WO2009084305A1 - アクチュエータアレイおよびアクチュエータアレイの駆動方法 - Google Patents

アクチュエータアレイおよびアクチュエータアレイの駆動方法 Download PDF

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WO2009084305A1
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WO
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actuator
actuators
stator
mover
actuator array
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PCT/JP2008/068579
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Inventor
Shozo Otera
Yoshiaki Kono
Original Assignee
Murata Manufacturing Co., Ltd.
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    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1075—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with muscles or tendons
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    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
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    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • H02N2/046—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification for conversion into rotary motion

Definitions

  • the present invention relates to an actuator array in which a plurality of actuators are arranged, and more particularly to an actuator array suitable for artificial muscles.
  • actuators drive devices
  • the actuator may be used alone, but it is also common to connect and use a plurality of actuators for the purpose of changing the rotation direction, the extension direction of the actuator, or the amount of extension.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-834457 discloses an expansion / contraction structure in which two hollow elastic bodies having different amounts of variation due to pressurization are connected in series.
  • One hollow elastic body has characteristics such as poor responsiveness and low accuracy but large displacement and high flexibility against external force.
  • the other hollow elastic body has the characteristics that the displacement is small and the flexibility is low but the response is good and the accuracy is high. Therefore, the disclosed expansion / contraction structure has characteristics of large displacement, high flexibility, good responsiveness, and high accuracy.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170884 discloses a fibrous actuator in which a plurality of actuators are connected in series along the axial direction, and a muscular actuator array in which a plurality of fibrous actuators are bundled. It is disclosed. Japanese Patent Laying-Open No. 2005-83477 JP 2001-170884 A
  • the control of an actuator array in which a plurality of conventional actuators are arranged becomes difficult as the number of actuators included in the actuator array increases. In particular, it is difficult to control artificial muscles using a large number of actuators.
  • the timing of drive signals is also important because the generated force of each actuator is controlled in a coordinated manner.
  • the command value for each actuator is obtained by decomposing the target value of what kind of operation the actuator array should perform.
  • this method of disassembly is not uniquely determined, the control becomes unstable. There is also a problem that it ends up.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an actuator array suitable for artificial muscles.
  • an actuator array including a plurality of actuators including a stator and a mover. Adjacent actuators are connected to each other.
  • the stator and the mover can be relatively moved along a predetermined movement axis when not driven.
  • the stator has a displacement portion that causes displacement at least in the radial direction during driving.
  • the mover has a pressure receiving portion that receives a displacement by the displacement portion of the stator and exerts an acting force in one direction of the moving shaft. The acting force generated by the pressure receiving portion during driving is larger than the force required for the stator and the mover to move relative to each other when not driven.
  • the plurality of actuators are connected in series.
  • the plurality of actuators are connected in parallel.
  • the actuator array includes a plurality of actuators connected in series and connected in parallel.
  • the plurality of actuators are connected in parallel by elastically connecting the movers to each other.
  • the plurality of actuators include a plurality of actuator groups having different response characteristics with respect to a common drive signal.
  • the plurality of actuator groups operate at different timings with respect to a common drive signal.
  • the actuator groups are arranged in order of operation timing in order from the end of the actuator array.
  • the plurality of actuators generate different output energies with respect to a common drive signal.
  • the number of actuators to be driven among a plurality of actuators can be changed.
  • a driving method for driving the actuator array by a common driving signal includes dividing a plurality of actuators into a plurality of actuator groups, setting the response characteristics of each actuator group to be different from each other, and applying a drive signal to each actuator having the response characteristics set. Providing a step.
  • a driving method for driving the actuator array by a common driving signal for driving the actuator array by a common driving signal.
  • a power supply system including a capacitor supplies a voltage to each actuator when a drive signal is given.
  • the driving method includes a step of dividing a plurality of actuators into a plurality of actuator groups, setting the capacities of capacitors included in each actuator group to be different from each other, and a step of giving a driving signal to each actuator.
  • a driving method for driving the actuator array by a driving signal includes a step of setting the number of actuators driven by the driving signal and a step of supplying a driving signal to each actuator.
  • the actuator array according to the present invention includes actuators that contract in one direction on the shaft when driven and move freely when not driven. Therefore, in controlling the operation of the actuator array, it is not necessary to control the operations of all the actuators included in the actuator array. Therefore, according to the present invention, an actuator array suitable for artificial muscles can be provided.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of a stator 200. It is a schematic diagram which shows the structure of the stator 250 according to a modification. It is a schematic diagram which shows the structure of the actuator which generate
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of an actuator according to the first embodiment. It is a figure for demonstrating the principal part of the actuator according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a structure of an actuator array according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a structure of an actuator array according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a structure of an actuator array according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a structure of an actuator array according to a fourth embodiment. It is a figure for demonstrating two actuators from which the response start time with respect to the same signal differs mutually. It is a figure of the circuit which sets the threshold value of each element using an electronic volume.
  • FIG. 10 is a diagram of a power supply system according to a sixth embodiment. It is a figure which shows the relationship between the excitation number of an element, and a distortion-stress characteristic.
  • the present invention provides an actuator array capable of realizing a behavior approximating the movement of a muscle of a living thing.
  • the muscles of living organisms have a basic structure of actin and myosin that connects actin. During muscle tension, myosin slides into the actin (slides), thereby reducing the distance between the actin and realizing the contraction motion. On the other hand, at the time of muscle relaxation, actin and myosin are in a very loose binding state, and myosin freely changes the relative relationship with actin with a small external force. In other words, the muscles of a living body contract in one direction when in a tension state, and freely stretch or contract in response to an external force when in a relaxed state.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a mechanism to which an actuator according to the present invention is applied.
  • mechanism 1 typically has two members 10 and 20 linked to each other, and two members 10 and 20 rotate relative to each other about a link portion. It is possible to move.
  • a plurality of actuators according to the present invention are connected in series between the member 10 and the member 20 on the upper side and the lower side of the page.
  • the actuator according to the present invention includes a mover (rotor) 100 and a stator (stator) 200 as a basic structure.
  • a plurality of movers 100 and stators 200 are alternately connected to realize an overall contraction / relaxation motion.
  • the actuator disposed on the upper side of the drawing performs a “shrinkage” operation, while on the lower side of the drawing.
  • the arranged actuator performs a “sliding” operation.
  • the rigidity of the mechanism 1 can be increased by performing the “shrinkage” operation of the two actuators disposed on the upper side and the lower side of the paper. That is, the relative position between the member 10 and the member 20 can be fixed by performing the “shrinkage” operation of both the two actuators.
  • a mechanism or device having a high degree of freedom can be realized by using a pair of an actuator corresponding to an active muscle and an actuator corresponding to an antagonistic muscle, like a joint of an actual organism. it can.
  • the actuator array according to the present invention is an array in which a plurality of actuators having the above-described mover 100 and stator 200 as basic structures are arranged.
  • the actuator that is the basic structure of the actuator array will be described.
  • an actuator becomes the basic structure of the actuator array which concerns on this invention, it may also be called an "element" below.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the actuator according to the present invention.
  • FIG. 2A shows an expanded state
  • FIG. 2B shows a contracted state.
  • the actuator according to the present invention includes a hollow mover (rotor) 100 and a rod-shaped stator (stator) 200.
  • the mover 100 and the stator 200 are arranged along a common axis, and are configured to be relatively movable along a predetermined movement axis. That is, when the rod-shaped stator 200 is accommodated in the mover 100 located at both ends thereof, the distance between the adjacent movers 100 is reduced, and the contraction operation is realized.
  • the mover 100 and the stator 200 may have a cylindrical shape with a circular cross section, or may have a polygonal column shape with a polygonal cross section. In the following description, for convenience of explanation, the case where the mover 100 and the stator 200 are cylindrical is illustrated.
  • the names “mover” or “rotor” are given with a focus on the fact that the distance between adjacent ones changes in appearance, and is referred to as “stator” or “stator”.
  • the name is given by paying attention to the fact that it does not move in appearance.
  • these names are for convenience only and their significance is not bound by the names.
  • holes for allowing the stator 200 to pass therethrough are formed in the substantially central axes at both ends of the mover 100, and the stator 200 can freely slide (slide). Configured.
  • a direction along the central axis of the mover 100 and the stator 200 is also referred to as “axial direction”, and a direction perpendicular to the axial direction is also referred to as “radial direction”.
  • a pressure receiving portion 102 having a non-uniform radial size (radius) along the axial direction is formed.
  • the stator 200 is at least displaced (deformed) in the radial direction.
  • the pressure receiving unit 102 receives the displacement in the radial direction by the stator 200 and relatively moves the mover 100 and the stator 200 in a predetermined direction (direction in which the movers 100 are close to each other) along the axial direction. Exert acting force.
  • the stator 200 is continuously generated in the radial direction such that the stator 200 pushes in the radial direction, so that the stator 200 is accommodated in the mover 100 located at both ends thereof.
  • the distance between 100 is reduced and the contraction operation is realized.
  • when not driven only a relatively low frictional force is generated between the mover 100 and the stator 200, so that they can be relatively moved by receiving a slight external force.
  • FIG. 3 is a view for explaining the operation principle of the actuator shown in FIG. FIG. 3 (A) shows a contracting operation during driving, and FIG. 3 (B) shows a sliding operation during non-driving.
  • stator 200 is displaced (deformed) at least in the radial direction when driven, and pressure receiving portion 102 of mover 100 receives stress F due to this displacement. .
  • the mover 100 is formed with a pressure receiving portion 102 in which the size (radius) in the radial direction along the axial direction is uneven.
  • the pressure receiving portion 102 has a taper shape centered in the axial direction, and generates a component force (acting force) that is asymmetric in the axial direction from the stress received from the stator 200. That is, when pressure receiving portion 102 according to the present embodiment receives stress F on its surface, it exerts an acting force Fa that is directed to the right in the drawing along the axial direction. This acting force Fa generates a force that moves the mover 100 to the right in the drawing and a force that moves the stator 200 to the left in the drawing.
  • the shape of the pressure receiving portion 102 is not limited to a tapered shape, and any shape is possible as long as it can generate an asymmetrical component force (acting force) in the axial direction from the stress received from the stator 200. May be.
  • the stator 200 maintains the shape in which the stator 200 extends in the axial direction when not driven. Although it can contact a part, its frictional force is relatively small. Therefore, when not driven, the relative relationship between the movable element 100 and the stator 200 can be freely changed.
  • the actuator according to the present embodiment can realize a “sliding” operation in which the positional relationship is changed with a small amount of work when not driven.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of the stator 200.
  • a strain member that generates strain due to a piezoelectric effect, an electrostrictive effect, a magnetostrictive effect, Maxwell force, or the like when a voltage is applied.
  • the stator 200 including a piezoelectric material that is deformed by a reverse piezoelectric action can be used as the main constituent member of the displacement portion.
  • stator 200 has a so-called bimorph structure, and has a shim material 202 having a conductive material such as copper formed on the surface thereof, and is bonded to both sides of shim material 202.
  • the shim member 202 is an elastic reinforcing member for directing the entire stator 200 in the axial direction when not driven.
  • a predetermined AC voltage is applied between the shim member 202 and the surface electrodes 206a and 206b by the AC voltage source 208. Since a symmetrical electric field is applied to the piezoelectric members 204a and 204b around the shim material 202, the directions of the internal electric fields generated in the piezoelectric members 204a and 204b are opposite to each other. Here, the piezoelectric members 204a and 204b have anisotropy that varies the expansion / contraction direction depending on the direction of the applied electric field. Therefore, when the above AC voltage is applied to the piezoelectric members 204a and 204b, one of the piezoelectric members 204a and 204b expands and the other contracts.
  • the AC voltage source 208 applies an AC voltage, that is, the electric field direction in the piezoelectric members 204a and 204b is switched at predetermined time intervals, whereby the stator 200 as a whole has a period in the radial direction (vertical direction in FIG. 4). Will be transformed.
  • a unimorph structure using a single-layer piezoelectric member may be employed instead of the bimorph structure as described above.
  • the cross-sectional shape in this case becomes a polygon, it is preferable to form an elliptical or polygonal hole at both ends of the mover 100.
  • a configuration using two piezoelectric fibers in pairs is also possible.
  • a core part made of a predetermined metal material is arranged, a clad part is formed with a piezoelectric member around the core part, and an electrode is formed on the outer surface of the clad part using sputtering or the like.
  • it can be set as a bimorph structure by making two piezoelectric fibers manufactured in this way into a pair, and mutually adhere
  • an alternating voltage having an opposite phase is applied to each piezoelectric fiber between the core portion and the electrode on the outer surface to periodically deform in the radial direction.
  • the cross-sectional shape in this case becomes an ellipse or a polygon, it is preferable to form an ellipse or a polygonal hole at both ends of the mover 100.
  • the strain can be taken out as a displacement in another form by the piezoelectric effect, electrostrictive effect, Maxwell force, etc. that are generated by applying a voltage.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a stator 250 according to a modification.
  • a stator 250 according to the modification includes a conductive core portion 252 and a clad portion 256 formed in a concentric state around the core portion 252.
  • the clad portion 256 includes a piezoelectric member, an electrostrictive member, a dielectric member, and the like, and generates a displacement in response to an internal electric field generated by applying a voltage.
  • the core portion 252 is made of a polymer mixed with a metal or a conductive filler.
  • the piezoelectric member, the electrostrictive member, and the dielectric member that form the clad portion 256 are made of ceramics, polymer, or composite (mixed) thereof.
  • Electrodes 254a and 254b that are electrically connected to the core portion 252 are formed on the end surfaces in the axial direction of the cladding portion 256, and the electrodes 254a and 254b also serve to regulate the extension of the cladding portion 256 in the axial direction. .
  • electrodes 258a, 258b, 258c, and 258d are formed around the cladding portion 256.
  • a predetermined DC voltage is applied by the DC voltage source 259 between the electrodes 254a, 254b and the core portion 252 and the electrodes 258a, 258b, 258c, 258d.
  • the cladding portion 256 is displaced due to the polarization action, and the deformation in the axial direction is restricted by the electrodes 254a and 254b. Therefore, the generated displacement appears as a deformation in the radial direction.
  • the displacement generated in the stators 200 and 250 described above may be generated with the axis as the center, or may be generated with the position shifted from the axis as the center, such as a tail fin motion.
  • the stator At the time of driving, the stator generates displacement at least in the radial direction, so that the stator is accommodated in the corresponding mover, and the contraction operation between the movers is performed.
  • the mover and the stator can freely move relative to each other by receiving a slight force from the outside. Therefore, it is possible to realize a behavior that approximates the movement of the muscles of living things.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of an actuator that generates displacement by generating an eccentric force with a rotating body.
  • the actuator shown in FIG. 6 includes a mover 100 and a stator 210 similar to those described in FIG. Movable element 100 in this actuator is the same as that described with reference to FIG. 2, and therefore detailed description will not be repeated.
  • the stator 210 includes a rotating body 212 arranged on both sides thereof, and an eccentric body 216 that is eccentrically connected to the rotating shaft 214 of the rotating body 212.
  • the rotator 212 is typically made of an electric motor such as a motor, and is supplied with power from a power supply device (not shown) via a wiring 218 when the actuator is driven.
  • the eccentric body 216 also rotates with the rotation of the rotating body 212 integrated with the stator 210, and an eccentric force is generated in the radial direction with the rotation of the eccentric body 216. Then, due to the eccentric force in the radial direction, both end portions of the stator 210 are deformed in the radial direction.
  • the electric motor is arranged with its rotation axis coinciding with the central axis of the stator 210, and instead of the configuration in which an eccentric body is added to the rotation axis of this electric motor, the cross-sectional shape is made non-uniform, An eccentric force may be generated from the electric motor itself.
  • the same effect as the actuator shown in FIG. 2 can be exhibited, and an arbitrary driving force can be realized by selecting an appropriate motor.
  • the actuator array according to the present invention is a combination of a plurality of actuators that contract when driven as described above and whose stator and mover move relatively freely when not driven.
  • the actuator array according to the present embodiment has an actuator as shown in FIG. 7 as a basic structure.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of the actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • the actuator according to the present embodiment includes a mover 100 and a stator 220 similar to those in the first embodiment.
  • Movable element 100 in the actuator according to the present embodiment is the same as that in FIG. 2, and therefore detailed description will not be repeated.
  • the stator 220 typically has a displacement portion 222 that changes its shape by martensitic transformation, and the contraction operation of the actuator is realized by receiving the displacement by the displacement portion 222. Note that the displacement speed of the displacement portion 222 in the present embodiment is moderate as compared with the displacement speed of the actuator shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for illustrating a main part of the actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • the mover according to the present embodiment is configured using shape memory alloy fiber 224 made of a Ti—Ni-based material. More specifically, the shape memory alloy fiber 224 is given a substantially linear shape as a memory shape at a high temperature. Then, the shape memory alloy fiber 224 is wound in a coil shape at room temperature, and the shape memory alloy fiber 224 having the coil shape is bound by a ring member 226 made of an elastic material such as rubber.
  • the shape memory alloy fiber 224 When the displacement part 222 configured in this way is heated, the shape memory alloy fiber 224 tries to return to the linear shape which is the memory shape, so that the rigidity of the displacement part 222 is increased. As a result, the shape memory alloy fiber 224 pushes and spreads in the radial direction beyond the tightening force by the ring member 226.
  • the displacement portion 222 according to the present embodiment generates a displacement (deformation) in the radial direction using the force that spreads in the radial direction generated by the shape memory alloy fiber 224.
  • current is supplied from shape source alloy fiber 224 from current source 228, and shape memory alloy fiber 224 is heated using Joule heat generated by this current. Since the shape memory alloy fiber 224 does not deform unless the transformation point is exceeded, the current supply capability of the current source 228 is appropriately designed according to the transformation point of the shape memory alloy fiber 224. That is, the supply current value of the current source 228 is designed so that the temperature change across the transformation point can be applied to the shape memory alloy fiber 224.
  • the shape memory alloy fiber 224 is heated to continuously generate a force that expands in the radial direction, so that the stator 220 is moved into the mover 100. As a result, the distance between the adjacent movable elements 100 is reduced, and the contraction operation is realized. On the other hand, when not driven, the rigidity of the shape memory alloy fiber 224 is reduced by cooling, and the shape memory alloy fiber 224 is crushed by the tightening force of the ring member 226. As a result, the mover 100 and the stator 220 can be relatively moved by receiving a slight external force.
  • a heat source disposed inside or outside the mover 100 is used instead of the configuration in which the shape memory alloy fiber 224 is energized from the current source 228.
  • the shape memory alloy fiber 224 may be heated directly or indirectly.
  • This actuator can exhibit the same effect as that shown in FIG. 2 and is suitable for applications that need to cause displacement more slowly because of the long time required to generate displacement.
  • an actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described, but actuators with other structures may be used.
  • the actuator shown in FIG. 2 may be used, or an actuator having another configuration described later may be used.
  • FIG. 9 is a diagram showing the structure of the actuator array according to the first embodiment.
  • the actuator array according to Embodiment 1 includes a structure in which a plurality of actuators are connected in series.
  • a plurality of actuators being “in series connection” means that the stators of the actuators are connected to each other.
  • the connection between the stators includes the case where the stators included in the two actuators are integrally formed. This is the case shown in the figure.
  • the actuator array according to Embodiment 1 includes a structure in which the ends of a plurality of actuators are connected at one connection point 520 by a connector 510. By connecting the connection point 510 to an object to be moved, the connection point 510 becomes an action point, and a force can be exerted on the object.
  • the structure which connected several actuators to one connection point was shown here, the structure which exerts force on a target object by connecting to one flat plate and making the flat plate into an action surface is also taken.
  • a characteristic point of the present invention is that when one stator 210 is deformed, the corresponding mover 100 is moved, and accordingly, another mover 100 connected in parallel to the mover 100 is moved. There is. Since each actuator moves freely when not driven, it does not hinder the driving of other actuators. Further, even when a plurality of actuators are driven, each driven actuator performs a contraction operation, so that the entire actuator always operates to contract. Depending on the timing of the drive signal, the generated forces will not cancel each other. Moreover, even if there is a malfunctioning actuator, the contraction operation can be realized by another actuator. Therefore, this actuator array has a characteristic that its operation can be controlled by controlling the operation of at least one of the included actuators.
  • FIG. 10 shows the structure of the actuator array according to the second embodiment.
  • an actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described.
  • an actuator having another structure may be used.
  • the actuator array As shown in FIG. 10, in the actuator array according to the present embodiment, three actuators are connected to one surface of a flat plate 600, and three actuators are connected to the other surface of the flat plate 600.
  • a plurality of actuators in series via a flat plate an actuator array having a large displacement and generating force can be realized.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a structure of an actuator array according to the third embodiment.
  • an actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described.
  • actuators of other structures may be used.
  • the actuator array according to the present embodiment has a structure in which stators 100 of adjacent actuators are connected in parallel by an elastic body 700.
  • parallel connection indicates that the movers of the actuator are connected to each other. Since several actuators connected in parallel move together, the forces acting on the individual actuators are distributed.
  • connection other than an elastic body can be used for connection.
  • the movers may be bonded together, or the movers may be integrally formed.
  • an elastic body in order to absorb the difference in the operation amount of each actuator, it is preferable to use an elastic body.
  • FIG. 12 is a diagram showing the structure of the actuator array according to the fourth embodiment.
  • the actuator array according to the present embodiment is a three-dimensional array of actuators
  • FIG. 12A is a diagram showing a one-layer structure of the actuator array according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view of the actuator array according to the fourth embodiment viewed from the axial direction. That is, the actuator array is formed by stacking a plurality of layers as shown in FIG.
  • actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described, but actuators having other structures may be used as in the embodiments described so far.
  • each layer of the actuator array As shown in FIG. 12A, in each layer of the actuator array according to the present embodiment, a plurality of actuators are connected in parallel by an elastic body 700, and each actuator connected in parallel is connected in series to other actuators. It shall have the structure However, each layer may have a structure as described in each of the embodiments described so far.
  • the actuator array according to the present embodiment can generate a larger force than the actuator array in which the actuator is arranged on a two-dimensional plane.
  • a plurality of actuators with different response start times for the same signal can be realized by combining a plurality of actuators with different thresholds of response to the input level and an input level that rises in a ramp shape.
  • FIG. 13 is a diagram for describing two actuators (referred to as A element and B element, respectively) having different response start times for the same signal.
  • FIG. 13A is a diagram showing temporal changes in the input level of signals applied to the A element and the B element. The input level is constant until a predetermined time t0, but increases beyond the time t0 in proportion to the time exceeding the predetermined time.
  • FIG. 13 also shows the A element threshold and the B element threshold together.
  • the A element shows a response as shown in FIG. 13 (B). That is, the response to the signal is not shown until time tA when the input level reaches the A element threshold, but the response to the signal is shown after time tA.
  • the B element shows a response as shown in FIG. 13 (C). That is, no response to the signal is shown until time tB when the input level reaches the B element threshold value, but a response to the signal is shown after time tB.
  • the A element and the B element having different response thresholds with respect to the input level indicate different response start times when given the same signal.
  • the signal which increases in proportion to the time exceeding the predetermined time is shown here, the type of the signal is not limited to this. Any signal whose level increases or decreases with time may be used.
  • an electronic volume that is, a variable resistance device capable of setting a resistance value by external digital data can be used.
  • a circuit for setting a threshold value of each element using an electronic volume will be described with reference to FIG.
  • FIG. 14 is a diagram of a circuit for setting a threshold value of each element using an electronic volume.
  • the microcomputer 810 transmits resistance value setting data and a selector signal to the multiplexer 820.
  • the setting data may be given in advance or may be set by the user.
  • the multiplexer 820 transmits signals specifying resistance values to the electronic volume 831, the electronic volume 841, and the electronic volume 851 corresponding to the element i, element j, and element k, respectively, based on the resistance value setting data and the selector signal.
  • Threshold of each element is set by sending a signal to each electronic volume.
  • the threshold value of the element i is the voltage VR input to the non-inverting input (+ terminal) of the comparator 834 to which the voltage Vee and the voltage Vcc are supplied from the positive power supply 835 and the negative power supply 836, respectively.
  • the signal voltage input to the inverting input ( ⁇ terminal) is changed over time as shown in FIG. 10A, for example.
  • the output to the trigger 837 changes.
  • the threshold values of element j and element k can also be changed by changing the resistance setting data of multiplexer 820.
  • the actuator array When operating the actuator array, stress actuators are less likely to accumulate and the load on each actuator is smaller than when all the included actuators are operated simultaneously. In order to perform such a shifted operation, it is necessary to combine a plurality of types of signals in a complicated manner in an actuator array made of a conventional actuator. In contrast, in the actuator array according to the present embodiment, by setting different threshold values for each actuator as described above, the operation of each actuator can be performed while using a common signal for all actuators. Timing can be shifted.
  • the initial driving will bend. It is possible to realize a complicated operation that no longer turns.
  • the actuator array by setting different response characteristics for each actuator group and giving a common drive signal to each actuator, it is possible to cause the actuator array to perform various operations.
  • the type of operation to be performed can be determined depending on what kind of actuator group a plurality of actuators are divided into or what kind of response characteristic is set for each actuator group.
  • FIG. 15 shows a power supply system according to this embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram of a power supply system according to the sixth embodiment.
  • the power supply system includes a signal generator 910 that generates an alternating voltage, a diode 920 that is used as a rectifier, a power source 930, a capacitor 940, a switch 950, an output A terminal 960.
  • the frequency of the AC voltage is 1 kHz
  • the voltage V2 generated by the power source 930 is 10 V
  • the capacitance C1 of the capacitor 940 is 1 ⁇ F.
  • the signal generator may generate a pulse voltage instead of an AC voltage.
  • the output energy can be changed by changing the capacitance of the capacitor included in the power supply system to each actuator.
  • the response characteristics and output energy By changing the response characteristics and output energy, the output characteristics of the actuator array can be changed.
  • the type of operation can be determined according to what kind of actuator group a plurality of actuators are divided into, or the set value of the capacitance of a capacitor included in each actuator group.
  • FIG. 16 shows the relationship between the number of excited elements and strain-stress characteristics in an actuator array in which 10 elements are connected in parallel.
  • the length of the element is set to the length of the element in which the horizontal axes are connected in parallel to follow the length of the driven element.
  • the stopper mechanism against the displacement automatically works, so that the force generated to the outside decreases. Moreover, since the amount of deformation on the stator side becomes small when stretched, the force generated against the outside decreases. Therefore, the curve representing the strain-stress characteristic at the time of driving becomes a convex curve as shown in FIG. When the number of excitations is increased, the force generated with respect to the contraction amount of the element increases. Therefore, by adjusting the number of elements to be excited, an actuator array having appropriate strain-stress characteristics can be realized.
  • strain-stress characteristics when sliding that is, when the element is not driven, are also shown in FIG. Since the frictional force hardly acts until the element reaches the limit length, the stress remains small. However, when the limit length is reached, the element does not extend any more, and the stress increases rapidly.
  • the same actuator array can show various strain-stress characteristics (elastic modulus).
  • the actuators included in the actuator arrays according to the above-described embodiments are not limited to those described so far.
  • a modified example of the actuator will be described.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the main part of the actuator according to the modification of the actuator of FIG.
  • the mover according to the modification of the present embodiment includes a displacement portion 234 made of a shape memory alloy. More specifically, the displacement part 234 is formed as a spring by spirally winding a shape memory alloy. The displacement portion 234 stores a shape in which the central portion is expanded as shown in FIG. Further, the displacement part 234 is connected to the adjacent displacement part 234 (not shown) via the spring member 230. Due to the tension from the spring member 230, the displacement portion 234 at room temperature has a substantially cylindrical shape with reduced swelling at the center.
  • the stator is accommodated in the mover 100 by continuously generating a force that heats and displaces the displacement portion 234 in the radial direction.
  • the distance between the adjacent movable elements 100 is reduced, and the contraction operation is realized.
  • the rigidity of the displacement portion 234 is reduced by cooling, and the displacement portion 234 is crushed by the tension of the spring member 230.
  • the mover 100 and the stator can be relatively moved by receiving a slight external force.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing the structure of an actuator that generates displacement using a volume change caused by a phase transition.
  • the actuator according to the present embodiment includes a mover 100 and a stator 240 similar to those already described. Since mover 100 in the actuator according to the present embodiment is similar to that already described, detailed description thereof will not be repeated.
  • the stator 240 includes an expansion / contraction part 242 that can change the outer shape in at least a radial direction by receiving an internal pressure, and a medium 248 that is enclosed in the expansion / contraction part 242 and whose volume changes due to phase transition.
  • the expansion / contraction part 242 is a bag-shaped member typically made of an elastic body such as rubber.
  • stator 240 includes a heater unit 244 provided in the expansion / contraction unit 242 for heating the medium 248 and a power source unit 246 for supplying current to the heater unit 244.
  • the medium 248 transitions from the liquid phase to the gas phase.
  • the internal pressure of the expansion / contraction part 242 increases, and the expansion / contraction part 242 expands its outer shape.
  • the expansion / contraction part 242 pushes and expands in the radial direction.
  • the stator 240 generates a displacement (deformation) in the radial direction by using the force that spreads in the radial direction generated by the expansion / contraction part 242. Since medium 248 does not cause a phase transition unless it exceeds a transition temperature (in this case, boiling point), the power supply capability of power supply unit 246 is appropriately designed according to the transition temperature of medium 248. That is, the power supply unit 246 is designed to have a supply capability so that a temperature change across the transition temperature of the medium 248 can be given.
  • a transition temperature in this case, boiling point
  • the actuator when driven, the medium 248 is heated to cause a phase transition, thereby generating a force that expands from the expansion / contraction portion 242 in the radial direction.
  • the force that spreads in the radial direction causes the stator 240 to be accommodated in the mover 100, and as a result, the distance between the adjacent movers 100 is reduced and the contraction operation is realized.
  • heat is radiated through the expansion / contraction part 242, so that the medium 248 is cooled and returned to the liquid, and the expansion / contraction part 242 contracts.
  • the mover 100 and the stator 240 can be relatively moved by receiving a slight external force.
  • This modification can exhibit the same effect as the actuator of FIG. 2 and is suitable for an application that needs to cause the displacement more slowly because the time required for the occurrence of the displacement is long.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a contact structure between the mover and the stator of the actuator provided with a clearance.
  • a hole having a larger cross-sectional shape than the cross-sectional shape of the stator 200 is formed in the mover 110. That is, the movable element 110 is provided with a predetermined clearance 112 with respect to the stator 200.
  • the stator 200 is not driven in the radial direction, the movable element 110 and the stator 200 are moved relative to each other. The frictional force (stress) generated between the two becomes relatively small.
  • the stator 200 is made of a silicon tube having an outer diameter of 6 mm and the mover 110 is made of a plastic (typically Duracon) having an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 6 mm
  • the driving force acting between them is about 0.2N.
  • the clearance 112 between the stator 200 and the mover 110 is designed such that the frictional force of both when not driven is smaller than the driving force of 0.2 N when driven.
  • a support member capable of relatively reducing frictional force such as point contact or line contact instead of clearance between the stator and the mover may be used.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a contact structure between a movable element and a stator of an actuator provided with a support member.
  • a protrusion 122 is provided between the mover 120 and the stator 200 for supporting both of them by point contact or line contact.
  • the protrusion 122 is made of a linear member made of resin or metal.
  • the protrusion 122 Since the protrusion 122 is elastically deformed in response to external stress, the shape is changed with a slight force according to the movement of the stator 200. Therefore, the movable element 120 and the stator 200 are not driven. The frictional force required for relative movement can be reduced.
  • a protrusion made of a film member may be used instead of the linear member as shown in FIG. 20, a protrusion made of a film member may be used.
  • a structure having a flexible stator may be used.
  • the stator is accommodated in the movable element by a length corresponding to the movement amount in order to realize a necessary movement amount (displacement amount). Need to be done. That is, the mover needs to be configured so as to be accommodated by a necessary length out of the total length of the stator. Further, depending on the characteristics required for the mechanism to which the actuator according to the present invention is applied, the displacement of the mover is not always linear. Therefore, it is preferable to configure the stator so as to have flexibility as required.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of a configuration in which actuators whose stators have flexibility are connected in series. Referring to FIG. 21, in the present embodiment, a case where an actuator including stator 210 similar to the actuator of the embodiment shown in FIG. 6 is used is illustrated.
  • each stator 210 generates a displacement, so that each end of each stator 210 is accommodated in each mover 130.
  • the stators 210 located at both ends enter the respective movable elements 130.
  • the distance between the adjacent movable elements 130 is reduced.
  • the movable element 130 has a linear shape
  • the movable elements 130 located at both ends move respectively on substantially the same axis toward the center of the movable element 130.
  • the movable element 130 at both ends may not move on the same axis due to an external force. In such a case, it is preferable to make the movable element 130 flexible (elastic) by configuring the movable element 130 with a resin or the like so as to adapt to the external force.
  • the mover 130 is flexible in the bending direction but needs to have a predetermined rigidity in the extending direction.
  • a slit 132 is formed in the exterior to reduce the rigidity in the bending direction, thereby configuring the mover 130 that is flexible in the bending direction and has rigidity in the extension direction. can do.
  • the movable element 130 may be provided with anisotropy in the orientation direction by blending reinforcing fibers in a predetermined direction.
  • the driving force can be exhibited in an appropriate direction according to the mechanism (application) to which the actuator is applied.
  • an actuator having a configuration for restricting relative movement between the stator and the mover to a predetermined range will be described.
  • the actuator according to the present invention is applied to the mechanism as shown in FIG. 1 described above, it is necessary to protect the actuator no matter what external force is applied to each actuator.
  • the relative movement between the stator and the mover is restricted to a predetermined range.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a main part of an actuator having a configuration for restricting relative movement between the stator and the mover to a predetermined range.
  • stopper portions 292 and 294 for restricting relative movement between the stator 290 and the mover 140 are formed.
  • the stopper portion 292 formed at the center of each stator 290 is an over-insertion prevention stopper, and the interference between the stators 290 in the mover 140 is prevented.
  • the stators 290 are accommodated from both sides of each movable element 140. Therefore, without any restriction, the adjacent stators 290 can interfere with each other in the movable element 140. . Therefore, interference of the stator 290 is prevented by forming a stopper portion 292 having a larger cross-sectional shape than the cross-sectional shape of the hole portion of the mover 140.
  • each stator 290 are stoppers for preventing the stator 290 from coming out of the mover 140. That is, in the sliding operation when not driven, the frictional force between the mover 140 and the stator 290 is very small, so that the stator 290 tries to come out of the mover 140 by receiving a slight external force. Therefore, the stopper 294 having a larger cross-sectional shape than that of the pressure receiving portion of the mover 140 is formed to prevent the stator 290 from coming off.
  • each actuator can be protected regardless of the expansion / contraction characteristics required in the mechanism (application) of the application destination, so that the robustness of the actuator can be enhanced.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing the main part of the actuator in which the mover is accommodated in the stator.
  • the actuator shown in FIG. 23 corresponds to an actuator in which the functions of the stator and the mover in the actuator shown in FIG. 6 are interchanged.
  • the actuator according to the present embodiment includes a mover 300 and a stator 402.
  • the mover 300 includes a rotating body 302 disposed on both sides thereof, and an eccentric body 304 that is eccentrically connected to the rotating shaft of the rotating body 302.
  • the rotator 302 is typically composed of an electric motor such as a motor, and generates rotational motion by electric power supplied from a power supply device (not shown) when the actuator is driven.
  • the eccentric body 304 also rotates with the rotation of the rotating body 302 integrated with the mover 300, and an eccentric force is generated in the radial direction with the rotation of the eccentric body 304. Then, due to the eccentric force in the radial direction, both end portions of the mover 300 are deformed in the radial direction.
  • the stator 402 is configured so as to be rotatable through the rotating body 302 having a hollow structure, and at both ends thereof, a pressure receiving portion 404 having a nonuniform radial size (radius) along the axial direction. Is formed. Then, in response to at least the radial displacement generated by the mover 300 when the actuator is moved, the pressure receiving unit 404 moves the mover 300 and the stator 402 in a predetermined direction along the axial direction (the movers 300 come close to each other). Acting force for relative movement in the direction).

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Abstract

　アクチュエータアレイは、複数のアクチュエータ（１００，２１０）を備える。各アクチュエータは、可動子（１００）と固定子（２１０）とを含む。アクチュエータは、駆動時には収縮動作する。また、非駆動時には、可動子（１００）と固定子（２１０）は、相対的に自在に動く。アクチュエータ同士は、固定子（２１０）により直列に接続される。あるいは、アクチュエータ同士は、可動子（１００）の間の弾性体（７００）により並列に接続されている。

Description

アクチュエータアレイおよびアクチュエータアレイの駆動方法
　この発明は、複数のアクチュエータを配列したアクチュエータアレイに関し、特に人工筋肉に好適なアクチュエータアレイに関する。
　従来、用途に応じて様々な種類のアクチュエータ（駆動装置）が開発されている。アクチュエータは単独で用いられることもあるが、回転方向や、アクチュエータの伸び方向、あるいは、伸び量を変えるなどの目的で、複数のアクチュエータを接続して用いることも一般的である。
　例えば、特許文献１（特開２００５－８３４４７号公報）には、加圧による変異量が互いに異なる２つの中空弾性体を直列に連結した膨張収縮構造体が開示されている。一方の中空弾性体は、応答性が悪く、また低精度だが、変位が大きく、また、外力に対する柔軟性が高いという特性を持つ。これに対し、他方の中空弾性体は、変位が小さく、柔軟性が低いものの、応答性がよく、かつ、高精度であるという特性を持つ。したがって、開示された膨張収縮構造体は、大変位で、柔軟性が高く、応答性もよく、かつ、高精度であるという特性を有する。
　また、近年、生物がもつ筋肉の機構に着目した人工的なアクチュエータ、いわゆる人工筋肉と呼ばれるアクチュエータが注目されている。このような人工筋肉においては、生物の筋肉と同様に、小さな変位をもつアクチュエータを多数組み合わせることで、巨大変位を発生させるものが多い。特許文献２（特開２００１－１７０８８４号公報）には、アクチュエータを、その軸方向に沿って、複数直列接続した繊維状のアクチュエータや、繊維状のアクチュエータを複数本束ねた筋肉状のアクチュエータアレイが開示されている。
特開２００５－８３４７７号公報 特開２００１－１７０８８４号公報
　従来のアクチュエータを複数配列したアクチュエータアレイの制御は、アクチュエータアレイに含まれるアクチュエータの数が増えるにつれ困難になる。特に、多数のアクチュエータを用いる人工筋肉などの制御は困難である。
　まず、従来のアクチュエータの伸長量あるいは収縮量は、駆動信号によって定まるものであるため、すべてのアクチュエータの動作を制御しなければ、アクチュエータ同士の間隔が保てない。したがって、アクチュエータの数の増加にともない、制御に必要な信号の数が増加する。
　また、従来のアクチュエータを用いたアクチュエータアレイにおいては、各アクチュエータの発生力を協調的に制御するため、駆動信号のタイミングも重要である。しかしながら、多数の駆動信号のタイミングを厳密に制御することは容易ではない。
　さらに、各アクチュエータへの指令値は、アクチュエータアレイにどのような動作をさせるかの目標値を分解して求めることとなるが、この分解の仕方が一意に決まらないと、制御が不安定になってしまうという問題もある。
　これらの問題に加え、１つのアクチュエータが故障してしまうと、アクチュエータ全体の制御ができなくなってしまうという問題もある。
　本願発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、人工筋肉に適したアクチュエータアレイを提供することを課題とする。
　この発明のある局面に従えば、固定子および可動子を含むアクチュエータを複数備えるアクチュエータアレイを提供する。隣接するアクチュエータは、互いに接続されている。固定子および可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能である。固定子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を有する。可動子は、固定子の変位部による変位を受けて、移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部を有する。駆動時に受圧部が発生する作用力は、非駆動時に固定子および可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい。
　好ましくは、複数のアクチュエータは直列接続されている。
　好ましくは、複数のアクチュエータは、並列接続されている。
　さらに好ましくは、アクチュエータアレイは、互いに直列接続された、複数の並列接続された複数のアクチュエータを含む。
　さらに好ましくは、複数のアクチュエータは、可動子同士が弾性的に接続されることで、並列接続されている。
　好ましくは、複数のアクチュエータは、共通の駆動信号に対して互いに異なる応答特性を有する複数のアクチュエータ群を含む。
　さらに好ましくは、複数のアクチュエータ群は、共通の駆動信号に対して互いに異なるタイミングで動作する。
　さらに好ましくは、各アクチュエータ群は、アクチュエータアレイの端から順に、動作タイミングの順番に配置されている。
　さらに好ましくは、複数のアクチュエータは、共通の駆動信号に対して互いに異なる出力エネルギーを発生する。
　好ましくは、複数のアクチュエータのうち、駆動するアクチュエータの個数を変更できる。
　この発明の別の局面に従えば、上記のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法を提供する。駆動方法は、複数のアクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各アクチュエータ群の駆動信号に対する応答特性が、互いに異なるものになるように設定するステップと、反応特性を設定された各アクチュエータに駆動信号を与えるステップとを含む。
　この発明のさらに別の局面に従えば、上記のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法を提供する。各アクチュエータには、コンデンサを含む電源供給系が、駆動信号が与えられたときに電圧を供給する。駆動方法は、複数のアクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各アクチュエータ群に含まれるコンデンサの容量を、互いに異なるものになるように設定するステップと、各アクチュエータに駆動信号を与えるステップとを含む。
　この発明のさらに他の局面に従えば、上記のアクチュエータアレイを駆動信号によって駆動する駆動方法を提供する。駆動方法は、駆動信号によって駆動されるアクチュエータの個数を設定するステップと、各アクチュエータに駆動信号を与えるステップとを含む。
　本発明に係るアクチュエータアレイは、駆動時には軸上の１方向に収縮し、非駆動時には自在に移動するアクチュエータを備える。したがって、アクチュエータアレイの動作の制御にあたっては、アクチュエータアレイに含まれるすべてのアクチュエータの動作を制御する必要がない。よって、本発明によれば、人工筋肉に適したアクチュエータアレイを提供することができる。
この発明に係るアクチュエータを適用した機構の一例を示す図である。 この発明に係るアクチュエータの要部を示す断面図である。 図２に示したアクチュエータの動作原理を説明するための図である。 固定子２００の構造を示す模式図である。 変形例に従う固定子２５０の構造を示す模式図である。 回転体で偏心力を発生させることで変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。 実施の形態１に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。 実施の形態１に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。 実施の形態１に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。 実施の形態２に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。 実施の形態３に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。 実施の形態４に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。 同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる２つのアクチュエータについて説明するための図である。 電子ボリュームを用いて各エレメントの閾値を設定する回路の図である。 実施の形態６に係る電源供給系の図である。 エレメントの励起数と歪－応力特性の関係を示す図である。 図７のアクチュエータの変形例に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。 相転移による体積変化を利用して変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。 クリアランスを設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。 支持部材を設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。 その固定子が可とう性を有するアクチュエータを直列接続した構成の一例を示す図である。 固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制するための構成を有するアクチュエータの要部を示す断面図である。 固定子内に可動子が収容されるアクチュエータの要部を示す断面図である。
符号の説明
　１　機構、１０，２０　部材、１０２，４０４　受圧部、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，３００　可動子、１１２　クリアランス、１２２　突起部、１３２　スリット、２００，２１０，２２０，２４０，２５０，２９０，４０２　固定子、２０２　シム材、２０４ａ　圧電部材、２０６ａ　表面電極、２０８　交流電圧源、２１２　回転体、２１４　回転軸、２１６　偏心体、２１８　配線、２２２　変位部、２２４　形状記憶合金ファイバ、２２６　リング部材、２２８　電流源、２３０　バネ部材、２３４　変位部、２４２　膨張収縮部、２４４　ヒータ部、２４６　電源部、２４８　媒質、２５２　コア部、２５４ａ，２５４ｂ，２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄ　電極、２５６　クラッド部、２５９　直流電圧源、２９２，２９４　ストッパ部、３０２　回転体、３０４　偏心体、５１０　接続子、５２０　接続点、６００　平板、　７００　弾性体、８１０　マイコン、８２０　マルチプレクサ、８３１，８４１，８５１　電子ボリューム、８３２，８４２，８５２　抵抗、８３３，８４３，８５３　電源、８３４，８４４，８５４　コンパレータ、８３５，８４５，８５５　正電源、８３６，８４６，８５６　負電源、８３７，８４７，８５７　トリガ、９１０　信号発生器、９２０　ダイオード、９３０　電源、９４０　コンデンサ、９５０　スイッチ、９６０　出力端子。
　この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
　［概要］
　本発明は、生物のもつ筋肉の動作に近似した挙動を実現可能なアクチュエータアレイを提供するものである。
　生物のもつ筋肉は、アクチンと、アクチン同士を連結するミオシンとを基本構造としている。筋肉の緊張時には、ミオシンがアクチン内に滑り込む（スライドする）ことで、アクチン間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、筋肉の弛緩時には、アクチンとミオシンとの間は非常に緩い結合状態となり、小さい外力でミオシンはアクチンとの相対関係を自在に変化させる。すなわち、生物のもつ筋肉は、緊張状態にあれば一方向に収縮するとともに、弛緩状態にあれば外部からの力を受けて自由に伸張または収縮することになる。
　図１は、この発明に係るアクチュエータを適用した機構の一例を示す図である。
　図１（Ａ）を参照して、機構１は、代表的に、２つの部材１０および２０をリンク結合したものであり、２つの部材１０および２０は、リンク部を中心にして相対的な回転移動が可能である。そして、部材１０と部材２０との間は、紙面上側および紙面下側において、複数の本発明に係るアクチュエータが直列に連結されている。本発明に係るアクチュエータは、基本構造として、可動子（ロータ）１００と、固定子（ステータ）２００とを含む。複数の可動子１００と固定子２００とが交互に連結され、全体的な収縮／弛緩運動を実現する。
　図１（Ｂ）に示すように、部材２０が部材１０に対して、紙面上側に回転移動する場合には、紙面上側に配置されたアクチュエータが「収縮」動作を行なう一方で、紙面下側に配置されたアクチュエータが「滑り」動作を行なう。
　図１（Ｃ）に示すように、部材２０が部材１０に対して、紙面下側に回転移動する場合には、紙面下側に配置されたアクチュエータが「収縮」動作を行なう一方で、紙面上側に配置されたアクチュエータが「滑り」動作を行なう。
　「収縮」動作は、後述するように固定子２００が変位を生じることで可動子１００に対して応力を与え、この応力によって可動子１００と固定子２００とが所定の一方方向に相対移動するものである。また、「滑り」動作は、後述するように可動子１００と固定子２００との間の摩擦力が比較的小さな値に維持された状態で、両者が外部からの力に従って相対移動するものである。すなわち、「滑り」動作を行なうアクチュエータでは、その収縮または伸張に要する仕事量は非常に少なくて済む。その結果、図１（Ｂ）の場合では、紙面上側に配置されたアクチュエータが発生する仕事量は、ほぼすべて部材１０と部材２０との間の相対移動に用いられることになり、高い仕事効率を実現できる。また、図１（Ｃ）においても同様である。
　さらに、紙面上側および紙面下側に配置された２つのアクチュエータがいずれも「収縮」動作を行なうことで、機構１における剛性を高めることもできる。すなわち、２つのアクチュエータがいずれも「収縮」動作を行なうことで、部材１０と部材２０との間の相対位置を固定することも可能となる。
　以上のように、実際の生物がもつ関節と同様に、能動筋に相当するアクチュエータと、拮抗筋に相当するアクチュエータとを一対で用いることで、高い自由度をもつ機構やデバイスを実現することができる。
　［アクチュエータについて］
　本発明に係るアクチュエータアレイは、上述の可動子１００と固定子２００を基本構造とするアクチュエータを複数配列したものである。ここで、アクチュエータアレイの基本構造となるアクチュエータについて説明しておく。なお、アクチュエータは、本発明に係るアクチュエータアレイの基本構造となるため、以下では、「エレメント」と呼ぶこともある。
　＜全体構成＞
　本発明に係るアクチュエータの構成の一例について、図２を参照して説明する。図２は、本発明に係るアクチュエータの要部を示す断面図である。図２（Ａ）は、伸張状態を示し、図２（Ｂ）は、収縮状態を示す。
　図２を参照して、本発明に係るアクチュエータは、中空の可動子（ロータ）１００と、ロッド状の固定子（ステータ）２００とを含む。可動子１００および固定子２００は、共通の軸に沿って配置され、所定の移動軸に沿って相対移動可能に構成される。すなわち、ロッド状の固定子２００がその両端に位置する可動子１００内に収容されることで、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。なお、可動子１００および固定子２００は、その断面が円形である円柱形状であってもよいし、その断面が多角形である多角柱形状であってもよい。以下の説明では、説明の便宜上、可動子１００および固定子２００が円柱形状である場合について例示する。
　本明細書において、「可動子」または「ロータ」との名称は、外見上、隣接するもの同士の距離が変化することに着目して付したものであり、「固定子」または「ステータ」との名称は、外見上、自身が移動することはないことに着目して付したものである。しかしながら、これらの名称は便宜的のものに過ぎず、これらの意義はその名称に拘泥されるものではない。
　図２（Ａ）に示すように、可動子１００の両端の略中心軸には、それぞれ固定子２００が貫通するための穴部が形成されており、固定子２００が自在に滑り（スライド）可能に構成される。以下の説明では、可動子１００および固定子２００の中心軸に沿った方向を「軸方向」とも称し、この軸方向に対して垂直な方向を「径方向」とも称す。
　可動子１００の穴部には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一な受圧部１０２が形成されている。図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータの駆動時において、固定子２００は少なくとも径方向の変位（変形）を生じる。受圧部１０２は、この固定子２００による径方向の変位を受けて、可動子１００および固定子２００を軸方向に沿って所定の向き（可動子１００同士が近接する向き）に相対移動させるための作用力を及ぼす。
　すなわち、駆動時には、固定子２００が径方向に押し広げるような力を連続的に発生することで、固定子２００がその両端に位置する可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、可動子１００と固定子２００との間には、相対的に低い摩擦力のみが生じるので、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できる。
　＜動作原理＞
　図３は、図２に示したアクチュエータの動作原理を説明するための図である。図３（Ａ）は、駆動時の収縮動作を示し、図３（Ｂ）は、非駆動時の滑り動作を示す。
　図３（Ａ）を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータでは、駆動時には固定子２００が少なくとも径方向に変位（変形）を生じ、この変位によって可動子１００の受圧部１０２は応力Ｆを受ける。
　可動子１００には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一に形成された受圧部１０２が形成されている。代表的に、受圧部１０２は、軸方向を中心としたテーパー形状を有し、固定子２００から受けた応力から軸方向に非対称な分力（作用力）を発生する。すなわち、本実施の形態に従う受圧部１０２は、その面に応力Ｆを受けると、軸方向に沿って紙面右向きの作用力Ｆａを及ぼす。この作用力Ｆａによって、可動子１００が紙面右向きに移動する力、および固定子２００が紙面左向きに移動する力が生じる。
　なお、受圧部１０２の形状としては、テーパー形状に限定されることなく、固定子２００から受けた応力から軸方向に非対称な分力（作用力）を発生できる形状であればいずれの形状であってもよい。
　図３（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータでは、非駆動時には固定子２００が軸方向に延伸する形状を維持するので、可動子１００と固定子２００とは、受圧部１０２の一部と接触し得るものの、その摩擦力は相対的に小さい。したがって、非駆動時には、可動子１００と固定子２００との間は、その相対関係を自在に変化させることができる。
　そのため、本実施の形態に従うアクチュエータは、非駆動時において、わずかな仕事量で位置関係を変化させる「滑り」動作を実現できる。
　＜固定子の構造＞
　以下、図４を参照して、図２に示した固定子２００の構造について説明する。図４は、固定子２００の構造を示す模式図である。可動子１００の受圧部に対して応力を与えることが可能な固定子２００の一例として、電圧を印加されることで圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力などによってひずみを生じるひずみ部材を用いて構成することができる。すなわち、変位部の主構成部材として、逆圧電作用によって変形する圧電材料を含む固定子２００を用いることができる。
　図４を参照して、本実施の形態に従う固定子２００は、いわゆるバイモルフ構造であり、その表面に銅などの導電性材料が形成されたシム材２０２と、シム材２０２の両サイドにそれぞれ接着された圧電部材２０４ａおよび２０４ｂと、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂの外周側の表面に形成された表面電極２０６ａおよび２０６ｂとからなる。なお、シム材２０２は、非駆動時に固定子２００全体を軸方向に向けるための弾性補強部材である。
　アクチュエータの駆動時において、シム材２０２と、表面電極２０６ａおよび２０６ｂとの間には、交流電圧源２０８によって所定の交流電圧が印加される。圧電部材２０４ａおよび２０４ｂには、シム材２０２を中心として対称の電界が印加されるので、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに生じる内部電界の方向は、互いに反対になる。ここで、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂは、印加される電界の方向によって伸縮方向を異ならせる異方性を有している。そのため、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに上述のような交流電圧が印加されると、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂのうち一方は伸張し、他方は収縮することになる。したがって、交流電圧源２０８が交流電圧を印加、すなわち圧電部材２０４ａおよび２０４ｂでの電界方向を所定時間毎に切り換えることで、固定子２００全体として、径方向（図４では、紙面上下方向）に周期的に変形することになる。
　駆動時には、このような固定子２００の周期的な変形によって、上述した受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２００が軸方向に延伸した形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。
　また、上述のようなバイモルフ構造に代えて、１層の圧電部材を用いたユニモルフ構造を採用することもできる。なお、この場合の断面形状は、多角形となるので、可動子１００の両端には、楕円または多角形の穴部を形成することが好ましい。
　さらに、このようなバイモルフ構造を用いた別形態として、２本の圧電ファイバを対にして用いる構成も可能である。この圧電ファイバは、所定の金属材料からなるコア部を配置し、このコア部の周辺に圧電部材でクラッド部を形成するとともに、クラッド部の外表面にスパッタリングなどを用いて電極を形成することで製造される。さらに、このように製造された２つの圧電ファイバをペアにし、長手方向に沿って互いに接着することで、バイモルフ構造とすることができる。
　このような一対の圧電ファイバからなるバイモルフ構造では、コア部と外表面の電極との間に、互いに逆位相の交流電圧をそれぞれの圧電ファイバに印加することで、径方向に周期的に変形させることができる。なお、この場合の断面形状は、楕円または多角形となるので、可動子１００の両端には、楕円または多角形の穴部を形成することが好ましい。
　さらに、電圧を印加されることで生じる圧電効果、電歪効果、マクスウェル力などによってひずみを別の形で変位として取り出すこともできる。
　図５は、変形例に従う固定子２５０の構造を示す模式図である。
　図５を参照して、変形例に従う固定子２５０は、導電性のコア部２５２と、コア部２５２の周辺に同心円状態に形成されたクラッド部２５６とを備える。クラッド部２５６は、圧電部材、電歪部材、誘電部材などを含み、電圧の印加によって生じる内部電界を受けて変位を生じる。なお、コア部２５２は、金属または導電性のフィラーを混入したポリマーなどからなる。また、クラッド部２５６を形成する圧電部材、電歪部材、誘電部材は、セラミックスまたはポリマー、あるいはそれらのコンポジット（混合）などからなる。
　クラッド部２５６の軸方向の各端面には、コア部２５２と電気的に接続された電極２５４ａ，２５４ｂが形成され、電極２５４ａ，２５４ｂはクラッド部２５６の軸方向への延びを規制する機能も果たす。また、クラッド部２５６の周囲には、電極２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄが形成されている。
　アクチュエータの駆動時において、電極２５４ａ，２５４ｂおよびコア部２５２と、電極２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄとの間には、直流電圧源２５９によって所定の直流電圧が印加される。この結果、クラッド部２５６には分極作用によって変位が生じ、軸方向への変形は電極２５４ａ，２５４ｂによって規制されるため、この生じた変位は径方向への変形として現れる。
　駆動時には、このような固定子２５０の径方向への変形によって、上述した受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２５０は元の（変形がない）形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。
　なお、上述した固定子２００，２５０で生じる変位は、軸を中心として生じるようにしてもよいし、尾ひれ運動のように、軸からずれた位置を中心として生じるような変位であってもよい。
　これらのアクチュエータによれば、駆動時には、固定子が少なくとも径方向の変位を発生させることで、固定子が対応の可動子の中に収容されることで、可動子間の収縮動作を行なうとともに、非駆動時には、可動子と固定子とは、外部からの僅かな力を受けて自在に相対移動できる。そのため、生物のもつ筋肉の動作に近似した挙動を実現できる。
　また、これらのアクチュエータによれば、可動子と固定子との間の静止摩擦力が小さいので、駆動時における磨耗を低減することができる。そのため、アクチュエータの寿命を延ばすことができる。
　これまでは、圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力などによって生じるひずみを利用して変位を発生する構成について例示したが、回転体で偏心力を発生させることで変位を発生する構成を用いることもできる。
　図６は、回転体で偏心力を発生させることで変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。
　図６に示したアクチュエータは、図２で説明したものと同様の可動子１００と、固定子２１０とを含む。本アクチュエータにおける可動子１００については、図２で説明したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
　固定子２１０は、その両サイドに配置された回転体２１２と、回転体２１２の回転軸２１４から偏心して連結された偏心体２１６とを含む。回転体２１２は、代表的にモータなどの電動機からなり、アクチュエータの駆動時において、図示しない電源装置から配線２１８を介して電力が供給される。この固定子２１０と一体化された回転体２１２の回転に伴って偏心体２１６も回転し、この偏心体２１６の回転に伴って径方向に偏心力が生じる。そして、この径方向への偏心力によって、固定子２１０の両端部が径方向に変形を生じる。
　なお、上述したような、その回転軸を固定子２１０の中心軸と一致させて電動機を配置するとともに、この電動機の回転軸に偏心体を付加する構成に代えて、断面形状の不均一にし、電動機自体から偏心力が発生するようにしてもよい。
　その他の構成については、すでに説明したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
　このアクチュエータによれば、図２に示したアクチュエータと同様の効果を発揮できるとともに、適切なモータを選択することで、任意の駆動力を実現することができる。
　［実施の形態１］
　本発明に係るアクチュエータアレイは、上述のような、駆動時に収縮し、非駆動時にはその固定子と可動子が相対的に自在に移動するアクチュエータを複数組み合わせたものである。
　本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、図７に示すようなアクチュエータを基本構造とするものとする。
　図７は、この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
　図７を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、上述の実施の形態１と同様の可動子１００と、固定子２２０とを含む。本実施の形態に従うアクチュエータにおける可動子１００については、図２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。固定子２２０は、代表的にマルテンサイト変態によって形状を変化させる変位部２２２を有しており、この変位部２２２による変位を受けて、アクチュエータの収縮動作が実現される。なお、本実施の形態における変位部２２２の変位速度は、図２に示したアクチュエータの変位速度に比較して、緩やかである。
　図８は、この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。
　図８（Ａ）および図８（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従う可動子は、Ｔｉ－Ｎｉ系材料からなる形状記憶合金ファイバ２２４を用いて構成される。より具体的には、形状記憶合金ファイバ２２４には、高温時の記憶形状として、ほぼ直線状の形状を与えておく。そして、この形状記憶合金ファイバ２２４を室温下においてコイル状に巻き、このコイル形状にした形状記憶合金ファイバ２２４を、たとえばゴムなどの弾性材料からなるリング部材２２６により結束する。
　このように構成された変位部２２２を加熱すると、形状記憶合金ファイバ２２４は記憶形状である直線形状に戻ろうとするため、変位部２２２の剛性が高まる。その結果、形状記憶合金ファイバ２２４は、リング部材２２６による締め付け力を超えて、径方向に押し広がっていく。
　本実施の形態に従う変位部２２２は、このような形状記憶合金ファイバ２２４が発生する径方向へ押し広がる力を用いて、径方向の変位（変形）を生じる。
　図８（Ｃ）を参照して、本実施の形態では、電流源２２８から形状記憶合金ファイバ２２４に電流を通電し、この電流によって生じるジュール熱を用いて、形状記憶合金ファイバ２２４を加熱する。なお、形状記憶合金ファイバ２２４は、変態点を超えなければ変形を生じないので、電流源２２８の電流供給能力は、形状記憶合金ファイバ２２４の変態点に応じて適切に設計される。すなわち、電流源２２８は、形状記憶合金ファイバ２２４に対して変態点をまたぐ温度変化を与えることができるように、その供給電流値が設計される。
　このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、形状記憶合金ファイバ２２４が加熱されて径方向に押し広げるような力を連続的に発生させることで、固定子２２０が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、冷却されることで形状記憶合金ファイバ２２４の剛性が低下し、リング部材２２６による締め付け力によって形状記憶合金ファイバ２２４は押し潰される。その結果、可動子１００と固定子２２０とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。
　なお、形状記憶合金ファイバ２２４を加熱する方法としては、上述したように、電流源２２８から形状記憶合金ファイバ２２４に通電する構成に代えて、可動子１００の内側または外側に配置された熱源を用いて、形状記憶合金ファイバ２２４を直接的または間接的に加熱してもよい。
　このアクチュエータは、図２に示したものと同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。
　なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。例えば、図２に示したアクチュエータを用いてもよいし、後述する他の構成のアクチュエータを用いてもよい。
　図９を参照して、実施の形態１に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図９は、実施の形態１に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。
　図９に示すように、実施の形態１に係るアクチュエータアレイは、複数のアクチュエータが直列接続された構造を含む。ここで複数のアクチュエータが「直列接続」されているとは、アクチュエータの固定子同士が接続されていることを指す。なお、ここでの固定子同士の接続には、２つのアクチュエータに含まれる固定子が一体的に形成されている場合も含む。図に示したのは、このような場合である。
　また、実施の形態１に係るアクチュエータアレイは、複数のアクチュエータの末端が、接続子５１０により１つの接続点５２０で接続されている構造を含む。接続点５１０を動かそうとする対象物に接続することで、接続点５１０が作用点となって、対象物に力を及ぼすことができる。なお、ここでは複数のアクチュエータを１つの接続点に接続する構成を示したが、１枚の平板に接続し、その平板を作用面とすることで、対象物に力を及ぼすという構成もとれる。
　直列に接続された複数のアクチュエータを変位させることにより、単独のアクチュエータに比べ、大きな変位を得ることができる。
　また、１つの接続点あるいは平板に接続された複数のアクチュエータを同時に駆動することで、単独のアクチュエータに比べ、大きな力を発生することができる。
　本発明の特徴的な点は、１つの固定子２１０が変形すると、それに対応する可動子１００が動かされ、それに伴って、その可動子１００に並列に接続された別の可動子１００が動かされることにある。各アクチュエータは、非駆動時には、自在に移動するため、他のアクチュエータの駆動の妨げとならない。また、複数のアクチュエータが駆動されている場合も、駆動されている各アクチュエータは収縮動作を行なうため、全体として必ず収縮するように動作する。駆動信号のタイミングによって、発生する力が打ち消しあうといったことは起こらない。また、仮に、故障しているアクチュエータがあったとしても、他のアクチュエータによって、収縮動作を実現できる。よって、このアクチュエータアレイは、含まれる少なくとも１つのアクチュエータの動作を制御することによって、その動作を制御できるという特性を持つ。
　［実施の形態２］
　図１０を参照して、実施の形態２に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図１０は、実施の形態２に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、実施の形態１でも説明したとおり、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。
　図１０に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、平板６００の一方の面に３つのアクチュエータが接続され、平板６００のもう一方の面に３つのアクチュエータが接続されている。このように平板を介して複数のアクチュエータ同士を直列接続することで、変位および発生力の大きいアクチュエータアレイを実現できる。
　［実施の形態３］
　図１１を参照して、実施の形態３に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図１１は、実施の形態３に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、これまで説明した各実施の形態と同様に、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。
　本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、隣接するアクチュエータの固定子１００同士が、弾性体７００により並列接続されている構造をもつ。ここで、「並列接続」とは、アクチュエータの可動子同士が接続されていることを指す。並列接続されたいくつかのアクチュエータがまとまって動くので、個々のアクチュエータに働く力が分散される。
　なお、接続には弾性体以外のものを用いることもできる。例えば、可動子同士を接着してもよいし、可動子を一体形成してもよい。ただし、各アクチュエータの動作量の差異を吸収するためには、弾性体を用いるのが好ましい。
　［実施の形態４］
　図１２を参照して、実施の形態４に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図１２は、実施の形態４に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。
　本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、アクチュエータを３次元的に配列したものであり、図１２（Ａ）は、実施の形態４に係るアクチュエータアレイの１層の構造を示す図である。図１２（Ｂ）は、実施の形態４に係るアクチュエータアレイを軸方向から見た断面図である。すなわち、アクチュエータアレイは、図１２（Ａ）に示したような層が複数積み重なってできたものである。
　なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、これまで説明した各実施の形態と同様に、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。
　図１２（Ａ）に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータアレイの各層は、複数のアクチュエータが弾性体７００によって並列接続され、さらに、並列接続された各アクチュエータは、他のアクチュエータと直列接続されている構造をもつものとする。ただし、各層は、これまで説明してきた各実施の形態で説明したような構造であってもよい。
　また、図１２（Ｂ）に示すように、異なる層に含まれるアクチュエータ同士も弾性体７００によって、並列接続されているものとする。このように各層が接続されることにより、本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、２次元面上にアクチュエータが配置されたアクチュエータアレイに比べ、さらに大きな力を発生することができる。
　［実施の形態５］
　以上の実施の形態で説明したアクチュエータアレイに含まれるアクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、信号に対する応答性を、アクチュエータ群ごとに変えることで、アクチュエータアレイに、複雑な動作を、容易に行わせることができる。
　本実施の形態では、同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる複数のアクチュエータを組み合わせたアクチュエータアレイについて説明する。
　同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる複数のアクチュエータは、入力レベルに対する反応の閾値が互いに異なる複数のアクチュエータと、ランプ状に上昇していく入力レベルとを組み合わせることで実現できる。
　このことを図１３を用いて説明する。図１３は、同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる２つのアクチュエータ（それぞれ、Ａエレメント、Ｂエレメントとよぶ）について説明するための図である。図１３（Ａ）は、ＡエレメントおよびＢエレメントに与える信号の入力レベルの時間的変化を表わす図である。入力レベルは、所定の時刻ｔ０までは一定であるが、時刻ｔ０を超えると、所定の時刻を超えた時間に比例して、増加していく。また、図１３には、Ａエレメントの閾値およびＢエレメントの閾値を合わせて示している。
　図１３（Ａ）に示す信号が入力された場合、Ａエレメントは、図１３（Ｂ）に示すような応答を示す。すなわち、入力レベルがＡエレメント閾値に達する時刻ｔＡまでは信号への応答を示さないが、時刻ｔＡ以降は信号への応答を示す。
　一方、Ｂエレメントは、図１３（Ａ）に示す信号が入力された場合、図１３（Ｃ）に示すような応答を示す。すなわち、入力レベルがＢエレメント閾値に達する時刻ｔＢまでは信号への応答を示さないが、時刻ｔＢ以降は信号への応答を示す。
　上記の説明から分かるように、入力レベルに対する応答の閾値が異なるＡエレメントとＢエレメントは、同じ信号を与えられた際に、異なる応答開始時刻を示す。なお、ここでは、所定の時刻を超えた時間に比例して増加する信号を示したが、信号の種類はこれに限られるものではない。時間に応じて、そのレベルが増加あるいは減少する信号であればよい。
　さて、具体的な例として、電圧を各エレメントへのトリガとする場合を考える。この場合、電圧で設定したエレメントの閾値と入力電圧とを比較器（コンパレータ）によって比較する。ここで、エレメントの閾値をエレメントごとに変えれば、共通の信号を入力したときの、各エレメントの応答開始時刻を変えることができる。
　エレメントの閾値を変えるには、例えば、電子ボリューム、すなわち、外部からのデジタルデータにより、抵抗値を設定できる可変抵抗デバイスを用いることができる。電子ボリュームを用いて各エレメントの閾値を設定する回路について図１４を参照して説明する。図１４は、電子ボリュームを用いて各エレメントの閾値を設定する回路の図である。
　閾値の設定にあたっては、まず、マイコン８１０がマルチプレクサ８２０に抵抗値の設定データおよびセレクタ信号を送信する。ここで、設定データは、予め与えられたものであってもよいし、利用者が設定するものであってもよい。マルチプレクサ８２０は、抵抗値の設定データおよびセレクタ信号に基づいて、それぞれエレメントｉ、エレメントｊ、エレメントｋに対応する電子ボリューム８３１、電子ボリューム８４１、電子ボリューム８５１に抵抗値を指定する信号を送信する。
　各電子ボリュームに信号が送信されることにより、各エレメントの閾値が設定される。例えば、エレメントｉの閾値は、正電源８３５、負電源８３６から、それぞれ、電圧Ｖｅｅ、電圧Ｖｃｃが供給されているコンパレータ８３４の非反転入力（＋端子）に入力される電圧ＶＲである。この電圧ＶＲは、電源８３３の電位をＶｃｃ１、抵抗８３２の抵抗値をＲ５＝１ｋΩ、電子ボリュームの抵抗値をＲとすると、ＶＲ＝Ｖｃｃ１×Ｒ／（Ｒ５＋Ｒ）となる。よって、Ｒを変更することにより、ＶＲを変更できる。すなわち、マルチプレクサ８２０への抵抗との設定データを変更することにより、エレメントｉの閾値を変更できる。反転入力（－端子）に入力される信号電圧を、例えば図１０（Ａ）のように時間変化させていき、信号電圧が、閾値である電圧ＶＲを超えると、トリガ８３７への出力が変化する。エレメントｊ、エレメントｋの閾値についても、マルチプレクサ８２０の抵抗の設定データを変更することにより変更できる。
　なお、以上では、外部信号により閾値を変更する構成を示したが、閾値を決める素子（例えば、コンパレータ）に、異なる特性を持つものを用いることで、異なるエレメント特性を実現してもよい。
　アクチュエータアレイを動作させる際には、含まれるすべてのアクチュエータを同時に動作させるよりも、各アクチュエータをややずらして動作させるほうが、内部に応力歪がたまりにくく、また、各アクチュエータへの負荷が小さい。このようなずらした動作のためには、従来のアクチュエータからなるアクチュエータアレイでは、複数種類の信号を複雑に組み合わせる必要があった。これに対し、本実施の形態に係るアクチュエータアレイでは、上述のように各アクチュエータに対して異なる閾値を設定しておくことで、すべてのアクチュエータに対して共通の信号を用いながら、各アクチュエータの動作タイミングをずらすことができる。
　特に、アクチュエータアレイに含まれるアクチュエータをアクチュエータアレイの端から順次動作させると、内部に応力歪がたまるのを防ぐことができる。しわを伸ばしたりする場合に、端から伸ばしていく方が全体のしわが伸びるのと同じ原理である。このような動作は、アクチュエータアレイの端から、動作タイミングの順番にアクチュエータ群を配置することで実現できる。
　他にも、例えば、図９に示したアクチュエータアレイにおいて、直列接続されたアクチュエータ群のうち上２列の閾値を大きくし、下２列の閾値を小さくすれば、駆動当初は曲がりを示し、あとから曲がりがなくなる、という複雑な動作を実現できる。
　このように各アクチュエータ群に対し、互いに異なる応答特性を設定し、各アクチュエータに共通の駆動信号を与えることで、アクチュエータアレイに様々な動作を行わせることができる。行わせる動作の種類は、複数のアクチュエータをどのようなアクチュエータ群に分割するか、あるいは、各アクチュエータ群にどのような応答特性を設定するかによって決めることができる。
　［実施の形態６］
　実施の形態５では、アクチュエータアレイに含まれる各アクチュエータの同一の信号に対する応答開始時刻を変更する構成について説明した。本実施の形態では、各アクチュエータの出力エネルギーを変更する構成について説明する。
　本実施の形態では、電源供給系を、信号トリガ系とは別々に設計する。本実施の形態に係る電源供給系を図１５に示す。図１５は、実施の形態６に係る電源供給系の図である。
　図１５に示すように、本実施の形態に係る電源供給系は、交流電圧を発生する信号発生器９１０と、整流器として用いられるダイオード９２０と、電源９３０と、コンデンサ９４０と、スイッチ９５０と、出力端子９６０とを備える。ここでは、交流電圧の周波数は１ｋＨｚ、電源９３０の発生する電圧Ｖ２は１０Ｖ、コンデンサ９４０の容量Ｃ１は１μＦとする。ただし、これらの値は他の値であっても構わない。また、信号発生器は、交流電圧ではなくパルス電圧を発生するものであってもよい。
　スイッチ９５０が、電源９３０側に接続されている間は、１０Ｖの電圧が出力端子９６０に一律に供給される。
　スイッチ９５０がコンデンサ９４０側に接続されている状態では、信号発生器９１０が発生した交流電圧は、ダイオード９２０で整流され、コンデンサ９４０に電荷が蓄えられる。コンデンサ９４０の容量に応じた出力エネルギーが出力端子９６０に供給される。
　したがって、各アクチュエータへの電源供給系に含まれるコンデンサの容量を変化させることで、出力エネルギーを変化させることができる。応答特性と出力エネルギーを変えることで、アクチュエータアレイの出力特性を変えてやることができる。
　複数のアクチュエータをどのようなアクチュエータ群に分割するか、あるいは、各アクチュエータ群に含まれるコンデンサの容量の設定値によって、動作の種類を決定できる点は、実施の形態６と同様である。
　［実施の形態７］
　以上の各実施の形態で説明したアクチュエータアレイの歪－応力特性、すなわち、アクチュエータアレイの長さと応力との関係は、活性化するアクチュエータの数により、変えることができる。
　一例として、１０個のエレメントを並列接続したアクチュエータアレイにおける、エレメントの励起数と歪－応力特性の関係を図１６に示す。なお、ここでは、滑り特性のため、エレメントの長さは、駆動するエレメントの長さに倣うため、横軸を並列接続したエレメント長さにとっている。
　本実施の形態に係るエレメントは、収縮量が大きくなると、変位に対するストッパ機構が自動的に働くため、外部に対して発生する力は低下する。また、伸びたときは、固定子側の変形量が小さくなるため、外部に対して発生する力は低下する。よって、駆動時の歪－応力特性を表わす曲線は、図１６に示すように上に凸の曲線となる。励起数を大きくすると、エレメントの収縮量に対して発生する力は大きくなる。よって、励起させるエレメントの数を調節することで、適切な歪－応力特性をもつアクチュエータアレイを実現することができる。
　なお、滑り時、つまり、エレメントを駆動していない時の、歪－応力特性も、図１６に示した。エレメントが伸びきる限界長までは、ほとんど摩擦力が働かないため、応力は小さいままだが、限界長に達すると、それ以上エレメントが伸びないため、応力が急激に増加する。
　駆動信号によって駆動されるアクチュエータの個数を設定し、各アクチュエータに駆動信号を与えるだけで、同じアクチュエータアレイに、様々な歪－応力特性（弾性率）を示させることができる。
　［変形例］
　上述の各実施の形態に係るアクチュエータアレイに含まれるアクチュエータは、すでに述べたように、これまで説明したものに限られない。ここでは、アクチュエータの変形例を説明する。
　まず、図７に示したアクチュエータの固定子の変形例について説明する。図８に示すように、変位部２２２が全体的に膨張する場合であっても可動子１００の収縮は実現できるが、可動子１００の受圧部１０２に接している部分が大きく膨張する構成がより好ましい。そこで、図１７に示すような形状の変位部を用いることで、可動子１００の収縮速度および収縮量をより大きくすることができる。
　図１７は、図７のアクチュエータの変形例に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。
　図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）を参照して、本実施の形態の変形例に従う可動子は、形状記憶合金からなる変位部２３４を含んで構成される。より具体的には、変位部２３４は、形状記憶合金をらせん状に巻いてバネとして形成したものである。この変位部２３４には、図１７（Ｂ）に示すような中心部が膨らんだ形状を記憶させておく。さらに、変位部２３４は、隣接する変位部２３４（図示しない）とバネ部材２３０を介して相互に連結される。このバネ部材２３０からの張力によって、室温下の変位部２３４は、中心部の膨らみが低減し、略円柱状の形状となる。
　このような変位部２３４を図示しない電流源を用いて加熱することで、変位部２３４からは、図１７（Ｂ）に示すような形状に戻ろうとする復元力が発生する。図１７（Ｃ）に示すように、変位部２３４を可動子１００の受圧部１０２に接しておくことで、このような復元力が受圧部１０２に与えられる。その結果、軸方向の作用力が発生し、固定子が可動子１００内に収容される。
　このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、変位部２３４が加熱されて径方向に押し広げるような力を連続的に発生させることで、固定子が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、冷却されることで変位部２３４の剛性が低下し、バネ部材２３０の張力によって変位部２３４は押し潰される。その結果、可動子１００と固定子とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。
　その他の構成については、図７と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
　この変形例によれば、図２のアクチュエータと同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。
　また、他の変形例として、相転移による体積変化を利用して変位を発生する構成について説明する。
　図１８は、相転移による体積変化を利用して変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。
　図１８を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、すでに説明したものと同様の可動子１００と、固定子２４０とを含む。本実施の形態に従うアクチュエータにおける可動子１００については、すでに説明したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
　固定子２４０は、内圧を受けて少なくとも径方向に外形を変化し得る膨張収縮部２４２と、膨張収縮部２４２に封入され、相転移により体積が変化する媒質２４８とを含む。膨張収縮部２４２は、代表的にゴムなどの弾性体からなる袋状の部材である。また、媒質２４８としては、代表的に水などの常温で液体を維持する物質が好ましい。
　さらに、固定子２４０には、媒質２４８を加熱するために膨張収縮部２４２内に設けられたヒータ部２４４と、ヒータ部２４４に電流を供給するための電源部２４６とを含む。
　このように構成された固定子２４０内のヒータ部２４４に、電源部２４６から電流を供給し、媒質２４８をその沸点まで加熱すると、媒質２４８は液相から気相へ相転移する。この結果、膨張収縮部２４２の内圧が上昇し、膨張収縮部２４２はその外形を膨張させる。その結果、膨張収縮部２４２は、径方向に押し広がっていく。
　本実施の形態に従う固定子２４０は、このような膨張収縮部２４２が発生する径方向へ押し広がる力を用いて、径方向の変位（変形）を生じる。なお、媒質２４８は、転移温度（この場合には、沸点）を超えなければ相転移を生じないので、電源部２４６の電力供給能力は、媒質２４８の転移温度に応じて適切に設計される。すなわち、電源部２４６は、媒質２４８の転移温度をまたぐ温度変化を与えることができるように、その供給能力が設計される。
　このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、媒質２４８が加熱されて相転移を生じることで、膨張収縮部２４２から径方向に押し広げる力が発生する。この径方向に押し広げる力によって、固定子２４０が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、膨張収縮部２４２を介して放熱されることで、媒質２４８が冷却されて液体に戻り、膨張収縮部２４２は収縮する。その結果、可動子１００と固定子２４０とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。
　この変形例によれば、図２のアクチュエータと同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。
　また、非駆動時において、可動子と固定子とが外部からの僅かな力で自在に相対移動できる構成に工夫を加えることもできる。
　例えば、アクチュエータの可動子と固定子との間にクリアランスを設けることができる。クリアランスを設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図を図１９に示す。
　図１９に示したアクチュエータにおいては、可動子１１０には、固定子２００の断面形状に比較してより大きな断面形状をもつ穴部が形成されている。すなわち、可動子１１０には、固定子２００に対して所定のクリアランス１１２が設けてあり、固定子２００が径方向に変位を生じない非駆動時には、可動子１１０と固定子２００との相対移動に際して、両者の間に生じる摩擦力（応力）は相対的に小さくなる。
　一例として、図６に示すアクチュエータにおいて、固定子２００を外形６ｍｍのシリコンチューブで構成し、可動子１１０を外形１０ｍｍで内径６ｍｍのプラスチック（代表的に、ジュラコン）で構成した場合には、駆動時に両者の間に働く駆動力は０．２Ｎ程度となる。
　そこで、固定子２００と可動子１１０との間のクリアランス１１２は、非駆動時の両者の摩擦力が、駆動時の駆動力０．２Ｎより小さくなるように設計することが好ましい。
　代替的に、固定子と可動子との間をクリアランスではなく、点接触または線接触などの相対的に摩擦力を低減できるような支持部材を用いてもよい。
　図２０は、支持部材を設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。
　図２０に示したアクチュエータにおいては、可動子１２０と固定子２００との間には、両者を点接触または線接触で支持するための突起部１２２が設けられている。この突起部１２２は、樹脂または金属からなる線状部材からなる。
　このような突起部１２２は、外部からの応力に応じて弾性変形するため、固定子２００の移動に応じて、僅かな力で形状を変化させるため、非駆動時における可動子１２０と固定子２００との相対移動に要する摩擦力を低減できる。
　また、図２０に示すような線状部材に代えて、膜状の部材からなる突起部を用いてもよい。
　さらに、他の変形例として、加とう性を有する固定子を設けた構造でもよい。図１に示すような機構に本発明に係るアクチュエータを適用する場合には、必要な移動量（変位量）を実現するために、固定子が移動量に応じた長さだけ可動子内に収容される必要がある。すなわち、可動子は、固定子の全長のうち、必要な長さ分だけ収容できるように構成される必要がある。また、本発明に係るアクチュエータを適用する機構に要求される特性によっては、可動子の変位が直線的であるとは限らない。よって、必要に応じて、可とう性を有するように固定子を構成することが好ましい。
　図２１は、その固定子が可とう性を有するアクチュエータを直列接続した構成の一例を示す図である。図２１を参照して、本実施の形態では、図６に示す実施の形態のアクチュエータと同様の固定子２１０を含むアクチュエータを用いる場合について例示する。
　図２１（Ａ）を参照して、各可動子１３０の両端には、それぞれ固定子２１０が相対移動するための穴部が設けてある。駆動時には、それぞれの固定子２１０が変位を発生させることで、各固定子２１０は、それぞれの端が各可動子１３０の中に収容されることになる。
　このとき、各可動子１３０から見ると、両端に位置する固定子２１０がそれぞれその中に進入してくることになり、その結果、隣接する可動子１３０の間の距離が縮まる。このとき、可動子１３０が直線形状であれば、両端に位置する可動子１３０は、略同一の軸上を可動子１３０の中心に向けてそれぞれ移動することになる。しかしながら、適用される機構によっては、外力を受けることによって、両端の可動子１３０が同一の軸上を移動しない場合もある。このような場合には、当該外力に適応できるように、可動子１３０を樹脂などで構成することで、可動子１３０に可とう性（弾性）を持たせることが好ましい。
　一方で、非駆動時における滑り動作時には、固定子２１０と可動子１２０との間の伸張動作を妨げないことが必要である。すなわち、可動子１３０は、曲げ方向には柔軟であるが、伸び方向には所定の剛性を持つ必要がある。
　そこで、図２１（Ｂ）に示すように、外装にスリット１３２を形成して、曲げ方向の剛性を低減することで、曲げ方向に柔軟であり、かつ伸び方向に剛性をもつ可動子１３０を構成することができる。
　あるいは、所定の方向に強化繊維を配合することにより、可動子１３０に配向方向の異方性を持たせるようにしてもよい。
　このような形態によれば、アクチュエータの適用される機構（アプリケーション）に応じて、適切な方向に駆動力を発揮できる。
　さらに他の変形例として、固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制するための構成を有するアクチュエータについて説明する。上述の図１に示すような機構に本発明に係るアクチュエータを適用する場合には、各アクチュエータにどのような外力が加わった場合であっても、アクチュエータを保護する必要があり、このような保護機能の一例として、固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制する。
　図２２は、固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制するための構成を有するアクチュエータの要部を示す断面図である。
　図２２を参照して、このアクチュエータは、固定子２９０に可動子１４０との間の相対移動を規制するためのストッパ部２９２，２９４が形成されている。
　より具体的には、各固定子２９０の中心部（隣接する可動子１４０の中間）に形成されたストッパ部２９２は、過挿入防止ストッパであり、可動子１４０内における固定子２９０同士の干渉を防止する。すなわち、駆動時の収縮動作では、各可動子１４０にはその両側から固定子２９０が収容されるため、何らの規制を行なわないと、可動子１４０内で隣接する固定子２９０同士が干渉し得る。そこで、そこで、可動子１４０の穴部の断面形状より大きな断面形状をもつストッパ部２９２を形成することで、固定子２９０の干渉防止を行なう。
　また、各固定子２９０の両端に形成されたストッパ部２９４は、抜け防止ストッパであり、固定子２９０が可動子１４０から抜け出ることを防止する。すなわち、非駆動時の滑り動作では、可動子１４０と固定子２９０との間の摩擦力は非常に小さいので、僅かな外力を受けて固定子２９０は可動子１４０から抜け出ようとする。そこで、可動子１４０の受圧部の断面形状より大きな断面形状をもつストッパ部２９４を形成することで、固定子２９０の抜け防止を行なう。
　なお、可動子１４０にリング状の受圧部を挿入することでアクチュエータを形成する場合には、受圧部自身が抜け出るおそれがあるので、可動子１４０の両端には、受圧部の抜け防止に突起部を設けることが好ましい。
　この形態によれば、適用先の機構（アプリケーション）において要求される伸縮特性に関わらず、各アクチュエータを保護することができるのので、アクチュエータの堅牢性を高めることができる。
　また、以上においては、可動子内に固定子が収容される構成について例示してきたが、固定子内に可動子が収容されるようにしてもよい。このような変形例について図２３を用いて説明する。図２３は、固定子内に可動子が収容されるアクチュエータの要部を示す断面図である。
　図２３に示すアクチュエータは、図６に示すアクチュエータにおける固定子と可動子との機能を入れ替えたものに相当する。具体的には、本実施の形態に従うアクチュエータは、可動子３００と、固定子４０２とを含む。
　可動子３００は、その両サイドに配置された回転体３０２と、回転体３０２の回転軸から偏心して連結された偏心体３０４とを含む。回転体３０２は、代表的にモータなどの電動機からなり、アクチュエータの駆動時において、図示しない電源装置から供給される電力によって回転運動を生じる。この可動子３００と一体化された回転体３０２の回転に伴って偏心体３０４も回転し、この偏心体３０４の回転に伴って径方向に偏心力が生じる。そして、この径方向への偏心力によって、可動子３００の両端部が径方向に変形を生じる。
　一方、固定子４０２は、中空構造の回転体３０２を貫通して回転自在に構成されており、その両端には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一な受圧部４０４が形成されている。そして、アクチュエータの可動時に可動子３００が発生する少なくとも径方向の変位を受けて、受圧部４０４は、可動子３００および固定子４０２を軸方向に沿って所定の向き（可動子３００同士が近接する向き）に相対移動させるための作用力を及ぼす。
　その他の構成は、図６に示したアクチュエータとほぼ同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
　なお、本実施の形態では、説明の便宜上、図６に示すアクチュエータにおける固定子と可動子との機能を入れ替えた構成について例示したが、その他の実施の形態についても、同様に固定子と可動子との位置関係を入れ替えることができる。
　この実施の形態によれば、固定子の構造を簡素化できるので、伸縮量が長いアクチュエータなどを容易に実現することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (13)

  1. 　アクチュエータアレイであって、
    　複数のアクチュエータ（１００，２００；１００，２５０；１００，２１０；１００，２２０；１００，２３２；１００，２４０；１１０，２００；１２０，２００；１３０，２１０；１４０，２９０；３００，４０２）を備え、
    　隣接する前記アクチュエータは、互いに接続されており、
    　前記複数のアクチュエータの各々は、固定子（２００，２１０，２２０，２３２，２４０，２５０，２９０，４０２）および可動子（１００，１１０，１２０，１３０，１４０，３００）を含み、
    　前記固定子および前記可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能であり、
    　前記固定子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を有し、
    　前記可動子は、前記固定子の前記変位部による変位を受けて、前記移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部（１０２，１１２，１２２，４０４）を有し、
    　駆動時に前記受圧部が発生する作用力は、非駆動時に前記固定子および前記可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい、アクチュエータアレイ。
  2. 　複数の前記アクチュエータは直列接続されている、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータアレイ。
  3. 　複数の前記アクチュエータは並列接続されている、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータアレイ。
  4. 　互いに直列接続された、複数の前記並列接続された複数の前記アクチュエータを含む、請求の範囲第３項に記載のアクチュエータアレイ。
  5. 　前記可動子同士が弾性的に接続されることで、複数の前記アクチュエータが並列接続されている、請求の範囲第３項に記載のアクチュエータアレイ。
  6. 　複数の前記アクチュエータは、共通の駆動信号に対して互いに異なる応答特性を有する複数のアクチュエータ群を含む、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータアレイ。
  7. 　前記複数のアクチュエータ群は、前記共通の駆動信号に対して互いに異なるタイミングで動作する、請求の範囲第６項に記載のアクチュエータアレイ。
  8. 　各前記アクチュエータ群は、前記アクチュエータアレイの端から順に、動作タイミングの順番に配置されている、請求の範囲第７項に記載のアクチュエータアレイ。
  9. 　前記複数の前記アクチュエータは、前記共通の駆動信号に対して互いに異なる出力エネルギーを発生する、請求の範囲第６項に記載のアクチュエータアレイ。
  10. 　複数の前記アクチュエータのうち、駆動する前記アクチュエータの個数を変更できる、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータアレイ。
  11. 　請求の範囲第１項に記載のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法であって、
    　複数の前記アクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各前記アクチュエータ群の前記駆動信号に対する応答特性が、互いに異なるものになるように設定するステップと、
    　前記反応特性を設定された各前記アクチュエータに前記駆動信号を与えるステップとを含む、アクチュエータアレイの駆動方法。
  12. 　請求の範囲第１項に記載のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法であって、
    　各前記アクチュエータには、コンデンサを含む電源供給系が、前記駆動信号が与えられたときに電圧を供給し、
    　複数の前記アクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各前記アクチュエータ群に含まれる前記コンデンサの容量を、互いに異なるものになるように設定するステップと、
    　各前記アクチュエータに前記駆動信号を与えるステップとを含む、アクチュエータアレイの駆動方法。
  13. 　請求の範囲第１項に記載のアクチュエータアレイを駆動信号によって駆動する駆動方法であって、
    　前記駆動信号によって駆動される前記アクチュエータの個数を設定するステップと、
    　各前記アクチュエータに前記駆動信号を与えるステップとを含む、アクチュエータアレイの駆動方法。
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