備えた断面 L字状の導電性の保持リング 6aと導電性又は絶縁性の押さえ リング 8aによって一端をクランプされており、もう一端も 4本の絶縁性又は導電性の棒 状突起 26e、 26f、 26g、 26hを備えた断面 L字状の絶縁性又は導電性の保持リング 6bと絶縁性又は導電性の押さえリング 8bによってクランプされている。保持リング 6b 力 棒状突起 26e、 26f、 26g、 26hを下蓋 13の 4個の嵌合穴 13aにはめ込む形で、 絶縁性の下蓋 13に固定される（すなわち、外側の導電性高分子の筒状膜 3の下端 側が下蓋 13に固定される）一方で、保持リング 6aの 4本の棒状突起 26a、 26b、 26c 、 26dは、上蓋 12の 4個の貫通穴 12bを貫通して外部に突出している（すなわち、外 側の導電性高分子の筒状膜 3の上端側が上蓋 12に対して移動可能となっている)。 外側の導電性高分子の筒状膜 3の変位を検知する変位検知部の一例として機能す る棒状突起 26aには、導電性の弾性部材 (例えば、パネ鋼製の線状部材） 19を介し て永久磁石を内蔵した電気端子 18が電気的に接続されて!ヽる。この電気端子 18は 、内蔵した永久磁石の磁力によって導電性かつ磁性体の上側と下側の電極 17a、 1 7bのどちら力と必ず電気的に接続するスィッチのように構成されており、電気端子 18 と弾性部材 19と上側と下側の電極 17a、 17bと直流電源 5a、 5bとで制御機構又は電 位差切替部 100の一例を構成するものである。電気端子 18の磁力と弾性部材 19の 弾性力は、電気端子 18が接触する上側と下側の電極 17a、 17bが、外側の導電性 高分子の筒状膜 3が完全に伸長した時点および完全に収縮した時点で反転するよう に調整されている。すなわち、上側の電極 17aと電気的に接続していた電気端子 18 (図 2D参照）は、外側の導電性高分子の筒状膜 3が完全に収縮した時点で下側の 電極 17bと接触するようになり（図 2A参照）、逆に下側の電極 17bと電気的に接続し ていた電気端子 18 (図 2A参照）は、外側の導電性高分子の筒状膜 3が完全に伸長 した時点で上側の電極 17aと接触するようになる（図 2D参照)。また、電極 17aと電極 17bは、上蓋 12に接続された絶縁性の側板 21a、 21bによって保持されるとともに、 直列接続された直流電源 5a、 5bを介して電気的に接続されている。また、直流電源 5a、 5bの間には、スィッチ 28と棒状突起 27aを介して、保持リング 7aと導通した配線 が電気的に接続されている。よって、スィッチ 28を介して、直流電源 5a、 5b〖こより、異 なる電位が保持リング 7aに電気的に接続可能となっている。
[0052] また、棒状突起 26a、 26b、 26c、 26d【こ ίま、それぞれス卜ッノ ー 23a、 23b、 23c、 2 3d力固定されており、ストッノ 一 23a、 23b、 23c、 23dそれぞれと上蓋 12との間に弾 性体の一例であるコイルパネ 24a、 24b、 24c、 24dを圧縮するように挟み込んでいる 。これにより、外側の導電性高分子の筒状膜 3には常に伸長方向への力がコイルバ ネ 24a、 24b、 24c、 24dにより加えられることになり、外側の導電性高分子の筒状膜 3が伸長する際にも、座屈することなく伸長方向への駆動力を発生するようになって いる。
[0053] 一方、内側の導電性高分子の筒状膜 2については、図 2Aの上側が鉛直方向上側 となるように人工筋肉ァクチユエータ 1が上下方向沿いに配置された場合には、移動 体 14等の自重により伸長方向への力が加えられている力 もちろん、外側の導電性 高分子の筒状膜 3と同様に、ストッパーとコイルパネを用いて伸長方向への力が加え られるようにしても良い。このように伸長方向への力をカ卩えるようにすることは、重力方 向に依存せずに、内側の導電性高分子の筒状膜 2に伸長方向への力を加えられる ようになるので、望ましい。言い換えれば、人工筋肉ァクチユエータ 1の配置方向を前 記したように上下方向沿 、に配置しなくても、横方向など任意の方向に向けて配置 することができ、配置の自由度が大きくなるので望ましい。さらに、コイルパネを導電 性高分子の筒状膜 2、 3と一体の構造物として、常に伸長方向への力をコイルパネに より発生させるようにしても良い。このようにすることは、コイルパネを配置するための 余分のスペースが不要になる点で望ましい。また、コイルパネの導電率が導電性高 分子の筒状膜 2、 3の導電率を上回る場合には、一体化させることで導電性高分子の 筒状膜 2、 3の導電率を向上させたのと同じ効果を得ることができるようになり、人工筋 肉ァクチユエータ 1の応答性が向上するという効果も得ることができるようになる。
[0054] さらに、上蓋 12上には、移動体 14の軸方向の移動を規制するための保持機構で あるソレノイド 20が備えられ、保持リング 6a、 7aを介して、導電性高分子の筒状膜 2、 3の間に印加される電圧と同じ電圧が供給されている。ソレノイド 20は、コイル内に可 動鉄心を設けたものであり、入力電圧の向きによって可動鉄心に連結された軸 20a が前後して移動体 14の外面に対して接離するァクチユエータである。ソレノイド 20は 、直流電源 5aの電圧が印加されたときに軸 20aを収納して、軸 20aが移動体 14の外 面から離れて、移動体 14の軸方向移動を自由にし（開放状態）、直流電源 5bの電圧 が印加されたときに軸 20aを突出させて移動体 14の外面に接触して摩擦力により移 動体 14の軸方向移動を拘束するようになっている (保持状態)。なお、軸 20aは、移 動体 14の滑らかな外径部分に選択的に接触するような形状となっている。これは、外 力により移動体 14との間に滑りが発生するような事態が生じた場合にも、軸 20aが破 損しにくい点で望ましい。一方で、軸 20aを移動体 14の歯 14aとかみ合うような形状と しても良い。このような形状は、より大きな保持力が得られるという点で望ましい。
[0055] 次に、この人工筋肉ァクチユエータ 1の作用を説明する。
[0056] 導電性高分子の筒状膜 2、 3が伸長、収縮する原因としては、ァ-オン (陰イオン） 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 2 B、図 2C、図 2D、図 2E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 いては、ァ-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-オンの出入りについて述べることにする。また、人工筋肉ァクチユエータ 1は、ス イッチ 28をオンにすることで、移動体 14の位置を除 、て繰り返し動作をするようにな るので、以降ではその 1サイクルについて説明する。
[0057] 図 2Aは、繰り返し動作中の 1つの状態として、内側の導電性高分子の筒状膜 2が 伸長し、外側の導電性高分子の筒状膜 3が収縮した状態を示している。この状態で は、内側の導電性高分子の筒状膜 2には多数のァ-オンが挿入されている一方で、 外側の導電性高分子の筒状膜 3に挿入されているァ-オンは少数になっている。外 側の導電性高分子の筒状膜 3が収縮しているので、電気端子 18は、下側電極 17b に磁力によって押しつけられている状態となり、その結果、保持リング 6aと保持リング 7aとの間には、直流電源 5aが発生する電圧が印加されることになる。正の電位が与 えられた保持リング 6aと電気的に接続された外側の導電性高分子の筒状膜 3には、 ァ-オンが挿入されて外側の導電性高分子の筒状膜 3が伸長していく一方で、負の 電位が与えられた保持リング 7aと電気的に接続された内側の導電性高分子の筒状 膜 2からはァ-オンが離脱して内側の導電性高分子の筒状膜 2が収縮していくように なる。すなわち、図 2A中に矢印で示す方向にァ-オンが移動することになる。この状 態が続くことで、図 2Bの状態となる。
[0058] 図 2Bは、内側の導電性高分子の筒状膜 2が、内側の導電性高分子の筒状膜 2が 繰り返し動作中に発生させる最大変位 dの半分だけ、すなわち変位 (dZ2)だけ、図 2Aより収縮した状態を示している。図 2Aと比べて内側の導電性高分子の筒状膜 2 が変位 (dZ2)だけ収縮したので、内側の導電性高分子の筒状膜 2と電気的に接続 された保持リング 7bと棒状突起 27a、 27b, 27c, 27dとラチエツトの爪 16a、 16b、 16 c、 16dは、その収縮につれて外筒 10に対して上昇し、同時に移動体 14も外筒 10に 対して上昇することになる。図 2B中の下端に 2点鎖線で示しているの力 図 2Aにお ける移動体 14の下端位置である。また、直流電源 5aの電圧が印加されているソレノ イド 20は、軸 20aを収納する開放状態となっており、移動体 14の移動を妨げないよう になっている。一方、外側の導電性高分子の筒状膜 3は伸長しているので、保持リン グ 6aは外側の導電性高分子の筒状膜 3と共に上昇し、弾性部材 19を介して保持リン グ 6aと電気的に接続された電気端子 18にも弾性部材 19の弾性力による力が上方向 に加わることになる。しかし、この状態では弾性部材 19の弾性力よりも電気端子 18の 磁力が上回っているので、内側の導電性高分子の筒状膜 2と外側の導電性高分子 の筒状膜 3に印加される電圧は変化せず、引き続き、外側の導電性高分子の筒状膜 3にはァ-オンが挿入されて伸長し、内側の導電性高分子の筒状膜 2からはァ-ォ ンが離脱し収縮していき、図 2Cの状態となる。
[0059] 図 2Cは、図 2Bの状態よりさらに、内側の導電性高分子の筒状膜 2が収縮し (言い 換えれば、図 2Aの状態力 変位 dだけ収縮し)、外側の導電性高分子の筒状膜 3が 伸長して、弾性部材 19の弾性力が電気端子 18の磁力を上回った時点における状態 を示している。この状態に至るまでは、内側の導電性高分子の筒状膜 2は収縮し、そ れにつれて移動体 14は上昇し続けている。一方、外側の導電性高分子の筒状膜 3 の伸長につれて保持リング 6aが上昇し続け、弾性部材 19の弾性力が電気端子 18の 磁力を上回るようになった時点で、電気端子 18が接触するのが、下側電極 17bから 上側電極 17aに変化し、保持リング 6aと保持リング 7aとの間には直流電源 5bが発生 する電圧が印加されるようになっている。このため、反応の方向（ァ-オンの出入りの 方向）はこれ以降反転し、内側の導電性高分子の筒状膜 2にァニオンが挿入され、 外側の導電性高分子の筒状膜 3からァ-オンが離脱するようになり、今までとは逆に 、内側の導電性高分子の筒状膜 2が伸長、外側の導電性高分子の筒状膜 3が収縮 し出すようになる。一方で、直流電源 5bの電圧が印加されるようになったソレノイド 20 は、軸 20aを移動体 14に向けて突出させた保持状態となり、軸 20aが移動体 14の外 面に接触して移動体 14の移動を妨げるようになる。この状態が進展することで、図 2 Dの状態となる。
[0060] 図 2Dは、内側の導電性高分子の筒状膜 2が、内側の導電性高分子の筒状膜 2が 繰り返し動作中に発生させる最大変位 dの半分だけ、すなわち変位 (dZ2)だけ、図 2 Cより伸長した状態を示している。図 2Cの状態から内側の導電性高分子の筒状膜 2 が伸長したので、保持リング 7bと棒状突起 27a、 27b、 27c、 27dとラチエツトの爪 16a 、 16b、 16c、 16diま下降して!/ヽる力 ラチエツ卜の爪 16a、 16b、 16c、 16d力 ^移動体 1 4の歯 14aにかみ合っていないため、ソレノイド 20により保持された移動体 14は、そ の位置を保ち続けている（言い換えれば、移動体 14の下端位置は、図 2Cと同様に、 2点鎖線で示された図 2Aにおける移動体 14の下端位置よりも変位 dだけ上昇した位 置のままである。 ) o一方、外側の導電性高分子の筒状膜 3は収縮しているので、保 持リング 6aは外側の導電性高分子の筒状膜 3と共に外筒 10に対して下降し、電気端 子 18は弾性部材 19の弾性力による力が下方向に加わることになる。しかし、この状 態では弾性部材 19の弾性力よりも電気端子 18の磁力が上回っているので、内側の 導電性高分子の筒状膜 2と外側の導電性高分子の筒状膜 3に印加される電圧は変 化せず、引き続き、内側の導電性高分子の筒状膜 2にはァニオンが挿入されて伸長 し、外側の導電性高分子の筒状膜 3からはァ-オンが離脱し収縮していき、図 2Eの 状態となる。
図 2Eは、図 2Dの状態よりさらに、内側の導電性高分子の筒状膜 2が伸長し、外側 の導電性高分子の筒状膜 3が収縮して、弾性部材 19の弾性力が電気端子 18の磁 力を上回った時点における状態を示して 、る。この状態は移動体 14が dだけ変位し たのを除けば、図 2Aと同じ状態である。この状態では、弾性部材 19の弾性力が電気 端子 18の磁力を上回ったため、電気端子 18が接触するのが上側電極 17aから下側 電極 17bに再び変化し、保持リング 6aと保持リング 7aとの間には、直流電源 5aが発 生する電圧が再び印加されるようになる。それにつれて、ソレノイド 20も軸 20aが収納 されて開放状態に変化している。直流電源 5aが発生する電圧により、正の電位が与 えられた保持リング 6aと電気的に接続された外側の導電性高分子の筒状膜 3には、 ァ-オンが挿入されて伸長していく一方で、負の電位が与えられた保持リング 7aと電 気的に接続された内側の導電性高分子の筒状膜 2からは、ァ-オンが離脱し収縮し ていくようになる。この一連のサイクルが繰り返されることで、移動体 14には、内側の 導電性高分子の筒状膜 2の発生する最大変位 d以上の変位が発生することになる。 言い換えれば、 1回のサイクルでは最大変位 dであっても、例えば、前記サイクルが 2 回繰り返されると、前記最大変位 dの 2倍の変位 2dが発生することになり、 1回のサイ クルで内側の導電性高分子の筒状膜 2で発生する最大変位 d以上の変位を発生さ せることができる。これは、 1回のサイクルで内側の導電性高分子の筒状膜 2で発生し た最大変位 dだけ移動した移動体 14の位置をソレノイド 20で保持した状態で、次の サイクルで内側の導電性高分子の筒状膜 2で発生する最大変位 dを移動体 14にカロ えることができるためである。 以上のサイクルにおいて、内側の導電性高分子の筒状膜 2の長さは移動体 14に加 わる負荷により変動するが、内側の導電性高分子の筒状膜 2がどの程度伸長もしくは 収縮しているかの状態については、内側の導電性高分子の筒状膜 2に挿入されたァ 二オンの量によって決定される。すなわち、ァ-オンが十分に挿入された状態が伸長 状態であり、ァニオンが十分に離脱した状態が収縮状態となる。一方で、内側の導電 性高分子の筒状膜 2は電解液 4を介して外側の導電性高分子の筒状膜 3と電気的に 接続されることで、直流電源 5aもしくは 5bを含めた電気回路の一部を形成しており、 内側の導電性高分子の筒状膜 2のァ-オンの挿入及び離脱に対応して外側の導電 性高分子の筒状膜 3にもァ-オンの離脱及び挿入が行われることになる。さら〖こ、内 側の導電性高分子の筒状膜 2と外側の導電性高分子の筒状膜 3は電解液 4を介した 接触のために機械的な相互作用はな 、ので、既知の負荷の下で動作する外側の導 電性高分子の筒状膜 3の変位によって内側の導電性高分子の筒状膜 2がどの程度 伸長もしくは収縮しているかが見積もれることになる。このとき、内側の導電性高分子 の筒状膜 2と外側の導電性高分子の筒状膜 3は周辺環境に対する特性が同一の素 材 (例えば高分子）により構成されることが望ましい。これは、気温等の周辺環境に対 する特性 (外部要因における影響)も同等に受けることで、伸縮動作における相関性 力 り高まる力もである。さらに、内側の導電性高分子の筒状膜 2と外側の導電性高 分子の筒状膜 3の電気的容量にっ 、ては、外側の導電性高分子の筒状膜 3の容量 が内側の導電性高分子の筒状膜 2の容量を上回るのが望ましい。これは、外側の導 電性高分子の筒状膜 3の容量が内側の導電性高分子の筒状膜 2の容量を下回って V、ると、外側の導電性高分子の筒状膜 3が伸長や収縮した段階で内側の導電性高 分子の筒状膜 2の収縮や伸長が制限されてしまい、内側の導電性高分子の筒状膜 2 の能力を完全には生力せなくなってしまうからである。本実施形態では、内側の導電 性高分子の筒状膜 2の伸長状態や収縮状態に対応して外側の導電性高分子の筒 状膜 3を変位させることにより、電気端子 18が電極 17a、 17bのどちらに電気的に接 続するかが切り替わることで、移動体 14に加わる負荷に関係なぐ内側の導電性高 分子の筒状膜 2を伸長状態と収縮状態との間での最大振幅 (但し、振幅幅は最大変 位 dである。）で往復動作をさせることができるようになつている。このときに利用される のは、交流電源に比べて安価な直流電源 5a、 5bであり、外側の導電性高分子の筒 状膜 3、電気端子 18および電極 17a、 17b等より構成される簡易な電位差切替え部 である。特に、外側の導電性高分子の筒状膜 3に連結される棒状突起 26aを変位検 知部として機能させることは、外側の導電性高分子の筒状膜 3が内側の導電性高分 子の筒状膜 2を動作させるために元々必要な対極であることを考えると、外部センサ により導電性高分子膜の変位や負荷を計測して伸縮状態を判断する場合に比べて 、非常に簡単かつ安価な構成であると言える。さらに、爪 16a、 16b、 16c、 16d、移 動体 14、ソレノイド 20等の簡単な機構を組み合わせることで、内側の導電性高分子 の筒状膜 2の発生する以上の変位をさらに実現することもできる。
[0063] 以上のように、第 1実施形態によれば、第 1高分子構造体の一例である内側の導電 性高分子の筒状膜 2と第 2高分子構造体の一例である外側の導電性高分子の筒状 膜 3との間の電位差を、内側の導電性高分子の筒状膜 2と電気的に接続されている 力 内側の導電性高分子の筒状膜 2とは機械的に弱い接続となっている外側の導電 性高分子の筒状膜 3の変位に応じて変化させるので、内側の導電性高分子の筒状 膜 2に加わる負荷に依存せずに内側の導電性高分子の筒状膜 2の伸縮状態に対応 した外側の導電性高分子の筒状膜 3の伸縮状態に応じてァクチユエータを動作させ られるようになるので、電荷計測装置や力センサなどの余分なシステムを追加するこ となぐ負荷によらない最大限の伸縮動作を第 1高分子構造体に発生させられるよう になって \ /、る。さらに、爪 16a、 16b、 16c、 16dと移動体 14の歯 14aとの力み合!/、に より駆動力が伝達されているので、内側と外側の導電性高分子膜の筒状膜 2, 3の伸 縮により発生する変位以上の変位を実現する高分子ァクチユエータが得られている。
[0064] なお、移動体 14に一方向への駆動力を伝達する機構については、本実施形態の ように駆動用にラチエツト機構を用い、保持にソレノイド 20を用いる機構に限定される ものではなく、同様の作用を実現するものであれば、あらゆる公知技術の組み合わせ が利用可能である。また、ソレノイド 20を動作させるのに内側と外側の導電性高分子 膜の筒状膜 2, 3との間に印加される電位差を利用する場合についても、その電位差 で直接動作させずに、その電位差を指令電圧として利用するようにしても良い。
[0065] (第 2実施形態） 図 4は、本発明にかかる第 2実施形態の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 1Aの概略を示した斜視図である。また図 5A、図 5B、図 5C、図 5 D、図 5Eには人工筋肉ァクチユエータ 1Aの動作の様子を示す X—X断面図を示し ている。さらに、図 6A、図 6Bには、図 5Aにおける八ー八線の断面図と ー 線の断 面図をそれぞれ示している。なお、前述した第 1実施形態と同様の機能を果たす部 分には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
[0066] この第 2実施形態では、前記内側の導電性高分子の筒状膜 2の出力が、直接、外 部に往復動作として伝達されるよう構成されているものである。この往復動作は、内 側の導電性高分子の筒状膜 2と外側の導電性高分子膜の筒状膜 3との間に与えら れる前記電位差と連動して変位方向を変化させて行わせるようにしている。
[0067] 具体的には、第 2実施形態では、第 1実施形態における移動体 14に相当するもの はなぐァクチユエータ 1Aの出力は、保持リング 7bに設けられかつ下蓋 13の中心の 貫通穴 13cを移動自在に貫通した出力軸 25によって外部に取り出されるようになつ ている。出力軸 25には、ストッパー 23eが固定されており、ストッパー 23eと下蓋 13と の間に弾性体の一例であるコイルパネ 24eを圧縮するように挟み込んでいる。この圧 縮されたコイルパネ 24eにより、内側の導電性高分子の筒状膜 2には常に伸長方向 への力が加えられることになり、内側の導電性高分子の筒状膜 2が伸長する際にも座 屈することなく伸長方向への駆動力を発生するようになっている。また、出力軸 25は 、下蓋 13の貫通穴 13c内のシール部材 22によって、半径方向に拘束しつつ、軸方 向には移動自由に保持されて!ヽる。
[0068] 一方で、導電性の保持リング 7aには導電性の棒状突起 27が 1本だけ設けられ、こ れが絶縁性の上蓋 12の嵌合穴 12cにはめ込まれることで、保持リング 7aを上蓋 12に 固定している。さらに、保持リング 7aには、内側の導電性高分子の筒状膜 2の内部側 の空間と外部側の空間とを常時連通させる断面 T字状の貫通穴 38が設けられ、内側 の導電性高分子の筒状膜 2の伸縮に伴って筒状膜 2の内外にある電解液 4が貫通穴 38を通じて相互に自在に移動できるようになっており、内側の導電性高分子の筒状 膜 2に内外の電解液 4による圧力差が加わることを防止している。また、スィッチ 28か らの配線は、導電性の棒状突起 27を介して保持リング 7aに電気的に接続されている [0069] 次に、この人工筋肉ァクチユエータ 1Aの作用を説明する。
[0070] 図 5A、図 5B、図 5C、図 5D、図 5Eにおける導電性高分子の筒状膜 2、 3や電気端 子 18の状態などは、それぞれ図 2A、図 2B、図 2C、図 2D、図 2Eと同じであり、第 2 実施形態においても、スィッチ 28をオンにすることで、前記した第 1実施形態と同様 な一連のサイクルを繰り返すこととになる。ただし、第 1実施形態と異なる点は、内側 の導電性高分子の筒状膜 2が発生する変位がそのまま出力軸 25によって取り出され ることから、ァクチユエータ 1Aにより発生させる変位動作は、振幅が dの往復動作とい うことになる。
[0071] このような一連のサイクルにおいて、内側の導電性高分子の筒状膜 2の長さは出力 軸 25に加わる負荷により変動するが、内側の導電性高分子の筒状膜 2がどの程度 伸長もしくは収縮しているかの状態については、内側の導電性高分子の筒状膜 2に 挿入されたァ-オンの量によって決定される。すなわち、内側の導電性高分子の筒 状膜 2にァ-オンが十分に挿入された状態が、内側の導電性高分子の筒状膜 2の伸 長状態であり、内側の導電性高分子の筒状膜 2からァニオンが十分に離脱した状態 力 内側の導電性高分子の筒状膜 2の収縮状態となる。一方で、内側の導電性高分 子の筒状膜 2は電解液 4を介して外側の導電性高分子の筒状膜 3と電気的に接続さ れることで、直流電源 5aもしくは 5bを含めた電気回路の一部を形成しており、内側の 導電性高分子の筒状膜 2のァ-オンの挿入及び離脱に対応して外側の導電性高分 子の筒状膜 3にもァ-オンの離脱及び挿入が行われることになる。
[0072] さら〖こ、内側の導電性高分子の筒状膜 2と外側の導電性高分子の筒状膜 3は電解 液 4を介した接触のために機械的な相互作用はな 、ので、既知の負荷の下で動作 する外側の導電性高分子の筒状膜 3の変位によって、内側の導電性高分子の筒状 膜 2がどの程度伸長もしくは収縮しているかが見積もれることになるので、外側の導 電性高分子の筒状膜 3を変位させることにより、電気端子 18が電極 17a、 17bのどち らに電気的に接続するかが切り替わることで、出力軸 25に加わる負荷に関係なぐ内 側の導電性高分子の筒状膜 2を伸長状態と収縮状態との間での最大振幅 dで往復 動作をさせることができるようになって ヽる。 [0073] 以上のように、第 2実施形態によれば、第 1高分子構造体の一例である内側の導電 性高分子の筒状膜 2と第 2高分子構造体の一例である外側の導電性高分子の筒状 膜 3との間の電位差を、内側の導電性高分子の筒状膜 2と電気的に接続されている 力 内側の導電性高分子の筒状膜 2とは機械的に弱い接続となっている外側の導電 性高分子の筒状膜 3の変位に応じて変化させるので、内側の導電性高分子の筒状 膜 2に加わる負荷に依存せずに内側の導電性高分子の筒状膜 2の伸縮状態に対応 した外側の導電性高分子の筒状膜 3の伸縮状態に応じてァクチユエータ 1Aを動作さ せられるようになるので、電荷計測装置や力センサなどの余分なシステムを追加する ことなぐ負荷によらない最大限の伸縮動作を実現できる高分子ァクチユエータ 1Aを 得ることができる。
[0074] なお、前記様々な実施形態では、ァ-オン動作の場合にっ 、て説明したが、カチ オンの出入りにより動作するカチオン駆動においても同様に実施可能である。
[0075] また、内側の導電性高分子の筒状膜 2と外側の導電性高分子の筒状膜 3とで出入 りするイオンが異なる場合にっ 、ても同様に実施可能である。
[0076] また、本実施形態では、導電性を有する高分子構造体として、高分子自体が導電 性を持つ有機導電性高分子を用いた場合につ!ヽて説明を行ったが、導電性を有す る高分子構造体はこれに限定されるわけではなぐ高分子構造体に導電体を複合さ せたような構造体でも同様の機能効果を得ることができる。例えばフッ素系の高分子 にカーボンの微粒子などの粒状の炭素素材を含有させた構造体は、カーボン微粒 子の含有量により高分子構造体の特性を調整できるので望ましい。また、カーボン微 粒子の代わりにカーボンナノチューブ等のチューブ状の炭素素材を用いた構造体は 高分子構造体が伸長、収縮する際にも安定した導電性を得ることができるので望まし い。また、高分子構造体に含める導電体はカーボンに限定されるわけではなぐ金属 系の導電体であってもよい。
[0077] さらに、伸長、収縮の原理も酸化還元反応に限定されるわけではなぐ高分子の構 造変化ゃ静電反発によるものであっても良い。いずれの場合についても、第 1高分子 構造体と第 2高分子構造体の変位には相関があるので、同様に実施可能である。
[0078] また、前記様々な実施形態では、導電性を備えた高分子構造体に伸長方向への 駆動力を与えるためにコイルパネを用いている力 伸長方向への駆動力を与える方 法はこれに限るわけではなぐ重りにより外部力 高分子構造体に引っ張り力を与え る構造としても良 、し、伸長時に座屈しな 、だけの強度を有する高分子を用いた高 分子構造体とすることで、付加的な弾性要素の無い単体で動作させても良い。
[0079] さらに、電解質托体層も液体に限定する必要はなぐゲル構造などによる固体電解 質でも、高分子構造体の筒状膜 2、 3が互いの弾性変形の影響を機械的に受けない 程度の界面における滑りもしくは固体電解質の柔軟性がある場合には利用可能であ る。
[0080] また、第 1高分子構造体と第 2高分子構造体との間に印加する電位差は 2種類に限 定する必要はなぐ必要に応じて種類を増やしても力まわない。
[0081] さらに、第 2高分子構造体の変位に応じて電位差を変化させる電位差切替部 100 も、前記した実施形態における磁力を利用した方式に限定されるものではなぐ変位 に応じてスイッチングを行うあらゆる公知技術が利用可能である。
[0082] また、電源にっ ヽても安価な直流電源であることが望まし 、が、これに限定されるわ けではなぐ交流電源や任意波形の電圧を出力する電源等を利用しても良い。
[0083] これら!/、ずれの場合につ!、ても、本発明に含まれる。
[0084] なお、前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
[0085] 本発明にかかる高分子ァクチユエータは、電荷計測装置や力センサなどの余分な システムを追加することなぐ負荷によらない最大限の伸縮動作を実現するァクチュ 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。人 ェ筋肉ァクチユエータのより具体的な例としては、腕の腱として本発明は利用可能で ある。また、前記第 1実施形態の移動体を固定レールとすると、固定レールに対して 了クチユエータ自身が進退移動する、自走式ロボットのァクチユエータとしても本発明 は利用可能である。
[0086] 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] 導電性を備えた第 1高分子構造体と、前記第 1高分子構造体と電気的に接続され た電解質托体層と、前記第 1高分子構造体と前記電解質托体層を介して電気的に 接続されかつ導電性を備えた第 2高分子構造体とを備えて、前記第 1高分子構造体 と前記第 2高分子構造体との間に電位差を与えることで前記第 1高分子構造体およ び前記第 2高分子構造体がそれぞれ伸縮する高分子ァクチユエータにおいて、 前記第 2高分子構造体を変位させることにより、前記第 1高分子構造体と前記第 2 高分子構造体との間の電位差を変化させる高分子ァクチユエータ。
[2] 導電性を備えた第 1高分子構造体と、前記第 1高分子構造体と電気的に接続され た電解質托体層と、前記第 1高分子構造体と前記電解質托体層を介して電気的に 接続されかつ導電性を備えた第 2高分子構造体とを備えて、前記第 1高分子構造体 と前記第 2高分子構造体との間に電位差を与えることで前記第 1高分子構造体およ び前記第 2高分子構造体がそれぞれ伸縮する高分子ァクチユエータにおいて、 前記第 2高分子構造体の変位を検知する変位検知部と、
前記変位検知部により検知された変位をもとに、前記第 1高分子構造体と前記第 2 高分子構造体との間に与えられる電位差を異なる電位差に切替える電位差切替部と をさらに備える高分子ァクチユエータ。
[3] 前記導電性を備えた第 1高分子構造体および前記導電性を備えた第 2高分子構 造体のどちらかもしくは両方が、有機導電性高分子を含む構造体である請求項 1又 は 2に記載の高分子ァクチユエータ。
[4] 前記導電性を備えた第 1高分子構造体および前記導電性を備えた第 2高分子構 造体のどちらかもしくは両方に、導電性を有する炭素素材が含まれる請求項 1又は 2 に記載の高分子ァクチユエータ。
[5] 前記導電性を有する炭素素材が、チューブ状の炭素素材である請求項 4に記載の 高分子ァクチユエータ。
[6] 前記導電性を有する炭素素材が、粒状の炭素素材である請求項 4に記載の高分 子ァクチユエータ。
[7] 前記導電性を備えた第 1高分子構造体と前記導電性を備えた第 2高分子構造体が 、周辺環境に対する特性が同一の高分子を用いた構造体である請求項 1又は 2に記 載の高分子ァクチユエータ。
[8] 前記電位差切替え部は、前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との間に 与えられる前記電位差を、前記第 2高分子構造体が一定寸法以上収縮したときには 前記第 2高分子構造体が伸長動作する第 1電位差に切り替え、逆に前記第 2高分子 構造体が一定寸法以上伸長したときには前記第 2高分子構造体が収縮動作する第 2電位差に切り替えるように構成して 、る請求項 2に記載の高分子ァクチユエータ。
[9] 前記電位差切替え部が、前記第 2高分子構造体の伸縮動作によって前記第 1高分 子構造体と前記第 2高分子構造体との間に与えられる前記電位差を、前記第 1電位 差と前記第 2電位差との間で機械的に切り替えるスィッチである請求項 8に記載の高 分子ァクチユエータ。
[10] 前記第 1高分子構造体と前記第 2高分子構造体との間に与えられる前記電位差が 、常に直流電源によって与えられる請求項 1又は 2に記載の高分子ァクチユエータ。
[11] 前記第 1高分子構造体の出力が、概して伸長もしくは収縮の一方向へのみ出力を 伝達する機構を介して外部に伝達されるよう構成されている請求項 1又は 2に記載の 高分子ァクチユエータ。
[12] 前記一方向へのみ出力を伝達する機構が、ラチェット機構を含む機構である請求 項 11に記載の高分子ァクチユエータ。
[13] 前記一方向へのみ出力を伝達する機構が、前記第 1高分子構造体と前記第 2高分 子構造体との間に与えられる前記電位差と連動して伝達力を変化させる機構を含む 機構である請求項 11に記載の高分子ァクチユエータ。
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