(57)【要約】【課題】簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる気体吸脱着デバイス等を提供する。【解決手段】気体吸脱着デバイス１は、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器１００内に多孔体１２を有し、多孔体１２へのエネルギーの供給によって多孔体１２内の所定の気体が多孔体１２の外へ放出され、多孔体１２へのエネルギーの供給を停止又は多孔体１２に供給するエネルギーを減少させることによって多孔体１２が密閉容器１００内の所定の気体を多孔体１２内へ取り込む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器内に多孔体を有し、
前記多孔体へのエネルギーの供給によって前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出され、
前記多孔体へのエネルギーの供給を停止する又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることによって前記多孔体が前記密閉容器内の前記所定の気体を前記多孔体内へ取り込む、気体吸脱着デバイス。
【請求項２】
前記密閉容器は、第１密閉容器と、通気路を介して前記第１密閉容器に連結された第２密閉容器とを有し、
前記多孔体は、前記第１密閉容器内に配置される、請求項１に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項３】
前記多孔体へのエネルギーの供給によって前記密閉容器内の圧力が上昇し、
前記多孔体へのエネルギーの供給を停止することによって前記密閉容器内の圧力が低下する、請求項１又は２に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項４】
前記多孔体は、金属有機構造体である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項５】
前記金属有機構造体は、ゲート吸着型の金属有機構造体である、
請求項４に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項６】
前記多孔体は、無機物、有機物及び金属の少なくとも一つと複合化された複合体である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項７】
前記エネルギーは、熱エネルギーである、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項８】
前記エネルギーは、光エネルギーである、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項９】
前記エネルギーは、磁力エネルギーである、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の気体吸脱着デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の気体吸脱着デバイスを有し、対象物の位置を固定する固定部と、
前記多孔体にエネルギーを供給する、又は、前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させるエネルギー供給手段と、を備え、
前記エネルギー供給手段による前記多孔体へのエネルギーの供給又は前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることによって、前記気体吸脱着デバイスにおける前記密閉容器内の圧力が変化して前記対象物の位置を固定する、対象物固定装置。
【請求項１１】
物体を把持する又は前記物体を解放する物体コンタクト部と、
前記物体コンタクト部による前記物体の把持又は解放を制御するコントロール部と、を備え、
前記物体コンタクト部は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の気体吸脱着デバイスを有し、
前記コントロール部から送信される制御信号に基づいて前記多孔体へのエネルギーの供給又は前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで前記気体吸脱着デバイスにおける前記密閉容器内の圧力を変化させる、ドローン。
【請求項１２】
所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器内に多孔体が配置され、
前記多孔体にエネルギーが供給されることで前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出されて前記密閉容器を加圧し、
前記多孔体へのエネルギーの供給が停止又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで前記密閉容器内の前記所定の気体が前記多孔体内に取り込まれることにより前記密閉容器を減圧する、圧力制御方法。
【請求項１３】
前記密閉容器は、第１密閉容器と、前記第１密閉容器に連結された第２密閉容器とを有し、
前記多孔体は、前記第１密閉容器内に配置され、
前記多孔体から前記所定の気体が脱着又は前記多孔体に前記所定の気体が吸着することで、前記第２密閉容器を加圧又は減圧する、請求項１２に記載の圧力制御方法。
【請求項１４】
前記第２密閉容器の材質は、弾性変形可能な材質で構成されている、請求項１３に記載の圧力制御方法。
【請求項１５】
前記多孔体は、前記第１密閉容器に配置される前に前記多孔体が前記気体を吸着する処理が施されている、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の圧力制御方法。
【請求項１６】
前記多孔体は、金属有機構造体である、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の圧力制御方法。
【請求項１７】
前記金属有機構造体は、ゲート吸着型の金属有機構造体である、請求項１６に記載の圧力制御方法。
【請求項１８】
所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない第１密閉容器内に多孔体が配置され、
前記多孔体にエネルギーが供給されることで、前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出されて前記第１密閉容器に連結された第２密閉容器を軟質化させ、
前記多孔体へのエネルギーの供給が停止される又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで、前記第２密閉容器内の前記所定の気体が前記多孔体内に取り込まれて前記第２密閉容器を硬質化させて、物体の把持を行う、物体把持方法。
【請求項１９】
前記第２密閉容器の材質は、弾性変形可能な材質で構成されている、請求項１８に記載の物体把持方法。
【請求項２０】
前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間の気体の流れを抑止して、前記多孔体から気体を脱着させて、
その後、
前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間に気体が流れるようにして、前記第２密閉容器を加圧して前記第２密閉容器を軟質化させ、
前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間の気体の流れを抑止して、前記多孔体に気体を吸着させて、
その後、
前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間に気体が流れるようにして、前記第２密閉容器を減圧して前記第２密閉容器を硬質化させる、請求項１８に記載の物体把持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、気体吸脱着デバイス、対象物固定装置又はドローン等の気体吸脱着デバイスを用いた装置、圧力制御方法及び物体把持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な形状の物体を把持することができる物体把持装置が知られている（例えば特許文献１）。近年、この種の物体把持装置として、ジャミング転移を利用したロボットハンド等の研究がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１３０８１０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】H.Kanoh et al., J. Colloid. Interface Sci., 2009,334,1.
【非特許文献２】S.R.Caskey et al., J. Am. Chem Soc., 2008,130,10780.
【非特許文献３】Haiquing Li et al., ACC. Chem Res., 2017, 50, 778.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ジャミング転移を利用した従来の物体把持装置は、例えば、内部に粉体が充填された可撓性を有する中空バッグ等の密閉容器によって構成された把持部を備えている。このような物体把持装置では、粉体が充填された可撓性を有する密閉容器内の圧力を加圧及び減圧することで、密閉容器を硬質化させたり軟質化させたりしている。これにより、密閉容器によって構成された把持部により物体を把持したり物体を解放したりすることができる。
【０００６】
しかしながら、従来の物体把持装置では、密閉容器内の圧力を加圧したり減圧したりするための装置が大きい。
【０００７】
本開示は、簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる、気体吸脱着デバイス、この気体吸脱着デバイスを用いた対象物固定装置、ドローン、圧力制御方法及び物体把持方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る気体吸脱着デバイスの一態様は、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器内に多孔体を有し、前記多孔体へのエネルギーの供給によって前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出され、前記多孔体へのエネルギーの供給を停止する又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることによって前記多孔体が前記密閉容器内の前記所定の気体を前記多孔体内へ取り込む。
【０００９】
また、本開示に係る対象物固定装置の一態様は、対象物の位置を固定する固定部と、前記多孔体にエネルギーを供給する、又は、前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させる行うエネルギー供給手段と、を備え、前記固定部は、上記した一態様の気体吸脱着デバイスを有し、前記エネルギー供給手段による前記多孔体へのエネルギーの供給又は前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることによって、前記気体吸脱着デバイスにおける前記密閉容器内の圧力が変化して前記対象物の位置を固定する。
【００１０】
また、本開示に係るドローンの一態様は、物体を把持する又は前記物品の把持を解放する物体コンタクト部と、前記物体コンタクト部による前記物体の把持又は解放を制御するコントロール部と、を備え、前記物体コンタクト部は、上記の気体吸脱着デバイスを有し、前記コントロール部から送信される制御信号に基づいて前記多孔体へのエネルギーの供給又は前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで前記気体吸脱着デバイスにおける前記密閉容器内の圧力を変化させる。
【００１１】
また、本開示に係る圧力制御方法の一態様は、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器内に多孔体が配置され、前記多孔体にエネルギーが供給されることで前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出されて前記密閉容器を加圧し、前記多孔体へのエネルギーの供給が停止又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで前記密閉容器内の前記所定の気体が前記多孔体内に取り込まれることにより前記密閉容器を減圧する。
【００１２】
また、本開示に係る物体把持方法の一態様は、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない第１密閉容器内に多孔体が配置され、前記多孔体にエネルギーが供給されることで、前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出されて前記第１密閉容器に連結された第２密閉容器を軟質化させ、前記多孔体へのエネルギーの供給が停止される又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで、前記第２密閉容器内の前記所定の気体が前記多孔体内に取り込まれて前記第２密閉容器を硬質化させて、物体の把持を行う。
【発明の効果】
【００１３】
簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係る気体吸脱着デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】実施の形態に係る気体吸脱着デバイスの他の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】一般的な多孔体における気体の吸着等温線の一例を示す図である。
【図４】ゼオライトについてのＣＯ２の吸着等温線を示す図である。
【図５】一般的なゲート吸着型ＭＯＦにおける気体の吸着等温線の一例を示す図である。
【図６】ＥＬＭ−１１についてのＣＯ２の吸着等温線を示す図である。
【図７】多孔体による加圧減圧原理を検証するために用いた気体吸脱着デバイスの構成を模式的に示す図である。
【図８】合成したＭｇ−ＭＯＦ−７４のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図９】非特許文献２において合成されたＭｇ−ＭＯＦ−７４のＸ線回折パターンを示す図である。
【図１０】Ｍｇ−ＭＯＦ−７４のＴＧ曲線を示す図である。
【図１１】多孔体による加圧減圧原理を検証するために用いた気体吸脱着デバイスの別の構成を模式的に示す図である。
【図１２Ａ】他の実施の形態に係る気体吸脱着デバイスにおいて、第２密閉容器内が減圧状態である場合を模式的に示す図である。
【図１２Ｂ】他の実施の形態に係る気体吸脱着デバイスにおいて、第２密閉容器内が加圧状態である場合を模式的に示す図である。
【図１３】他の実施の形態に係る気体吸脱着デバイスをロボットハンドに適用したときに、ロボットハンドがワークを把持するときの様子を説明するための図である。
【図１４】実施の形態に係るドローンの斜視図である。
【図１５】実施の形態に係るチャイルドシートの斜視図である。
【図１６】実施の形態に係るアシストスーツを着用したときの様子を示す図である。
【図１７】多孔体と粉末接着剤とで構成された複合体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（本開示の一態様を得るに至った経緯）
以下、本開示の実施の形態を具体的に説明するのに先立ち、本開示の一態様を得るに至った経緯について説明する。
【００１６】
従来の物体把持装置では、加圧減圧装置を用いて密閉容器内の圧力を減圧したり加圧したりする。
【００１７】
例えば、従来の物体把持装置では、真空ポンプ等の減圧装置を用いて密閉容器内の圧力を減圧する。一方、密閉容器内の圧力を加圧する際は、例えば、密閉系内に切替弁を設置しておき、大気開放によって減圧状態から常圧状態に戻して加圧したり、あるいは、圧縮機を用いて加圧したりする。
【００１８】
しかしながら、このような機械的原理による加圧減圧方法では、真空ポンプ等の大型の装置と、駆動のための定置電力が必要となり、さらに、加圧機構と減圧機構とを別々に設置する必要があるため、加圧減圧機構及びこれを備える物体把持装置が大型化したり重量化したり煩雑化したりするという課題がある。
【００１９】
一方、真空ポンプ等の装置を用いずに密閉容器内の圧力を減圧しようとすると、密閉容器から気体を排出するのに時間がかかってしまい、応答性が悪くなる。また、大気開放によって密閉容器内の圧力を加圧する方法では、加圧するのに時間がかかってしまって応答性が悪くなる。
【００２０】
ところで、多孔体は、内部にナノオーダサイズの細孔を有しており、細孔空間に分子を吸着する能力を有する。
【００２１】
本発明者らは、この多孔体の気体吸着能力に着目し、密閉容器内に多孔体と気体（気体分子）とが充填されている場合に、多孔体が気体を吸着すると、密閉容器内の圧力が減圧され得るのではないか、また、密閉容器内の圧力が減圧された状態において多孔体が吸着した気体を脱着することによって密閉容器内の圧力が加圧され得るのではないかという知見を得た。
【００２２】
本発明者は、この知見をもとに鋭意検討を行った結果、加圧減圧機構及び加圧減圧方法として、多孔体による気体の吸脱着を利用することを見出した。具体的には、多孔体にエネルギーを供給したりエネルギーの供給を停止又は減少したりすることで多孔体による気体の吸脱着を制御して、密閉容器内の圧力を加圧したり減圧したりする加圧減圧機構及び加圧減圧方法を見出した。そして、本発明者は実際に密閉容器内の圧力変化の制御が可能であることを実証した。
【００２３】
以下、本開示の具体的な態様を説明する。
【００２４】
本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスは、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器内に多孔体を有し、前記多孔体へのエネルギーの供給によって前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出され、前記多孔体へのエネルギーの供給を停止する又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることによって前記多孔体が前記密閉容器内の前記所定の気体を前記多孔体内へ取り込む。
【００２５】
この構成により、多孔体にエネルギーを供給したり多孔体へのエネルギーの供給を停止又は減少させたりするだけで多孔体による気体の吸脱着を制御できるので、簡易な構成且つ優れた応答性で密閉容器内を加圧したり減圧したりできる。これにより、真空ポンプのような装置を用いなくても密閉容器の圧力を効率的に制御することができる。したがって、加圧減圧機構の小型・軽量化及び独立化が可能となり、簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる。
【００２６】
また、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記密閉容器は、第１密閉容器と、通気路を介して前記第１密閉容器に連結された第２密閉容器とを有し、前記多孔体は、前記第１密閉容器に配置されるとよい。
【００２７】
この構成により、圧力変化対象部となる第２密閉容器内の圧力を、第２密閉容器とは別の第１密閉容器内に配置された多孔体による気体の吸脱着によって制御することができる。これにより、第２密閉容器内の圧力を一層効率的に制御することができる。
【００２８】
また、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記多孔体へのエネルギーの供給によって前記密閉容器内の圧力が上昇し、前記多孔体へのエネルギーの供給を停止する又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることによって前記密閉容器内の圧力が低下する。
【００２９】
この構成により、優れた応答性で密閉容器内を加圧したり減圧したりできるので、簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる。
【００３０】
また、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記多孔体は、金属有機構造体であるとよい。
【００３１】
この構成により、多孔体の気体の吸着量を大きくすることができるので、気体の吸着及び脱着に伴う圧力変化を大きくすることができる。
【００３２】
また、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記金属有機構造体は、ゲート吸着型の金属有機構造体であるとよい。
【００３３】
この構成により、多孔体が吸着した気体を容易に完全に脱着させることができるので、効率を上げることができる。また、吸着量の変化が急激に生じるため、吸着及び脱着に伴う加圧及び減圧の応答性を向上させることができる。
【００３４】
また、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記多孔体は、無機物、有機物及び金属の少なくとも一つと複合化された複合体であるとよい。
【００３５】
この構成により、多孔体のエネルギー伝達率が向上し、応答性を向上させることができる。これにより、一層効率を上げることができるとともに、加圧速度を早めることができる。
【００３６】
また、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記エネルギーは、熱エネルギーであるとよい。
【００３７】
この構成により、多孔体を加熱したり冷却したりすることで密閉容器内を加圧したり減圧したりすることができる。
【００３８】
あるいは、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記エネルギーは、光エネルギーであってもよい。
【００３９】
この構成により、簡易な構成で、効率を上げることができるとともに、加圧及び減圧の応答性を向上させることができる。
【００４０】
あるいは、本開示の一態様に係る気体吸脱着デバイスにおいて、前記エネルギーは、磁力エネルギーであってもよい。
【００４１】
この構成により、簡易な構成で、効率を上げることができるとともに、加圧及び減圧の応答性を向上させることができる。
【００４２】
また、本開示の一態様に係る対象物固定装置は、上記いずれかの気体吸脱着デバイスを有し、対象物の位置を固定する固定部と、前記多孔体にエネルギーを供給する、又は、前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させるエネルギー供給手段と、を備え、前記エネルギー供給手段による前記多孔体へのエネルギーの供給又は前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることによって、前記気体吸脱着デバイスにおける前記密閉容器内の圧力が変化して前記対象物の位置を固定する。
【００４３】
この構成により、気体吸脱着デバイスにおける多孔体にエネルギーを供給したり多孔体へのエネルギーの供給を停止又は減少させたりするだけで多孔体による気体の吸脱着を制御できるので、優れた応答性で密閉容器内の圧力を変化させて対象物の位置を固定することができる。これにより、真空ポンプのような装置を用いなくても密閉容器の圧力を効率的に制御することができ、簡易な構成で効率的に加圧及び減圧を行うことができる。したがって、簡易な構成で効率的に対象物の位置を固定できる固定部を有する対象物固定装置を実現することができる。
【００４４】
また、本開示の一態様に係るドローンは、物体を把持する又は前記物体を解放する物体コンタクト部と、前記物体コンタクト部による前記物体の把持又は解放を制御するコントロール部と、を備え、前記物体コンタクト部は、上記いずれかの気体吸脱着デバイスを有し、前記コントロール部から送信される制御信号に基づいて前記多孔体へのエネルギーの供給又は前記多孔体へのエネルギーの供給の停止若しくは前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで前記気体吸脱着デバイスにおける前記密閉容器内の圧力を変化させる。
【００４５】
この構成により、気体吸脱着デバイスにおける多孔体にエネルギーを供給したり多孔体へのエネルギーの供給を停止又は減少させたりするだけで多孔体による気体の吸脱着を制御できるので、優れた応答性で密閉容器内の圧力を変化させて物体を把持したり物体を解放したりすることができる。これにより、真空ポンプのような装置を用いなくても密閉容器の圧力を効率的に制御することができ、簡易な構成で効率的に加圧及び減圧を行うことができる。したがって、簡易な構成で効率的に物体を把持したり解放したりできる物体コンタクト部を有するドローンを実現することができる。
【００４６】
また、本開示の技術は、気体吸脱着デバイスによる圧力制御装置としてだけではなく、気体吸脱着デバイスを用いた圧力制御方法としても有用である。
【００４７】
具体的には、本開示の一態様に係る圧力制御方法は、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器内に多孔体が配置され、前記多孔体にエネルギーが供給されることで前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出されて前記密閉容器を加圧し、前記多孔体へのエネルギーの供給が停止又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで前記密閉容器内の前記所定の気体が前記多孔体内に取り込まれることにより前記密閉容器を減圧する。
【００４８】
この構成により、多孔体にエネルギーを供給したり多孔体へのエネルギーの供給を停止又は減少させたりするだけで多孔体による気体の吸脱着を制御できるので、優れた応答性で密閉容器内を加圧したり減圧したりできる。これにより、真空ポンプのような装置を用いなくても密閉容器の圧力を効率的に制御することができる。したがって、簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる。
【００４９】
また、本開示の一態様に係る圧力制御方法において、前記密閉容器は、第１密閉容器と、前記第１密閉容器に連結された第２密閉容器とを有し、前記多孔体は、前記第１密閉容器内に配置され、前記多孔体から前記所定の気体が脱着したり前記多孔体に前記所定の気体が吸着したりすることで、前記第２密閉容器を加圧又は減圧するとよい。
【００５０】
この構成により、圧力変化対象部となる第２密閉容器内の圧力を、第２密閉容器とは別の第１密閉容器内に配置された多孔体による気体の吸脱着によって制御することができる。これにより、第２密閉容器内の圧力を一層効率的に制御することができる。
【００５１】
また、本開示の一態様に係る圧力制御方法において、前記第２密閉容器の材質は、弾性変形可能な材質で構成されているとよい。
【００５２】
この構成により、第２密閉容器を加圧したり減圧したりすることで、第２密閉容器を弾性変形させることができる。
【００５３】
また、本開示の一態様に係る圧力制御方法において、前記多孔体は、前記第１密閉容器に配置される前に前記多孔体が前記気体を吸着する処理が施されているとよい。
【００５４】
この構成により、エネルギーの供給を停止又は供給するエネルギーを減少させたりしたときに、第１密閉容器内に配置された多孔体が気体を吸着することができ、第２密閉容器を減圧することができる。
【００５５】
また、本開示の一態様に係る圧力制御方法において、前記多孔体は、金属有機構造体であるとよい。
【００５６】
この構成により、多孔体の気体の吸着量を大きくすることができるので、気体の吸着及び脱着に伴う圧力変化を大きくすることができる。
【００５７】
また、本開示の一態様に係る圧力制御方法において、前記金属有機構造体は、ゲート吸着型の金属有機構造体であるとよい。
【００５８】
この構成により、多孔体が吸着した気体を容易に完全に脱着させることができるので、効率を上げることができる。また、吸着量の変化が急激に生じるため、吸着及び脱着に伴う加圧及び減圧の応答性を向上させることができる。
【００５９】
また、本開示の一態様に係る物体把持方法において、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない第１密閉容器内に多孔体が配置され、前記多孔体にエネルギーが供給されることで、前記多孔体内の前記所定の気体が前記多孔体の外へ放出されて前記第１密閉容器に連結された第２密閉容器を軟質化させ、前記多孔体へのエネルギーの供給が停止される又は前記多孔体に供給するエネルギーを減少させることで、前記第２密閉容器内の前記所定の気体が前記多孔体内に取り込まれて前記第２密閉容器を硬質化させて、物体の把持を行う。
【００６０】
この構成により、多孔体にエネルギーを供給したり多孔体へのエネルギーの供給を停止又は減少させたりするだけで多孔体による気体の吸脱着を制御できるので、優れた応答性で第２密閉容器内を加圧したり減圧したりできる。これにより、真空ポンプのような装置を用いなくても第２密閉容器の圧力を効率的に制御することができ、簡易な構成で効率的に加圧及び減圧を行うことができる。したがって、簡易な構成で優れた応答性で効率的に物体を把持することができる。
【００６１】
また、本開示の一態様に係る物体把持方法において、前記第２密閉容器の材質は、弾性変形可能な材質で構成されているとよい。
【００６２】
この構成により、第２密閉容器を加圧したり減圧したりすることで、第２密閉容器を弾性変形させて第２密閉容器を容易に硬質化したり軟質化したりすることができる。したがって、より簡易な構成で効率的に物体を把持することができる。
【００６３】
また、本開示の一態様に係る物体把持方法において、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間の気体の流れを抑止して、前記多孔体から気体を脱着させて、その後、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間に気体が流れるようにして、前記第２密閉容器を加圧して前記第２密閉容器を軟質化させ、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間の気体の流れを抑止して、前記多孔体に気体を吸着させて、その後、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器との間に気体が流れるようにして、前記第２密閉容器を減圧して前記第２密閉容器を硬質化させるとよい。
【００６４】
このように、第１密閉容器と第２密閉容器との間の気体の流れを制御して第２密閉容器の加圧及び減圧するタイミングを制御することで、第２密閉容器を軟質化させたり硬質化させたりすることができる。
【００６５】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の包括的又は一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００６６】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において、縮尺等は必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００６７】
（実施の形態）
実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１の構成を模式的に示す断面図である。
【００６８】
図１に示すように、気体吸脱着デバイス１は、気体が充填された密閉容器１００内に配置された多孔体１２と、多孔体１２に与えるエネルギーを発生させるエネルギー発生装置１３とを有する。
【００６９】
密閉容器１００は、所定の気体を収容するための密閉空間を構成する密閉系の収容構造体である。具体的には、密閉容器１００は、気密封止されており、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない。本実施の形態において、密閉容器１００は、第１密閉容器１１と、通気路３１を介して第１密閉容器１１に連結された第２密閉容器２１とを有する。
【００７０】
気体吸脱着デバイス１は、多孔体１２及びエネルギー発生装置１３に加えて、第１密閉容器１１を有する。本実施の形態において、気体吸脱着デバイス１は、第１密閉容器１１だけではなく、第２密閉容器２１も有している。つまり、気体吸脱着デバイス１は、密閉容器１００を有している。
【００７１】
第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１は、内部に空間を有する筐体である。第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１には、所定の気体が充填されている。また、第１密閉容器１１内には、多孔体１２が配置されている。第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１は、例えばステンレス等の金属材料によって構成されている。第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１は、気密封止できる容器であれば、金属製に限るものではなく、樹脂製であってもよい。また、第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１は、エラストマー等によって構成されたゴム弾性を有する弾性変形可能な中空バッグであってもよい。
【００７２】
なお、第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１は、同じ材料によって構成されるのではなく、異なる材料によって構成されていてもよい。例えば、第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１は、一方が金属材料等からなる剛体で、他方が剛体ではなく形状を変えることができるものであってもよい。形状を変えることができるものとしては、ゴム弾性を有する変形可能な弾性体であってもよいし、ゴム弾性を有さないが変形可能に構成されたフィルム状の袋体であってもよい。第１密閉容器１１と第２密閉容器２１とを異なる材料によって構成する場合、多孔体１２が配置される第１密閉容器１１については、形状変形しない剛体で構成し、多孔体１２が配置されない第２密閉容器２１については、弾性体等の弾性変形可能な材質で構成するとよい。
【００７３】
通気路３１は、筒状部材であり、例えば、金属製又は樹脂製のパイプである。本実施の形態において、通気路３１は、密閉容器１００の一部である。通気路３１は、第１密閉容器１１及び第２密閉容器２１とは別体であってもよいし、第１密閉容器１１の一部であってもよいし、第２密閉容器２１の一部であってもよい。
【００７４】
第１密閉容器１１と第２密閉容器２１とは、通気路３１を介して分離されている。具体的には、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１とは、通気路３１によって空間的に連結されている。第１密閉容器１１と第２密閉容器２１と通気路３１とは、互いに気体が行き来できるように構成されているとともに、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１と通気路３１とによって１つの密閉された空間領域となる密閉系が形成されている。この空間領域には、多孔体１２に吸着する特定の気体が充填されている。
【００７５】
多孔体１２は、内部にナノオーダサイズの細孔を有しており、細孔空間に気体を吸着する能力を有する。また、多孔体１２は、気体を吸着するだけではなく、吸着している気体を脱着することができる。つまり、多孔体１２は、気体を吸脱着することができる。具体的には、多孔体１２は、エネルギーが与えられることで多孔体１２に吸着している気体を脱着し、多孔体１２に与えられているエネルギーが取り除かれることで気体を吸着する。
【００７６】
多孔体１２と吸脱着する気体は、気体分子であり、多孔体１２の細孔表面との相互作用によって多孔体１２に吸着する。なお、本明細書では、多孔体１２と吸脱着する気体分子は、単に「気体」として記載する。
【００７７】
本実施の形態において、多孔体１２は、密閉容器１００内に充填された気体を吸脱着可能である。具体的には、第１密閉容器１１内に配置された多孔体１２は、第１密閉容器１１内の気体を吸脱着することができるとともに、第２密閉容器２１内の気体を吸脱着することができる。
【００７８】
多孔体１２には、エネルギー発生装置１３によってエネルギーが与えられる。本実施の形態におけるエネルギー発生装置１３は、熱エネルギー源である。具体的には、エネルギー発生装置１３は、多孔体１２に熱エネルギーを与える熱を発生する加熱装置であり、多孔体１２に熱エネルギーを供給する。また、エネルギー発生装置１３は、多孔体１２への熱エネルギーの供給を停止する又は多孔体１２に供給する熱エネルギーを減少させる。一例として、熱を発生させるエネルギー発生装置１３は、ヒータである。
【００７９】
この場合、多孔体１２は、エネルギー発生装置１３によって熱エネルギーが与えられることで多孔体１２に吸着している気体を脱着する。つまり、多孔体１２への熱エネルギーの供給によって多孔体１２内の所定の気体が多孔体１２の外へ放出される。一方、エネルギー発生装置１３によって多孔体１２に与えている熱エネルギーが取り除かれることで気体を吸着する。つまり、多孔体１２への熱エネルギーの供給が停止又は減少することによって多孔体１２が密閉容器１００内の所定の気体を多孔体１２内へ取り込む。エネルギー発生装置１３は、例えば、第１密閉容器１１の外部に設置されるが、第１密閉容器１１の内部に設置されていてもよい。
【００８０】
なお、多孔体１２に与えている熱エネルギーが取り除かれる場合には、多孔体１２への熱エネルギーの供給を停止させる場合及び多孔体１２に供給される熱エネルギーを減少させる場合のいずれの場合であってもよい。具体的には、エネルギー発生装置１３がヒータである場合、ヒータをオフすることで多孔体１２への熱エネルギーの供給を停止させることができ、また、ヒータによる加熱温度を低くすることで、多孔体１２に供給される熱エネルギーを減少させることができる。
【００８１】
このように構成される気体吸脱着デバイス１は、密閉容器１００内の圧力を制御する圧力制御機構を有しており、密閉容器１００内を加圧する装置として機能する。また、気体吸脱着デバイス１は、密閉容器１００内を減圧する減圧装置としても機能する。具体的には、気体吸脱着デバイス１は、多孔体１２による気体の吸脱着によって第２密閉容器２１内の圧力を変化させる。つまり、気体吸脱着デバイス１は、多孔体１２による気体の吸脱着によって第２密閉容器２１内の圧力を加圧したり減圧したりする。一例として、気体吸脱着デバイス１は、第２密閉容器２１内の圧力を所定負圧に減圧したり、第２密閉容器２１内の圧力を大気圧に戻したりする。
【００８２】
より具体的には、気体吸脱着デバイス１は、第１密閉容器１１内に配置された多孔体１２が気体を脱着することで、第２密閉容器２１に気体を供給して第２密閉容器２１内の圧力を加圧し、第１密閉容器１１内に配置された多孔体１２が第１密閉容器１１内の気体を吸着することで、第２密閉容器２１内の気体を第２密閉容器２１から排出して第２密閉容器２１内の圧力を減圧する。
【００８３】
本実施の形態において、気体吸脱着デバイス１では、エネルギー発生装置１３によって多孔体１２にエネルギー（本実施の形態では熱エネルギー）を与えて多孔体１２に吸着している気体を脱着させる。この結果、第２密閉容器２１内に気体が送り込まれて第２密閉容器２１内の圧力が加圧される。つまり、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１とが密閉された状態で通気路３１によって連結されているので、多孔体１２にエネルギーが与えられて多孔体１２から気体が脱着すると、多孔体１２から脱着した気体は、通気路３１を介して第２密閉容器２１内に移動する。これにより、第２密閉容器２１内が加圧される。
【００８４】
一方、多孔体１２に与えている熱エネルギーが取り除かれて多孔体１２に気体が吸着すると、第２密閉容器２１内の気体が通気路３１を介して第１密閉容器１１に移動する。これにより、第２密閉容器２１内が減圧される。
【００８５】
このように、加圧減圧装置１は、第２密閉容器２１内の圧力を変化させることで、第２密閉容器２１内を減圧状態と加圧状態との切り替えることができる。すなわち、第２密閉容器２１は、圧力変化対象部となる。また、第２密閉容器２１内の圧力は、多孔体１２とエネルギー発生装置１３とによって制御される。つまり、多孔体１２及びエネルギー発生装置１３は、第２密閉容器２１内の圧力を制御する圧力制御部として機能する。
【００８６】
なお、本実施の形態では、多孔体１２が気体を吸脱着することで、第２密閉容器２１内の圧力が変化するだけではなく、第１密閉容器１１内の圧力も変化する。つまり、密閉容器１００内全体の圧力が変化する。したがって、気体吸脱着デバイス１は、多孔体１２による気体の吸脱着によって密閉容器１００内の圧力を加圧したり減圧したりする。具体的には、気体吸脱着デバイス１は、多孔体１２が密閉容器１００内の気体を吸着することで密閉容器１００内の圧力を減圧し、エネルギー発生装置１３によって多孔体１２にエネルギーを与えて多孔体１２に吸着している気体を脱着させることで密閉容器１００内の圧力を加圧する。このため、密閉容器１００全体も圧力変化対象部となりうる。
【００８７】
以上のように、気体吸脱着デバイス１では、多孔体１２から気体が脱着したり多孔体１２に気体が吸着したりすることで密閉容器１００内を加圧又は減圧させて密閉容器１００内の圧力を変化させることができる。
【００８８】
具体的には、多孔体１２に熱エネルギーを供給することで多孔体１２から気体が脱着する。つまり、多孔体１２への熱エネルギーの供給によって多孔体１２内の気体が多孔体１２の外へ放出される。これにより、密閉容器１００内の圧力が上昇する。一方、多孔体１２に供給する熱エネルギーを取り除くことで多孔体１２に気体が吸着する。つまり、多孔体１２へのエネルギーの供給を停止したり多孔体１２に供給するエネルギーを減少させたりすることで多孔体１２が密閉容器１００内の気体を多孔体１２内へ取り込む。これにより、密閉容器１００内の圧力が低下する。
【００８９】
また、本実施の形態では、第１密閉容器１１と通気路３１と第２密閉容器２１とで密閉容器１００を構成したが、これに限らない。例えば、図２に示される気体吸脱着デバイス１Ａのように、第１密閉容器１１のみで密閉容器１００Ａを構成してもよい。この場合、気体吸脱着デバイス１Ａの圧力変化対象部は、第１密閉容器１１となる。つまり、図２において、多孔体１２は、圧力変化対象部内に配置される。図２に示される気体吸脱着デバイス１Ａの構成により、圧力制御部を別に設置する必要がなくなるので、装置構成がより簡易になる。
【００９０】
以下では、図１に示される気体吸脱着デバイス１の構成を用いて説明する。上記のように、本実施の形態における気体吸脱着デバイス１では、多孔体１２に気体を吸脱着させることで第２密閉容器２１内の圧力を制御する。この場合、第１密閉容器１１内に配置された多孔体１２が気体を吸着するためには、初期化処理として多孔体１２に予め活性化処理を施しておくとよい。この場合、多孔体１２に供給するエネルギーを取り除くことで、多孔体１２は、第１密閉容器１１に配置される前に多孔体が気体を吸着する処理が施されているとよい。つまり、予め活性化処理を施した多孔体１２を第１密閉容器１１内に封入するとよい。なお、第１密閉容器１１に配置する前に多孔体１２に活性化処理を施すのではなく、第１密閉容器１１に弁を設けておき、活性化処理前の多孔体１２を第１密閉容器１１に配置した後に第１密閉容器１１を加熱真空引きすることで多孔体１２に活性化処理を施してもよい。活性化処理が施された多孔体１２が第１密閉容器１１に配置された状態で第１密閉容器１１内に特定の気体を一定量導入すると、多孔体１２は、吸着等温線にしたがって所定量の気体を吸着する。その結果、第２密閉容器２１の圧力が所定の値まで減圧される。
【００９１】
ここで、一般的な多孔体における気体の吸着等温線の一例を図３に示す。図３に示すように、気体の圧力が上昇すると、多孔体の気体の吸着量は増加する。また、温度が上昇すると、多孔体の気体の吸着量は減少する。したがって、図３に示すように、ある一定の第１温度Ｔ１において多孔体が第１吸着量Ｇ１の気体を吸着して気体が第１圧力Ｐ１に達した状態から、気体に熱を与えて第２温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）まで上昇させると、多孔体の気体の吸着量は、第２吸着量Ｇ２まで減少する。このため、第１吸着量Ｇ１と第２吸着量Ｇ２との差分量（Ｇ１−Ｇ２）の気体が多孔体から脱着され得る。
【００９２】
一方、熱エネルギーの供給を停止して気体の加熱を止めると、気体が冷却されて温度が低下する。例えば、熱エネルギーの供給を停止すると、高温の第２温度Ｔ２から低温の第１温度Ｔ１にまで温度が低下する。この結果、多孔体の気体の吸着量は、第２吸着量Ｇ２から第１吸着量Ｇ１にまで上昇する。このため、第１吸着量Ｇ１と第２吸着量Ｇ２との差分量（Ｇ１−Ｇ２）の気体が多孔体に吸着され得る。
【００９３】
このことは、本実施の形態のように、多孔体１２が密閉系に配された場合においても、熱エネルギーの供給の有無によって多孔体１２に吸着された気体が脱着したり多孔体１２に気体が吸着したりすると考えられる。本実施の形態における気体吸脱着デバイス１は、多孔体１２が気体を吸脱着する性質を利用して密閉系の密閉容器１００内の圧力を制御している。
【００９４】
この場合、本実施の形態では、加熱による気体の脱着及び冷却による気体の吸着は、ヒータ等の加熱装置であるエネルギー発生装置１３によって制御している。例えば、ヒータであるエネルギー発生装置１３を、第１密閉容器１１における多孔体１２が配置された部分又は多孔体１２が充填された部分に接触させて設置し、加圧するときにはヒータをオンすることで多孔体１２を加熱し、減圧するときにはヒータをオフすることで自然放冷により多孔体１２を冷却する。なお、自然放冷では冷却速度が遅い場合には、冷却装置として、ペルチェ素子又は冷媒循環装置等を別途設置してもよい。また、加熱装置又は冷却装置の構成については、所定量の圧力変化に必要な量の吸着又は脱着を多孔体が起こし得る範囲の温度制御が可能な構成であれば、特に限定されるものではない。また、加熱時及び冷却時の温度は、多孔体１２の種類、圧力変化対象部の容積及び圧力変化対象部の使用圧力範囲等に応じて適宜設定すればよい。
【００９５】
このような加圧減圧方法によれば、真空ポンプのような装置を用いなくても、加圧及び減圧を行うことが可能となり、気体吸脱着デバイスの小型・軽量化、及び独立化が可能となる。つまり、従来の機械的原理による加圧減圧方法では、大型の装置と、駆動のための定置電力が必要であり、しかも加圧機構と減圧機構とを別々に設置する必要があったが、本実施の形態における気体吸脱着デバイス１及び１Ａによれば、簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる。
【００９６】
多孔体１２と吸脱着する所定の気体の種類は、特に限定されるものではないが、安全面及びコスト面の観点から、実用的な気体の中では、常温及び常圧付近で多孔体１２への吸着量が十分に大きい気体であるとよい。このような気体を用いることで、気体を低温に保つための機構が不要になり、所定量の圧力変化に必要な多孔体１２の量を少なくすることができる。以上の観点から、多孔体１２と吸脱着する気体としては、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）が考えられる。
【００９７】
ここで、気体吸脱着デバイス１に用いられる多孔体１２の具体例について、詳細に説明する。多孔体１２は、無数の細孔を有する多孔質構造の物体である。一例として、多孔体１２は、粉末状であるが、これに限らない。
【００９８】
多孔体１２は、上述のように、気体が吸着したり、吸着している気体が脱着したりする。このような多孔体１２としては、例えば、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ又は樹脂等の有機物からなる有機多孔体、ゼオライト、メソポーラスシリカ又はメソポーラスアルミナ等の無機物からなる無機多孔体、金属有機構造体（ＭＯＦ；Ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）、あるいは、多孔性配位高分子（ＰＣＰ；Ｐｏｒｏｕｓ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒ）等の多孔物体が挙げられる。また、多孔体１２は、これらの多孔物体のうちの１つのみによって構成されていてもよいし、これらの多孔物体を複数組み合わせた複合体であってもよい。つまり、多孔体１２は、無機物、有機物及び金属の少なくとも一つと複合化された複合体であってもよい。
【００９９】
一例として、多孔体１２としてゼオライトを用いた場合に、ゼオライトにおけるＣＯ２の吸脱着について、図４を用いて説明する。図４は、ゼオライトについてのＣＯ２の吸着等温線を示す図である。図４に示すように、ゼオライトについては、気体の圧力が上昇すると、ゼオライトに吸着するＣＯ２の吸着量が増加する。また、温度が上昇すると、ゼオライトに吸着するＣＯ２の吸着量は減少する。したがって、ゼオライトを加熱したり冷却したりすることで、ゼオライトにＣＯ２を吸着させたりゼオライトからＣＯ２を脱着させたりすることができる。
【０１００】
多孔体１２の種類は、多孔体１２と吸脱着する気体、密閉容器１００又は第２密閉容器２１（つまり圧力変化対象部）の容積及び圧力変化範囲、並びに、多孔体１２に必要な吸着量に応じて、これらの多孔物体から適宜選択すればよく、特に制限されるものではないが、吸着量及び応答性の観点から、多孔体１２は、金属有機構造体（以下「ＭＯＦ」と記載する）又は多孔性配位高分子であるとよい。
【０１０１】
多孔体１２としてＭＯＦを用いる場合、ＭＯＦの具体的様態については特に限定されるものではないが、多孔体１２と吸脱着する特定の気体に対して常温付近での吸着量が大きいＭＯＦを用いるとよい。また、常温から温度を上昇させたときの吸着量の減少が大きいＭＯＦを用いてもよい。これにより、気体の脱着時の温度を低下させることができるので、必要な熱エネルギーを少なくすることができる。また、加熱及び冷却に要する時間が少なくなるので、気体の吸脱着の応答速度を速くすることができる。つまり、気体の吸脱着の応答時間を短くすることができる。
【０１０２】
また、多孔体１２は、ゲート吸着型の金属有機構造体（以下、「ゲート吸着型ＭＯＦ」と記載する）であってもよい。ゲート吸着とは、気体の吸着量が急激に変化する現象であり、ゲート吸着型ＭＯＦは、ＩＵＰＡＣ（International Union of Pure and Applied Chemistry）で定義される吸着等温線の６分類では分類することができない特殊な吸着等温線を示す。
【０１０３】
ここで、一般的なゲート吸着型ＭＯＦの吸着等温線を図５に示す。図５に示すように、気体の圧力が低圧である場合、ゲート吸着型ＭＯＦは、気体をほとんど吸着しないが、気体圧力が一定値（この時の圧力がゲート圧と呼ばれる）に達すると、ゲート吸着型ＭＯＦの構造が変化（例えば、積層がずれる、層間が広がる等）し、ゲート吸着型ＭＯＦに気体が取り込まれる。このため、ゲート圧を境に気体の吸着量は急激に増加する。一方、気体が脱着する際には、気体圧力がゲート圧以下に低下すると、ゲート吸着型ＭＯＦに取り込まれていた気体が放出され、ゲート吸着型ＭＯＦが元の構造に戻ろうとするため、ゲート吸着型ＭＯＦから急激に気体が脱着する。一般的に、ゲート吸着型ＭＯＦにおいては、図５に示すように、吸着時の圧力等温線と脱着時の吸着等温線にはヒステリシスループが生じ、吸着時のゲート圧は脱着時のゲート圧よりも高圧側に存在する。また、ゲート吸着型ＭＯＦにおいては、温度が上昇すると、ゲート圧は高圧側にシフトする。
【０１０４】
このようなゲート吸着現象は、ＭＯＦの構造の柔軟性に基づいており、ＭＯＦに特有の現象である。したがって、柔軟性を有していない従来の多孔体では、ゲート吸着現象は生じない。
【０１０５】
このような特性を有するゲート吸着型ＭＯＦについては、図５に示すように、ある一定の第３温度Ｔ３においてゲート吸着型ＭＯＦが第３吸着量Ｇ３の気体を吸着して気体が第３圧力Ｐ３に達したとする。この状態から、脱着のゲート圧が第３圧力Ｐ３以上になるときの第４温度Ｔ４（Ｔ４＞Ｔ３）まで加熱すると、脱着時の吸着等温線から、ゲート吸着型ＭＯＦの吸着量は第４吸着量Ｇ４となり、第３吸着量Ｇ３と第４吸着量Ｇ４との差分量（Ｇ３−Ｇ４）の気体がゲート吸着型ＭＯＦから脱着され得る。
【０１０６】
一方、気体を冷却して、高温の第４温度Ｔ４から低温の第３温度Ｔ３にまで温度が低下すると、ゲート吸着型ＭＯＦの気体の吸着量は、第４吸着量Ｇ４から第３吸着量Ｇ３にまで上昇する。このため、第３吸着量Ｇ３と第４吸着量Ｇ４との差分量（Ｇ３−Ｇ４）の気体がゲート吸着型ＭＯＦに吸着され得る。
【０１０７】
図５に示される吸着挙動を示すゲート吸着型ＭＯＦについては、図３に示される一般的な吸着挙動を示す多孔体を用いた場合と比較して、効率よく気体の吸脱着が行われる。つまり、気体の吸脱着の応答時間が短い。
【０１０８】
具体的には、図３に示される一般的な吸着挙動を示す多孔体においては、脱着する気体の量（Ｇ１−Ｇ２）は、多孔体が吸着した気体の第１吸着量Ｇ１よりも少なくなる。この場合、一般的に、完全に気体を脱着させる、すなわちＧ２＝０にするには高温まで加熱する必要がある。これに対して、図５に示されるゲート吸着型ＭＯＦを用いた場合、脱着される気体の量（Ｇ３−Ｇ４）においてＧ４＝０とみなすことができるため、ゲート吸着型ＭＯＦが吸着した気体の第３吸着量Ｇ３の分の全てをゲート吸着型ＭＯＦから脱着させることができる。また、ゲート吸着型ＭＯＦについては、吸着量の変化が急激に生じるため、吸着及び脱着に伴う応答性を向上させることができる。
【０１０９】
ゲート吸着型ＭＯＦの具体的様態については、特に限定はされるものではないが、ゲート吸着型ＭＯＦと吸脱着する特定の気体に対して常温付近での吸着量が大きいゲート吸着型ＭＯＦであるとよい。また、常温から温度を上昇させたときに、ゲート圧が急激に高圧側にシフトするゲート吸着型ＭＯＦであるとよい。これにより、気体の脱着時の温度を低下させることができ、必要な熱エネルギーを少なくすることができる。また、加熱及び冷却に要する時間が少なくなるので、気体の吸脱着の応答速度を速くすることができる。
【０１１０】
多孔体１２と吸脱着する気体が二酸化炭素である場合に好適に用いられるゲート吸着型ＭＯＦとしては、例えばＥＬＭ（Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ）−１１等のＥＬＭ類が挙げられる(非特許文献１)。ＥＬＭ−１１は、［Ｃｕ（ｂｐｙ）２（ＢＦ４）２］）の化学式で表される。ＥＬＭ−１１のＣＯ２の吸着量を実測したところ、ＥＬＭ−１１のＣＯ２の吸着量（常圧３０℃と常圧１５０℃とのＣＯ２の吸着量の差）は、２．２ｗｔ％であった。
【０１１１】
また、ＥＬＭ−１１についてのＣＯ２の吸着等温線を図６に示す。図６に示すように、ＥＬＭ−１１は、ゲート吸着の特性を示し、温度に応じてゲート圧を有することが分かる。なお、ＥＬＭ−１１は、吸着時の圧力等温線と脱着時の吸着等温線とでヒステリシスループが発生せず、吸着時のゲート圧と脱着時のゲート圧とが一致している。
【０１１２】
また、上述のゼオライトは、図４の吸着等温線に示されるように、圧力の影響を受けにくく、温度の変化により気体の吸脱着が徐々に発現していたが、ＥＬＭ−１１は、図６に示すように、圧力の影響を受けやすく、温度に変化により気体の急激な吸脱着が発現する。
【０１１３】
次に、多孔体１２による加圧減圧原理を検証する実験を行ったので、その実験結果について、図７を用いて説明する。図７は、多孔体１２による加圧減圧原理を検証するために用いた気体吸脱着デバイスの構成を模式的に示す図である。
【０１１４】
図７に示すように、本実験では、図２に示される構成の気体吸脱着デバイス１Ａを用いて行い、第１密閉容器１１として容積２Ｌの金属製の容器を用い、エネルギー発生装置１３としてヒータを用いた。そして、多孔体１２として、一例として［Ｍｇ２（ｄｏｂｄｃ）］；（ｄｏｂｄｃ＝２，５−ジヒドロキシテレフタル酸）の化学式で表されるＭｇ−ＭＯＦ−７４を用いて以下の実験を行った。Ｍｇ−ＭＯＦ−７４は、ＣＯ２に対して、図４に示されるゼオライトのような吸着等温線を示す。
【０１１５】
実験の前段階として、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４を以下の合成方法を例に、ソルボサーマル法により合成した。なお、合成に関しては、下記の手法に限定されるものではなく、目的の構造を有する多孔体は、各種方法を用いて合成してもよい。
【０１１６】
具体的には、硝酸マグネシウム六水和物（富士フィルム和光純薬株式会社製）を６２３ｍｇ、２，５−ジヒドロキシテレフタル酸（シグマアルドリッチ株式会社製）を１５０ｍｇ、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（富士フィルム和光純薬株式会社製）を６０ｍＬ、エタノール（富士フィルム和光純薬株式会社製）を４ｍＬ、及び蒸留水４ｍＬを混合することによって、原料溶液を調製した。この原料溶液を１００ｍＬのテフロン（登録商標）製バイアルに入れ、１２５℃で２４時間、加熱した。得られた試料を固液分離した後、メタノール（富士フィルム和光純薬株式会社製）で３回洗浄した。洗浄後の試料を５０ｍＬのポリプロピレン製バイアルに入れ、メタノール（富士フィルム和光純薬株式会社製）３０ｍＬを加え、常温で２４時間静置させた後、上澄み液を取り除くことによって、残存溶媒の交換を行った。この交換作業を計４回繰り返した後、減圧乾燥させた。これにより、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４を生成することができる。
【０１１７】
このようにして得られたＭｇ−ＭＯＦ−７４の試料に対して、ＣｕＫα線をＸ線源に用いたＸ線回折測定を行ったところ、図８に示すＸ線の回折パターンが観測された。図８は、合成したＭｇ−ＭＯＦ−７４のＸ線回折パターンの一例を示す図である。なお、図８において、縦軸は回折強度であり、横軸は回折角度（２θ）である。また、図９は、非特許文献２において合成されたＭｇ−ＭＯＦ−７４のＸ線回折パターンを示す図である。図９におけるＭｇ／ＤＯＢＤＣは、本開示におけるＭｇ−ＭＯＦ−７４と等価な化合物である。
【０１１８】
図８、図９に示すように、合成した試料のＭｇ−ＭＯＦ−７４のＸ線回折パターンは、非特許文献２において合成されたＭｇ／ＤＯＢＤＣ（Ｍｇ−ＭＯＦ−７４）のＸ線回折パターンとほぼ一致しており、合成によってＭｇ−ＭＯＦ−７４が生成されたことを確認できた。
【０１１９】
次に、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４の吸着速度評価を行った。具体的には、活性化処理後のＭｇ−ＭＯＦ−７４をセットし、まず、Ｎ２（５０ｍＬ・ｍｉｎ−１）ガスフロー下で所定の温度まで加熱し、秤量時に吸着した水分等を除去した。次に、温度を室温付近まで下げた後、ガスフローをＮ２からＣＯ２（５０ｍＬ・ｍｉｎ−１）に切り替え、ＣＯ２を吸着させた。重量増加量が飽和に達した後、再びＮ２ガスに切り替え、加熱し脱着させた。その結果、図１０に示すような重量変化プロファイルが観測された。なお、図１０において、縦軸はＭｇ−ＭＯＦ−７４の重量減少の割合（％）であり、横軸は時間（ｔ）である。ＣＯ２フローに切り替えると、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４のＣＯ２吸着に伴う急激な重量増加が秒スケールで起こることが確認された。ＣＯ２吸着量は、前処理後の重量を基準として１９ｗｔ％と算出された。
【０１２０】
以上のようにして合成し、吸着速度を評価したＭｇ−ＭＯＦ−７４を用いて、多孔体１２による加圧減圧原理を検証する実験を以下の通りに行った。
【０１２１】
まず、活性化処理後のＭｇ−ＭＯＦ−７４を空気中で素早く秤量し、第１密閉容器１１内に１．６７ｇのＭｇ−ＭＯＦ−７４を入れた。そして、第１密閉容器１１の底にヒータを設置し、前処理として、１５０℃及び３時間の加熱真空引きを行って第１密閉容器１１内の圧力を−０．１ＭＰａとした。
【０１２２】
その後、真空引きを止めて、加熱状態を保ったまま第１密閉容器１１内の圧力が−０．０１０ＭＰａになるまで第１密閉容器１１内に二酸化炭素ガスを導入した。
【０１２３】
次に、ヒータをオフにして自然放冷により多孔体１２の冷却を開始したところ、１０分間で第１密閉容器１１内の圧力が安定し、第１密閉容器１１内の圧力は、−０．０３２ＭＰａとなった。
【０１２４】
このように、第１密閉容器１１に配置されたＭｇ−ＭＯＦ−７４を冷却することで、冷却前は、−０．０１０Ｍｐａであった第１密閉容器１１の圧力は、冷却後に、−０．０３２Ｍｐａにまで減圧することが分かった。これは、多孔体１２による二酸化炭素ガスの吸着によって第１密閉容器１１内の圧力が減圧したと考えられる。
【０１２５】
また、第１密閉容器１１に多孔体１２を配置せずに同様の実験を行ったところ、冷却前の第１密閉容器１１の圧力は、−０．０１０ＭＰａで、冷却後の第１密閉容器１１の圧力は、−０．０２４であった。なお、多孔体１２が存在しないにも関わらず、冷却前後で０．０１４の圧力差が生じた理由は、第１密閉容器１１内の気体自身が冷却されることによる熱収縮（気体の状態方程式より）によるものと考えられる。そのため、多孔体１２を用いた場合の冷却後の第１密閉容器１１の圧力（−０．０３２ＭＰａ）と、多孔体１２を用いない場合の冷却後の第１密閉容器１１の圧力との圧力差から、多孔体１２が吸着した気体の量が算出される。
【０１２６】
以上の実験結果から、密閉系の第１密閉容器１１に配置された多孔体１２を冷却することで、第１密閉容器１１内の圧力が変化することが確認できた。
【０１２７】
なお、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４を用いた場合の冷却後の第１密閉容器１１の圧力（−０．０３２）と、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４を用いない場合の冷却後の第１密閉容器１１の圧力（−０．０２４）との圧力差に基づいてＭｇ−ＭＯＦ−７４の二酸化炭素ガスの吸着量を算出すると、１７ｗｔ％であった。つまり、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４は、１ｇ当たり０．１７ｇの二酸化炭素ガスを吸着することができる。
【０１２８】
また、この結果は、図１０に示されるＭｇ−ＭＯＦ−７４の既知のＴＧ（Thermogravimetry；熱重量測定）曲線におけるＣＯ２吸着量とほぼ一致する。
【０１２９】
さらに、多孔体１２として、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４の代わりに８．１０ｇのＥＬＭ−１１を用いて同様の試験を行った。
【０１３０】
その結果、冷却前は、−０．０１０ＭＰａの圧力であった第１密閉容器１１内の圧力は、冷却後に、−０．０３４ＭＰａとなった。
【０１３１】
したがって、多孔体１２としてＥＬＭ−１１を用いた場合にも、密閉系の第１密閉容器１１に配置された多孔体１２を冷却することで、第１密閉容器１１内の圧力が変化することが確認できた。
【０１３２】
なお、ＥＬＭ−１１を用いた場合の冷却後の第１密閉容器１１の圧力（−０．０２８）と、ＥＬＭ−１１を用いない場合の冷却後の第１密閉容器１１の圧力（−０．０２４）との圧力差に基づいてＥＬＭ−１１の二酸化炭素ガスの吸着量を算出すると、２ｗｔ％であった。つまり、ＥＬＭ−１１は、１ｇ当たり０．０２ｇの二酸化炭素ガスを吸着することができる。
【０１３３】
次に、図１に示される構成の気体吸脱着デバイス１について、多孔体１２による加圧減圧原理を検証する実験を行ったので、その実験結果について、図１１を用いて説明する。図１１は、多孔体１２による加圧減圧原理を検証するために用いた気体吸脱着デバイスの別の構成を模式的に示す図である。
【０１３４】
本実験では、第１密閉容器１１として、容積５０ｍＬの金属製の容器を用いて、第２密閉容器２１として、容積約３Ｌのゴム弾性を有するテトラバッグを用いた。なお、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１とは、圧力計と複数のバルブとが設置された金属製配管である通気路３１によって連結されている。また、多孔体１２として、Ｍｇ−ＭＯＦ−７４を用いて、エネルギー発生装置１３としてヒータ及びクールスターラーを用いた。
【０１３５】
まず、活性化処理後のＭｇ−ＭＯＦ−７４を空気中で素早く秤量し、第１密閉容器１１内に２．８ｇのＭｇ−ＭＯＦ−７４を入れた。そして、第１密閉容器１１に、二酸化炭素ガスが充填された第２密閉容器２１と真空ポンプとを連結し、第１密閉容器１１の底に加熱用のヒータを設置し、前処理として、２００℃及び３時間の加熱真空引きを行って第１密閉容器１１内の圧力を−０．１ＭＰａとした。
【０１３６】
その後、真空引きを止めて、加熱状態を保ったまま第２密閉容器２１を開放し、二酸化炭素ガスを密閉系内の圧力が０．１０ＭＰａになるまで導入した。このとき、第２密閉容器２１内は、二酸化炭素ガスで十分満たされている状態であった。
【０１３７】
次に、ヒータをクールスターラーに置き換えて、多孔体１２の冷却を開始したところ、３分間で第２密閉容器２１が収縮した。つまり、多孔体１２による二酸化炭素ガスの吸着によって第２密閉容器２１内の圧力が減圧したと考えられる。
【０１３８】
続けて、クールスターラーをヒータに置き換えて、多孔体１２を再度加熱すると、３分間で第２密閉容器２１が拡張した。つまり、二酸化炭素ガスが多孔体１２から脱着して第２密閉容器２１内の圧力が加圧したと考えられる。
【０１３９】
なお、多孔体１２を用いることなく同様の実験を行ったところ、第２密閉容器２１の収縮及び拡張は観察されなかった。
【０１４０】
以上の実験結果から、気体を吸着した多孔体１２は、加熱により気体を脱着し、冷却により気体を再度吸着することで、第２密閉容器２１を加圧及び減圧できることが確認できた。
【０１４１】
次に、他の実施の形態に係る気体吸脱着デバイス２について、図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａは、他の実施の形態に係る気体吸脱着デバイス２において、第２密閉容器２１内が減圧状態である場合を模式的に示す図である。図１２Ｂは、同気体吸脱着デバイス２において、第２密閉容器２１内が加圧状態である場合を模式的に示す図である。
【０１４２】
まず、図１２Ａ及び図１２Ｂに示される気体吸脱着デバイス２の構成について説明する。
【０１４３】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示される気体吸脱着デバイス２は、第２の気体吸脱着デバイスであり、図１に示される第１の気体吸脱着デバイスである吸脱着デバイス１に対して、第２密閉容器２１内に粒体２２が充填された構成になっている。
【０１４４】
本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス２は、ジャミング転移を利用することにより様々な形状の対象物を把持することができる物体把持装置として用いられる。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、気体吸脱着デバイス２は、加圧減圧装置１０と、対象物を把持する形状可変な把持装置２０とを備える。
【０１４５】
加圧減圧装置１０は、密閉容器１００内の圧力を制御する圧力制御装置である。具体的には、加圧減圧装置１０は、密閉容器１００内を加圧したり減圧したりする。本実施の形態において、加圧減圧装置１０は、把持装置２０内の圧力を制御する。したがって、把持装置２０は、加圧減圧装置１０によって圧力を変化させられる圧力変化対象部となる。
【０１４６】
加圧減圧装置１０は、第１密閉容器１１と、第１密閉容器１１に配置された多孔体１２と、多孔体１２にエネルギーを供給するエネルギー発生装置１３とを有する。なお、気体吸脱着デバイス２の全体が加圧減圧装置として機能してもよい。
【０１４７】
把持装置２０は、第２密閉容器２１として、ジャミング転移により状態が変化する物質が収容された可撓性及び気密性を有するバッグを含む。また、把持装置２０は、ジャミング転移により状態が変化する物質として、粒体２２を含む。粒体２２は、第２密閉容器２１の内部に充填されている。つまり、第２密閉容器２１内には、無数の粒体２２が詰め込まれている。把持装置２０は、第２密閉容器２１内に充填された粒体２２がジャミング転移により固体的に振る舞ったり流体的に振る舞ったりして状態が変化することで、軟質化したり硬質化したりする。第２密閉容器２１は、軟質化すると変形可能な軟質状態となり、硬質化すると変形しにくい硬質状態となる。
【０１４８】
本実施の形態において、第２密閉容器２１は、内部に空間を有する袋状の中空バッグであり、把持装置２０における対象物を把持する部分である。具体的には、第２密閉容器２１は、把持する対象物と接触し、把持する対象物の形状に倣って形状が変化する。したがって、第２密閉容器２１の材質は、弾性変形可能な材質で構成されているとよい。例えば、第２密閉容器２１は、エラストマー等によって構成されたゴム弾性を有する弾性変形可能なバッグであるとよい。一方、第１密閉容器１１は、剛体であり、ゴム弾性を有していない。例えば、第１密閉容器１１は、弾性変形しない材料によって構成されている。具体的には、第１密閉容器は、金属材料又は硬質の樹脂材料によって構成されている。
【０１４９】
なお、第２密閉容器２１は、外力によって可逆的に形状が変形する閉鎖系のものであれば、弾性変形するものに限らない。また、第２密閉容器２１そのものから気体が抜けていかないように、第２密閉容器２１は、ガスバリア性の高い材料によって構成されていたり、表面にシリカコート等のガスバリア膜が被膜されていたりするとよい。
【０１５０】
第２密閉容器２１内に充填される粒体２２は、把持する対象物の形状に第２密閉容器２１の形状を倣わせる際に流動しやすいものであるとよい。したがって、粒体２２の形状は、球状であるとよい。なお、粒体２２の形状は、起伏のある形状又は多角面体の形状であってもよい。また、粒体２２は、無機材料、有機材料又は金属材料等からなる粉体又は粒子等である。粒体２２としては、例えば、発泡スチロール等に用いられるポリスチレン等の樹脂材料からなる樹脂ビーズ又はガラス材料からなるガラスビーズ等を用いることができる。なお、粒体２２の材料は、これに限るものではなく、第２密閉容器２１に充填されてジャミング転移を発揮する材料であればよい。
【０１５１】
加圧減圧装置１０は、第２密閉容器２１内の圧力を制御する。具体的には、加圧減圧装置１０は、第２密閉容器２１内の気体を第２密閉容器２１から排出することで第２密閉容器２１内を減圧し、第２密閉容器２１内に気体を送り込むことで第２密閉容器２１内を加圧する。本実施の形態において、加圧減圧装置１０は、第２密閉容器２１内の圧力を所定負圧に減圧したり、第２密閉容器２１内の圧力を大気圧に戻したりする。加圧減圧装置１０は、第２密閉容器２１内の圧力を変化させることで、把持装置２０の状態を軟質状態と硬質状態とに切り替えることができる。
【０１５２】
また、本実施の形態では、エネルギー発生装置１３としてヒータを用いており、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１と通気路３１とで構成される密閉系には気体４０としてＣＯ２が気密封止されている。なお、気体吸脱着デバイス２は、常温下に設置されている。
【０１５３】
また、通気路３１には、通気路３１を通る気体の流れを制御する制御装置３１ａが設けられている。制御装置３１ａは、例えば、通気路３１の開閉を制御したり、通気路３１を通る気体の流量を制御したりする。制御装置３１ａは、例えば切替弁等のコックである。
【０１５４】
通気路３１に制御装置３１ａを設けることで、加圧減圧装置１０の多孔体１２と吸脱着する気体の流れを制御することができるので、第２密閉容器２１内の圧力の調整を容易に行うことができるとともに、第２密閉容器２１内の圧力の調整の自由度が向上する。具体的には、制御装置３１ａがコックである場合、コックを閉めた状態で多孔体１２を加熱して気体を予め脱着させておき、その後コックを開くことで、第２密閉容器２１に気体を流入させて第２密閉容器２１内を加圧することができる。つまり、コックの開閉を制御することで、第２密閉容器２１の加圧及び減圧するタイミングを制御することができる。
【０１５５】
例えば、コックを閉めて、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１との間の気体の流れを抑止して多孔体１２から気体を脱着させる。その後、コックを開けて、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１との間に気体が流れるようにして、第２密閉容器２１を加圧して第２密閉容器２１を軟質化させる。また、コックを閉めて、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１との間の気体の流れを抑止して多孔体１２に気体を吸着させて、その後、コックを開けて、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１との間に気体が流れるようにして、第２密閉容器２１を減圧して第２密閉容器２１を硬質化させる。
【０１５６】
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂに示される気体吸脱着デバイス２の動作について説明する。
【０１５７】
図１２Ａの状態では、ヒータはオフになっており、多孔体１２には、熱エネルギーが与えられていない。また、図１２Ａの状態において、第２密閉容器２１内の圧力は、大気圧より低くなっており、また、第２密閉容器２１は弾性変形する前の状態であり、第２密閉容器２１内に充填された粒体２２は第２密閉容器２１内で密集して固体的な振る舞いを示している。
【０１５８】
なお、初期状態において、多孔体１２には活性化処理が施されており、多孔体１２の細孔には、気体４０として所定量のＣＯ２が吸着されている。つまり、図１２Ａの状態において、多孔体１２には気体４０が吸着している。
【０１５９】
図１２Ａの状態でヒータをオンにして多孔体１２に熱エネルギーを与えると、図１２Ｂに示すように、多孔体１２の構造が変形して多孔体１２に吸着している気体４０が脱着する。つまり、多孔体１２に吸着されていた気体４０が多孔体１２から離脱する。多孔体１２から脱着した気体４０は、通気路３１を介して第２密閉容器２１内に移動する。これにより、気体４０の流入によって第２密閉容器２１内が加圧され、第２密閉容器２１が膨張する。このとき、本実施の形態において、第２密閉容器２１内の圧力は、大気圧になっている。この結果、第２密閉容器２１の粒体２２は、第２密閉容器２１内で分散して流体的な振る舞いを示すことになり、第２密閉容器２１は軟質化して軟質状態になる。このとき、第２密閉容器２１に外力が与えられると、第２密閉容器２１が弾性変形する。
【０１６０】
また、図１２Ｂの状態でヒータをオフにして多孔体１２に供給される熱エネルギーが停止すると、自然放冷により多孔体１２が冷却されて多孔体１２の温度が低下し、多孔体１２に気体４０が吸着する。このとき、第２密閉容器２１内の気体４０が通気路３１を介して第１密閉容器１１に移動して、多孔体１２に気体４０が吸着する。これにより、気体４０の流出によって第２密閉容器２１内が減圧される。このとき、本実施の形態において、第２密閉容器２１内の圧力は、所定負圧に減圧されている。この結果、第２密閉容器２１の弾性復元力によって、第２密閉容器２１の形状は、元の状態に戻ることになる。つまり、第２密閉容器２１は、図１２Ａに示す状態に戻る。この場合、第２密閉容器２１内の粒体２２は、第２密閉容器２１内で密集して固体的な振る舞いを示すことになり、第２密閉容器２１は、硬質化した硬質状態になる。なお、第２密閉容器２１が硬質状態のときに第２密閉容器２１に外力が与えられても、第２密閉容器２１は弾性変形しない。
【０１６１】
また、図１２Ａの状態から再びヒータをオンにして多孔体１２に熱エネルギーを与えると、再び図１２Ｂの状態に戻る。つまり、多孔体１２に吸着している気体４０が脱着して第２密閉容器２１内に移動し、第２密閉容器２１内が気体４０の流入によって加圧される。つまり、第２密閉容器２１内の圧力が大気圧に戻る。以下、ヒータのオンオフを制御することで、第２密閉容器２１（把持装置２０）の状態を図１２Ａに示される硬質状態と図１２Ｂに示される軟質状態とに可逆的に切り替えることができる。
【０１６２】
このように、本実施の形態における気体吸脱着デバイス２では、多孔体１２にエネルギーが供給されることで、多孔体１２内の気体４０が多孔体１２の外へ放出されて第１密閉容器１１に連結された第２密閉容器２１を軟質化させ、一方、多孔体１２へのエネルギーの供給が停止されることで、第２密閉容器２１内の気体４０が多孔体１２内に取り込まれて第２密閉容器２１を硬質化させている。
【０１６３】
具体的には、気体吸脱着デバイス２では、多孔体１２及びエネルギー発生装置１３によって構成された加圧減圧装置１０を用いて、多孔体１２に熱エネルギーを与えることで多孔体１２に吸着している気体を脱着させて第２密閉容器２１内を加圧したり、多孔体１２に与えている熱エネルギーを取り除いて多孔体１２に気体を吸着させて第２密閉容器２１内を減圧したりすることで、第２密閉容器２１内の圧力を所定負圧に減圧したり第２密閉容器２１内の圧力を大気圧に戻したりすることができる。これにより、第２密閉容器２１内に充填された粒体２２がジャミング転移により固体的に振る舞ったり流体的に振る舞ったりするので、第２密閉容器２１が軟質化したり硬質化したりする。このように、第２密閉容器２１を軟質化させたり硬質化させたりすることで、気体吸脱着デバイス２を、物体の把持を行う物体把持装置として利用することができる。
【０１６４】
次に、物体把持装置として気体吸脱着デバイス２を用いたときの適用例について、図１２を用いて説明する。図１３は、気体吸脱着デバイス２をロボットハンド３に適用したときに、ロボットハンド３がワーク４を把持するときの様子を示している。なお、図１３において、気体吸脱着デバイス２は、把持装置２０がワーク４に対向するように把持装置２０を鉛直下向きに配置した状態になっている。
【０１６５】
図１３に示すように、ロボットハンド３は、物体把持装置として気体吸脱着デバイス２を備えている。ロボットハンド３は、例えば、ロボットアームの一部として用いることができる。
【０１６６】
図１３の（ａ）では、多孔体１２に熱エネルギーが与えられておらず、気体吸脱着デバイス２の把持装置２０における第２密閉容器２１（本実施の形態ではバッグ）内の圧力は減圧されている。したがって、把持装置２０は、硬質状態になっている。
【０１６７】
ロボットハンド３にワーク４を把持させる場合、ヒータをオンにして多孔体１２に熱エネルギーを与える。これにより、図１３の（ｂ）に示すように、多孔体１２から気体が脱着して第２密閉容器２１内が加圧され、弾性体である第２密閉容器２１が膨張する。これにより、把持装置２０は、軟質化して軟質状態になる。
【０１６８】
次いで、図１３の（ｃ）に示すように、この状態のロボットハンド３を下降させて、軟質化した把持装置２０をワーク４に押し付ける。これにより、第２密閉容器２１の形状がワーク４の形状に倣って弾性変形する。
【０１６９】
続いて、図１３の（ｄ）に示すように、ヒータをオフにして多孔体１２に与えている熱エネルギーを取り除く。つまり、多孔体１２への熱エネルギーの供給を停止する。これにより、第２密閉容器２１の気体が多孔体１２に吸着して第２密閉容器２１内が減圧され、弾性復元力によって第２密閉容器２１が収縮する。これにより、第２密閉容器２１の形状がワーク４の形状に倣った状態で把持装置２０が硬質化する。つまり、ワーク４は、硬質状態となった把持装置２０によって把持されることになる。
【０１７０】
その後、把持装置２０に把持されたワーク４を移動させる場合、例えば、図１３の（ｅ）に示すように、ロボットハンド３を上昇移動させればよい。これにより、ワーク４が把持装置２０で把持された状態でワーク４を移動させることができる。
【０１７１】
なお、図示しないが、再度、ヒータをオンにして多孔体１２に熱エネルギーを与えて多孔体１２から気体を脱着させることで、第２密閉容器２１内が加圧されて第２密閉容器２１が軟質状態となる。これにより、把持装置２０からワーク４が解放される。
【０１７２】
このようにして、気体吸脱着デバイス２を備えるロボットハンド３が、ワーク４を把持したり解放したりすることができる。
【０１７３】
次に、物体把持装置として用いられる気体吸脱着デバイス２の他の適用例について、図１４を用いて説明する。図１４は、実施の形態に係るドローン５の斜視図である。
【０１７４】
図１４に示すように、本実施の形態に係るドローン５は、物品等の物体を把持する又は物体を解放する物体コンタクト部５ａと、物体コンタクト部５ａによる物体の把持又は解放を制御するコントロール部５ｂとを備える。
【０１７５】
物体コンタクト部５ａは、物体把持装置として気体吸脱着デバイス２を有する。具体的には、物体コンタクト部５ａは、気体吸脱着デバイス２の把持装置２０を有する。つまり、物体コンタクト部５ａは、物体に接触することで物体を把持したり解放したりする部位として把持装置２０を有する。
【０１７６】
なお、気体吸脱着デバイス２の加圧減圧装置１０は、ドローン５の本体部に設置されている。また、図示されていないが、加圧減圧装置１０と把持装置２０とは通気路３１で連結されている。
【０１７７】
このように構成されるドローン５では、コントロール部５ｂから送信される制御信号に基づいて加圧減圧装置１０の多孔体１２へのエネルギーの供給又は多孔体１２へのエネルギーの供給の停止を行うことで気体吸脱着デバイス２における密閉容器１００内の圧力を変化させる。これにより、物体コンタクト部５ａの把持装置２０によって物体を把持したり解放したりすることができる。
【０１７８】
また、本適用例において、物体コンタクト部５ａは、例えば、ドローン５が有するカメラ５ｃに取り付けられている。これにより、カメラ５ｃで撮像された画像をもとに物体コンタクト部５ａを制御することができるので、物体コンタクト部５ａによる物体の把持及び解放を精度よくコントロールすることができる。
【０１７９】
次に、気体吸脱着デバイス２の別の適用例について、図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は、実施の形態に係るチャイルドシート６の斜視図である。図１６は、実施の形態に係るアシストスーツ７を着用したときの様子を示す図である。図１５に示されるチャイルドシート６及び図１６に示されるアシストスーツ７は、対象物の位置を固定する対象物固定装置の一例である。
【０１８０】
具体的には、図１５に示されるチャイルドシート６は、幼児を対象物としてチャイルドシート６における幼児の位置を気体吸脱着デバイス２によって固定する対象物固定装置である。
【０１８１】
図１５に示すように、チャイルドシート６は、幼児の位置を固定する固定部６ａと、多孔体１２にエネルギーを供給する、又は、多孔体１２へのエネルギーの供給の停止若しくは多孔体１２に供給するエネルギーを減少させるエネルギー供給手段６ｂとを備える。
【０１８２】
固定部６ａは、チャイルドシート６に座らせた幼児の側方に位置する側部である。本実施の形態において、固定部６ａは、複数個所に設けられている。固定部６ａは、幼児の位置を固定するための手段として気体吸脱着デバイス２を有する。具体的には、固定部６ａは、気体吸脱着デバイス２の把持装置２０を有する。したがって、固定部６ａは、把持装置２０が軟質化したり硬質化したりすることで、チャイルドシート６の内側に倒れるように変形したりチャイルドシート６の外側に戻るように変形したりする。具体的には、把持装置２０を硬質化させて固定部６ａをチャイルドシート６の内側に倒れるように変形させることで幼児を包みむようにして幼児の位置を固定することができる。一方、把持装置２０を軟質化させて固定部６ａをチャイルドシート６の外側に広がるように変形させることで幼児から固定部６ａを離すことができる。
【０１８３】
エネルギー供給手段６ｂは、気体吸脱着デバイス２のエネルギー発生装置１３である。したがって、エネルギー供給手段６ｂは、気体吸脱着デバイス２の多孔体１２にエネルギーを供給したり、多孔体１２へのエネルギーの供給を停止又は多孔体１２に供給するエネルギーを減少させたりする。エネルギー発生装置１３を含む加圧減圧装置１０は、例えば、チャイルドシート６の座部に収納されている。
【０１８４】
なお、図示されていないが、加圧減圧装置１０と把持装置２０とは通気路３１で連結されている。また、チャイルドシート６は、固定部６ａを制御するコントロール部を備えていてもよい。
【０１８５】
このように構成されるチャイルドシート６では、エネルギー供給手段６ａによる多孔体１２へのエネルギーの供給又は多孔体１２へのエネルギーの供給の停止若しくは多孔体１２に供給するエネルギーを減少させることによって、気体吸脱着デバイス２における密閉容器１００内の圧力が変化して幼児の位置を固定することができる。具体的には、エネルギー供給手段６ｂによって第１密閉容器１１に配置された多孔体１２による気体の吸脱着を制御することで、第２密閉容器２１内の圧力を制御することができる。これにより、把持装置２０を硬質化させたり軟質化させたりすることができるので、固定部６ａによって幼児を包み込むように幼児の位置を固定したり、固定部６ａを幼児から離したりすることができる。
【０１８６】
図１６に示されるアシストスーツ７は、例えばパワースーツであり、人が装着することで人の動作又は人の姿勢に対してアシストを行う装置である。図１６に示されるアシストスーツ７は、ユーザの体の一部を対象物としてユーザの体の一部の位置を気体吸脱着デバイス２によって固定する対象物固定装置である。なお、図１６では、建築作業を行う作業者が電動ドライバーで天井にネジを打ち込むときの様子を示している。
【０１８７】
図１６に示すように、アシストスーツ７は、ユーザの体の一部を固定する固定部７ａと、多孔体１２へのエネルギーの供給又は多孔体１２へのエネルギーの供給の停止若しくは多孔体１２に供給するエネルギーを減少させるエネルギー供給手段７ｂとを備える。
【０１８８】
固定部７ａは、ユーザの体の一部の位置を固定するための手段として気体吸脱着デバイス２を有する。具体的には、固定部７ａは、気体吸脱着デバイス２の把持装置２０を有する。したがって、固定部７ａは、把持装置２０が軟質化したり硬質化したりすることでユーザの体の一部を締め付けたりその締め付けを緩めたりするようにして変形する。具体的には、把持装置２０を硬質化させることで固定部７ａにてユーザの体の一部を締め付けてユーザの体の一部の位置を固定することができる。一方、把持装置２０を軟質化させることで固定部７ａの締め付けを緩めることができる。
【０１８９】
固定部７ａは、例えば、ユーザの腕やひじ、胴体、足等の位置を固定する。本実施の形態において、固定部７ａは、複数個所に設けられている。図１６において、複数の固定部７ａは、天井への作業を行う作業者の腕及び胴体の位置を固定している。具体的には、腕の固定部７ａによって作業者の腕の位置が固定される。また、胴体の固定部７ａによって作業者の胴体の位置が固定される。これにより、作業者は、腕を上げた状態の姿勢を楽に維持することができる。
【０１９０】
エネルギー供給手段７ｂは、気体吸脱着デバイス２のエネルギー発生装置１３である。したがって、エネルギー供給手段７ｂは、気体吸脱着デバイス２の多孔体１２にエネルギーを供給したり、多孔体１２へのエネルギーの供給を停止又は多孔体１２に供給するエネルギーを減少させたりする。エネルギー発生装置１３を含む加圧減圧装置１０は、例えば、アシストスーツ７の背中部に収納されている。
【０１９１】
なお、図示されていないが、加圧減圧装置１０と把持装置２０とは通気路３１で連結されている。また、アシストスーツ７は、固定部７ａを制御するコントロール部を備えていてもよい。
【０１９２】
このように構成されるアシストスーツ７では、エネルギー供給手段７ａによる多孔体１２へのエネルギーの供給又は多孔体１２へのエネルギーの供給の停止若しくは多孔体１２に供給するエネルギーを減少させることによって、気体吸脱着デバイス２における密閉容器１００内の圧力が変化して対象物の位置を固定することができる。具体的には、エネルギー供給手段７ｂによって第１密閉容器１１に配置された多孔体１２による気体の吸脱着を制御することで、第２密閉容器２１内の圧力を制御することができる。これにより、把持装置２０を硬質化させたり軟質化させたりすることができるので、固定部７ａによってユーザの体の一部を締め付けてその体の一部の位置置を固定したり、固定部７ａにより締め付けを緩めたりすることができる。
【０１９３】
なお、上記実施の形態における気体吸脱着デバイス２を対象物固定装置に用いる場合、気体吸脱着デバイス２は、チャイルドシート６及びアシストスーツ７以外の製品に適用してもよい。例えば、気体吸脱着デバイス２は、ジュニアシート、自動車の座席シートそのもの、ソファ、マッサージ機のシート等、チャイルドシート以外のシートに適用してもよい。また、気体吸脱着デバイス２は、人の体の一部の位置を固定する対象物固定装置として、コルセット又はギプス等の医療器具に適用してもよい。その他、気体吸脱着デバイス２は、人の体の一部又は全部あるいは物体の位置を固定する種々の対象物固定装置に適用することができる。
【０１９４】
以上説明したように、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２によれば、所定の気体が充填されかつ外部からの気体の供給又は外部への気体の送出がない密閉容器１００、１００Ａ内に多孔体１２を有し、多孔体１２へのエネルギーの供給によって多孔体１２内の所定の気体が多孔体１２の外へ放出され、多孔体１２へのエネルギーの供給を停止又は多孔体１２に供給するエネルギーを減少させたりすることによって多孔体１２が密閉容器１００、１００Ａ内の所定の気体を多孔体１２内へ取り込む。
【０１９５】
この構成により、多孔体１２にエネルギーを供給したり多孔体１２へのエネルギーの供給を停止又は多孔体１２に供給するエネルギーを減少させたりするだけで多孔体１２による気体の吸脱着を制御することができ、これにより、密閉容器１００、１００Ａ内の圧力を制御することができる。つまり、密閉容器１００、１００Ａ内に配置された多孔体１２による気体の吸脱着を利用して密閉容器１００、１００Ａ内の圧力を制御することができる。これにより、真空ポンプを用いることなく、簡易な構成で密閉容器１００、１００Ａ内の圧力を減圧することができるので、気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２の小型・軽量化が可能となる。したがって、加圧減圧機構の小型・軽量化及び独立化が可能となり、簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる。
【０１９６】
しかも、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２では、多孔体１２及びエネルギー発生装置１３によって密閉容器１００、１００Ａ内の圧力を制御しているので、密閉容器１００、１００Ａ内の圧力の減圧及び加圧の応答性に優れている。したがって、小型且つ軽量で、優れた応答性を有する気体吸脱着デバイスを実現することができる。
【０１９７】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２では、多孔体１２へのエネルギーの供給によって密閉容器１００、１００Ａ内の圧力が上昇し、多孔体１２へのエネルギーの供給を停止することによって密閉容器１００、１００Ａ内の圧力が低下する。
【０１９８】
この構成により、優れた応答性で密閉容器１００、１００Ａ内を加圧したり減圧したりできるので、簡易な構成で効率的な加圧及び減圧を行うことができる。
【０１９９】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、２において、密閉容器１００は、第１密閉容器１１と、通気路３１を介して第１密閉容器３１に連結された第２密閉容器２１とを有し、多孔体１２は、第１密閉容器１１内に配置されている。
【０２００】
この構成により、圧力変化対象部となる第２密閉容器２１内の圧力を、第２密閉容器２１とは別の第１密閉容器１１内に配置された多孔体１２による気体の吸脱着によって制御することができる。これにより、第２密閉容器２１内の圧力を一層効率的に制御することができる。
【０２０１】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２において、エネルギー発生装置１３は、多孔体１２に熱エネルギーを与える熱エネルギー源である。つまり、多孔体１２に供給されるエネルギーは、熱エネルギーである。
【０２０２】
この構成により、エネルギー発生装置１３による加熱及び冷却によって多孔体１２に与える熱エネルギーを制御することで、多孔体１２の気体の吸脱着を制御して密閉容器１００内の圧力を制御することができる。したがって、簡易な構成で応答性に優れた気体吸脱着デバイスを実現することができる。
【０２０３】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２において、多孔体１２は、金属有機構造体であるとよい。
【０２０４】
この構成により、多孔体１２の気体の吸着量を大きくすることができるので、多孔体１２の気体の吸脱着に伴う密閉容器１００、１００Ａ内の圧力の変化を大きくすることができる。
【０２０５】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２において、多孔体１２は、ゲート吸着型の金属有機構造体であるとよい。
【０２０６】
この構成により、ある特定の温度（ゲート圧が開く温度）で気体の吸着及び脱着が起こるので、ゲート吸着型ＭＯＦの気体の吸着量の変化が急激に生じるため、吸着及び脱着に伴う密閉容器１００、１００Ａ内の加圧及び減圧の応答性を一層向上させることができる。また、多孔体１２が吸着した気体を容易に完全に脱着させることができ、多孔体１２に与えるエネルギーに対する気体の吸脱着の効率を向上させることができる。
【０２０７】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２において、多孔体１２は、無機物、有機物及び金属の少なくとも一つと複合化された複合体であるとよい。
【０２０８】
この構成により、多孔体１２のエネルギー伝達率が向上するので、気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２の応答性を向上させることができる。例えば、多孔体１２に熱エネルギーが与えられる場合、上記構成により、多孔体１２の熱伝導率が向上するので、加熱時の脱着の応答性を早めることができるので、気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２の応答性を向上させることができる。なお、多孔体１２を複合化する場合、多孔体１２は密な構造にならないようにするとよい。
【０２０９】
ここで、多孔体１２を複合体とした場合の一例について、図１７を用いて説明する。図１７は、多孔体１２ａと粉末接着剤１２ｂとで構成された複合体１２Ａの一例を示す要部断面図である。
【０２１０】
図１７に示すように、複合体１２Ａは、複数の多孔体１２ａが粉末接着剤１２ｂで接合された構成である。多孔体１２ａとしては、上記の多孔体１２を用いることができる。また、粉末接着剤１２ｂとしては、例えば、エポキシ樹脂、フエノール樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれらが変性した樹脂等からなる点状接着剤を用いることができる。なお、多孔体１２ａの平均粒径、粉末接着剤１２ｂの平均粒径は、例えば複合体１２ＡのＸ線ＣＴにより測定することができる。
【０２１１】
また、図示しないが、多孔体１２は、熱伝導体との複合体であってもよい。これにより、加熱時における多孔体１２の気体の脱着の応答性を早めることができる。この点について、以下説明する。
【０２１２】
気体を吸着した多孔体１２を熱エネルギーによって脱着させる場合、多孔体１２には、脱着に必要な熱量が伝達されなければならない。このとき、気体の脱着の応答性は、多孔体１２への熱伝達速度に依存する。この点、ＭＯＦ等の多孔体１２単体では、一般的に熱伝導率が低いので、エネルギー発生装置１３で多孔体１２に熱エネルギーを与えても熱が多孔体１２の内部にまで伝達する速度は遅い。このため、多孔体１２単体では、気体の吸脱着の応答速度は低い。そこで、熱伝導率が比較的に高い熱伝導体と多孔体１２とを複合化させることにより、多孔体１２と熱伝導体との複合体としての熱伝導率を高くすることができる。これにより、加熱時の気体の脱着の応答性を早めることができる。したがって、密閉容器１００（第２密閉容器２１）の加圧の速度を向上させることができる。
【０２１３】
なお、多孔体１２と複合化する熱伝導体としては、特に限定されるものではないが、例えば、グラファイト等のカーボン材料又は金属材料等が挙げられる。使用する多孔体１２に応じて熱伝導体を適宜選択すればよく、多孔体１２の吸着性能を損なわないものであれば、熱伝導体の材料は、特に限定されるものではない。また、多孔体１２と熱伝導体との複合化の方法及び複合体の具体的構造についても特に限定されるものではない。
【０２１４】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、２において、第１密閉容器１１と第２密閉容器２１とは、通気路３１を介して分離されている。
【０２１５】
この構成により、第１密閉容器１１とは分離された第２密閉容器２１によって第２密閉容器２１内の圧力を制御することができる。これにより、応答性が要求される用途に容易に展開することができる。
【０２１６】
なお、気体吸脱着デバイス２において、加圧減圧装置１０が把持装置２０と分離されておらず、加圧減圧装置１０の一部又は全部が把持装置２０の内部等にあってもよい。例えば、多孔体１２が第２密閉容器２１の内部に配置されていてもよい。この場合、エネルギー発生装置１３は、第２密閉容器２１の外部に設置するとよいが、第２密閉容器２１の内部に設置されていてもよい。このように、加圧減圧装置１０の一部又は全部を把持装置２０の内部に設置することで、加圧減圧装置１０の一部又は全部と把持装置２０とを一体化させることができ、加圧減圧装置１０の一部又は全部を把持装置２０と別に設置する必要がなくなる。これにより、気体吸脱着デバイス２の装置構成をより簡素化することができる。
【０２１７】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス２において、通気路３１には、通気路３１を通る気体の流れを制御する制御装置３１ａが設けられている。
【０２１８】
この構成により、制御装置３１ａによって、多孔体１２と吸脱着する気体の流れを制御することができるので、第２密閉容器２１内の圧力の調整を容易に行うことができるとともに、第２密閉容器２１内の圧力の調整の自由度が向上する。例えば、制御装置３１ａがコックである場合、コックを閉めた状態で多孔体１２を加熱して気体を予め脱着させておき、その後コックを開くことで、第２密閉容器２１に気体を流入させて第２密閉容器２１内を加圧することができる。つまり、コックの開閉を制御することで、第２密閉容器２１の加圧及び減圧するタイミングを制御することができる。なお、このような制御装置３１ａは、図１に示される気体吸脱着デバイス１に設けてもよい。
【０２１９】
また、本実施の形態に係る気体吸脱着デバイス１、１Ａ、２において、多孔体１２が配置される密閉容器１００、１００Ａ内には除湿機構が配置されているとよい。一例として、除湿機構は、シリカゲルである。気体吸脱着デバイス１、２において、除湿機構は、例えば、多孔体１２が配置される第１密閉容器１１に配置される。
【０２２０】
このように除湿機構を配置することで、多孔体１２が水分を吸収することを抑制できるので、多孔体１２の劣化を抑制することができる。これにより、多孔体１２の性能を長期的に維持させることができる。したがって、信頼性に優れた気体吸脱着デバイスを実現することができる。
【０２２１】
（変形例１）
次に、変形例１に係る気体吸脱着デバイスについて説明する。
【０２２２】
本変形例に係る気体吸脱着デバイスは、上記実施の形態に係る気体吸脱着デバイスにおいて、エネルギー発生装置１３を熱エネルギー源から光エネルギー源に換えた構成である。つまり、本変形例において、多孔体１２に供給されるエネルギーが光エネルギーである。
【０２２３】
上記実施の形態における気体吸脱着デバイス１では、エネルギー発生装置１３として熱エネルギー源を用いて多孔体１２による気体の吸脱着を制御していた。熱エネルギーによって多孔体１２の気体の吸脱着を制御すると、密閉容器１００内の加圧及び減圧の応答速度は、加熱速度及び冷却速度に支配されることになる。また、冷却速度を早めるために冷却機構を別途設置すると、気体吸脱着デバイス１が大型化する。
【０２２４】
そこで、本変形例では、エネルギー発生装置１３として、光エネルギー源を用いている。例えば、エネルギー発生装置１３は、多孔体１２に光エネルギーを与える光を発生する光発生装置である。このように、エネルギー発生装置１３として光エネルギー源を用いることで、光エネルギーによって多孔体１２の気体の吸脱着を制御することができる。
【０２２５】
したがって、本変形例における多孔体１２は、光エネルギーが与えられて気体の吸脱着を行う。例えば、本変形例における多孔体１２は、吸着した気体分子を光照射により脱着するための機構を有する。このような多孔体１２は、特に限定されるものではないが、例えば、光応答性分子を多孔体１２に導入した様態、又は、光熱効果を有する金属ナノ粒子を多孔体１２と複合化させた様態が挙げられる（非特許文献３）。以下、それぞれの具体的様態について説明する。
【０２２６】
光応答性分子は、光照射により分子構造が変化する分子である。分子構造の変化の様態としては、例えば、不飽和アルケン類又はアゾベンゼン類等が有する、炭素−炭素二重結合部位又は窒素−窒素二重結合部位の光照射によるシス−トランス異性化、あるいは、ジアリールエテン類、スピロピラン類又はフルギド類等が有する、環構造の光照射による開環・閉環反応が挙げられる。
【０２２７】
上記光応答性分子の多孔体１２への導入の手法及び構造の様態については、多孔体１２の細孔内部にゲスト分子として導入してもよいし、多孔体１２の骨格部分として導入してもよい。
【０２２８】
また、上記様態において、多孔体１２への光照射の前後における吸着量が変化する例が報告されている。その機構については、未だ完全な解明はなされていないが、次のように考えられている。
【０２２９】
まず、光応答性分子を多孔体の細孔内部にゲスト分子として導入した態様については、光照射により光応答性分子が構造変化することによって、多孔体１２の細孔表面の静電ポテンシャルが変化し、その結果、吸着量が変化するというメカニズムが提唱されている。
【０２３０】
一方、光応答性分子を多孔体１２の骨格部分として導入した態様については、光照射により光応答性分子が構造変化することによって、多孔体１２の細孔表面の静電ポテンシャルが変化し、吸着量が変化するというメカニズムと、骨格構造が動的に変化することで細孔容積が変化し、吸着量が変化するというメカニズムとが提唱されている。
【０２３１】
一例として、光エネルギーが与えられて気体を吸脱着する多孔体１２としては、［Ｚｎ（ＡｚＤＣ）（ｂｐｅ）０．５］の化学式で表されるＭＯＦを用いることができる。ここで、ＡｚＤＣはアゾベンゼン−４，４‘−ジカルボン酸、ｂｐｅはｔｒａｎｓ−１，２−ｂｉｓ（４−ｐｙｒｉｄｙｌ）ｅｔｈｙｌｅｎｅである。このＭＯＦは、ＵＶ光の照射によってＡｚＤＣ及びｂｐｅが異性化する。このＭＯＦに気体を吸着させてＵＶ光を照射すると、ＭＯＦから気体を脱着させることができる。具体的には、ＵＶ光照射前のＣＯ２の吸着量は５．１ｗｔ％（常圧下３０℃）であり、ＵＶ光照射後のＣＯ２の吸着量は２．８ｗｔ％（常圧下３０℃）であった。
【０２３２】
また、光応答性分子を利用した他の多孔体１２の様態としては、光熱効果を有する金属ナノ粒子と多孔体１２とを複合化させた様態が挙げられる。
【０２３３】
光熱効果は、光エネルギーが熱エネルギーに変換される現象であり、例えば、金、銀な等の金属ナノ粒子に対して、光を照射すると、プラズモン共鳴効果によりナノ粒子表面で熱エネルギーが発生することが知られている。
【０２３４】
したがって、金属ナノ粒子と多孔体１２とを複合化させると、光照射により金属ナノ粒子が熱を発生させるため、局所的に多孔体１２へ熱が伝達され得る。その結果、多孔体１２に吸着された気体が多孔体１２から放出される。
【０２３５】
一例として、光エネルギーが与えられて気体を吸脱着するその他の多孔体１２としては、Ａｇナノ粒子とＵｉＯ−６６との複合体を用いることができる。ＵｉＯ−６６は、［Ｚｒ6Ｏ4（ＯＨ）4（ｂｄｃ）6］の化学式で表され、ｂｄｃはテレフタル酸である。上記複合体に気体を吸着させて可視光を照射すると、複合体から気体を脱着させることができる。具体的には、可視光照射前のＣＯ２の吸着量は５ｗｔ％（常圧下２５℃）であり、可視光照射後のＣＯ２の吸着量は１ｗｔ％（常圧下２５℃）であった。
【０２３６】
金属ナノ粒子と多孔体１２との複合化の方法及び複合体の具体的構造については、使用する多孔体１２に応じて金属ナノ粒子を選択すればよく、多孔体１２の吸着能力を損なわなければ、複合化の手法及び複合体の構造については、特に限定されるものではない。
【０２３７】
本変形例におけるエネルギー発生装置１３の光照射手段については、例えば、ＬＥＤ等の小型光源に小型モータを連結させたものを多孔体１２が配置された第１密閉容器１１に接触させて設置すればよいが、所定量の圧力変化に必要な量の吸着及び脱着を多孔体１２が起こし得ることが可能な構成であれば、光照射手段は、特に限定されるものではない。また、照射する光の波長、光の強度及び光の照射時間については、多孔体１２及び複合体の種類、圧力変化対象部の容積、並びに、圧力変化対象部の使用圧力範囲に応じて適宜設定すればよい。
【０２３８】
このように、エネルギー発生装置１３として光エネルギー源を用いた本変形例における気体吸脱着デバイスでは、光を照射しないときは多孔体１２が気体を吸着するため減圧され、光を照射すると多孔体１２が気体を脱着するため加圧される。このように、本変形例によれば、多孔体１２の吸着及び脱着を一つのスイッチのオン／オフで制御することができるため、簡易な構成でありながら、加圧及び減圧の応答性に優れた気体吸脱着デバイスを実現できる。
【０２３９】
（変形例２）
次に、変形例２に係る気体吸脱着デバイスについて説明する。
【０２４０】
本変形例に係る気体吸脱着デバイスは、上記実施の形態に係る気体吸脱着デバイスにおいて、エネルギー発生装置１３を熱エネルギー源から磁力エネルギー源に換えた構成である。つまり、本変形例では、多孔体１２に供給されるエネルギーは、磁力エネルギーである。
【０２４１】
上記変形例における気体吸脱着デバイスでは、エネルギー発生装置１３として光エネルギー源を用いて多孔体１２による気体の吸脱着を制御していた。光エネルギーによって多孔体１２の気体の吸脱着を制御すると、多孔体１２の内部にまで光が届かない場合が生じうる。この結果、光を照射しても効果的な気体の吸着及び脱着が起こらずに、所望の加圧減圧制御を行うことができない場合があり得る。
【０２４２】
これに対して、基本的に磁界は物質を透過するため、本変形例に係る気体吸脱着デバイスのように、エネルギー発生装置１３として磁力エネルギー源を用いて多孔体１２の存在空間に磁場を生成することで、多孔体１２の気体の吸脱着を効果的に行うことができる。例えば、エネルギー発生装置１３として、多孔体１２に磁気エネルギーを与える磁力を発生する磁力発生装置を用いることができる。このように、エネルギー発生装置１３として磁力エネルギー源を用いることで、磁気エネルギーによって多孔体１２の気体の吸脱着を制御することができる。具体的には、気体を吸着した多孔体１２に磁場を照射することで気体を脱着させる。
【０２４３】
したがって、本変形例における多孔体１２は、磁気エネルギーが与えられて気体の吸脱着を行う。例えば、本変形例における多孔体１２は、吸着した気体を磁力エネルギーの供給により脱着するための機構を有する。このような多孔体１２は、特に限定されるものではないが、例えば、磁力エネルギーの供給により熱を発生する材料と多孔体とを複合化させた様態が挙げられる。以下、その具体的様態について説明する。
【０２４４】
磁力エネルギーの供給により熱を発生する材料としては、例えば、Ｆｅ３Ｏ４又はＭｇＦｅ２Ｏ４等の酸化鉄系ナノ粒子等の熱金属ナノ粒子が挙げられる（非特許文献３）。このような酸化鉄系ナノ粒子に高周波磁場を印加すると、ヒステリシス損により発熱することが知られている。
【０２４５】
このため、酸化鉄系ナノ粒子と多孔体とを複合化させると、磁場の印加により酸化鉄系ナノ粒子が熱を発生させるため、局所的に多孔体へ熱が伝達され得る。その結果、多孔体１２に吸着された気体が多孔体１２から放出される。
【０２４６】
酸化鉄系ナノ粒子と多孔体との複合化方法及び複合体の具体的構造については、使用する多孔体に応じて、酸化鉄系ナノ粒子を選択すればよい。多孔体１２の吸着能力を損なわなければ、複合化の手法及び複合体の構造については、特に限定されるものではない。
【０２４７】
本変形例におけるエネルギー発生装置１３の磁場印加手段については、例えば、コイル等の交流磁場発生源に小型モータを連結させたものを多孔体１２が配置された第１密閉容器１１に接触させて設置すればよい。あるいは、多孔体１２が配置された部分全体にコイルを巻き付けた構成であってもよい。ただし、磁場印加手段については、所定量の圧力変化に必要な量の吸着及び脱着を多孔体１２が起こし得ることが可能な構成であれば、特に限定されるものではない。また、印加する磁場の磁束密度、磁束の方向及び磁場の印加時間については、多孔体１２及び複合体の種類、圧力変化対象部の容積、並びに、使用圧力範囲に応じて適宜設定すればよい。
【０２４８】
一例として、磁気エネルギーが与えられて気体の吸脱着を行う多孔体１２としては、Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子とＭｇ−ＭＯＦ−７４の複合体を用いることができる。上記複合体に気体を吸着させて磁場を印加すると、複合体から気体を脱着させることができる。具体的には、交流磁場印加前のＣＯ２の吸着量は３０．８ｗｔ％（常圧下２５℃）であり、交流磁場印加後のＣＯ２の吸着量は１３．９ｗｔ％（常圧下２５℃）であった。
【０２４９】
このように、エネルギー発生装置１３として磁力エネルギー源を用いた本変形例における気体吸脱着デバイスでは、磁場を印加しないときは多孔体１２が気体を吸着するため減圧され、磁場を印加すると多孔体１２が気体を脱着するため加圧される。このように、本変形例によれば、多孔体１２の吸着及び脱着を一つのスイッチのオン／オフで制御することができるため、簡易な構成でありながら、加圧及び減圧の応答性に優れた気体吸脱着デバイスを実現できる。
【０２５０】
（その他の変形例）
以上、本開示に係る気体吸脱着デバイス及び物体把持装置について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０２５１】
例えば、上記実施の形態における気体吸脱着デバイス及び物体把持装置において、多孔体１２と吸脱着する気体としてＣＯ２を例示したが、これに限らない。多孔体１２と吸脱着する気体としては、ＣＯ２以外に、Ｎ２、Ｏ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ２Ｈ２、ＮＨ３、Ｈ２等が挙げられる。
【０２５２】
また、上記実施の形態にける物体把持装置において、ジャミング転移により状態が変化する物質として、粒体２２を例示したが、これに限らない。例えば、ジャミング転移により状態が変化する物質として、無機繊維又は有機繊維等の繊維であってもよいし、フィルム又はシートが積層されたものであってもよい。つまり、第２密閉容器２１の内部に収納される物質は、ジャミング転移により状態が変化する物質であればよい。
【０２５３】
その他、上記実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本開示に係る気体吸脱着デバイスは、ジャミング転移を利用したロボットハンド等の物体把持装置をはじめとして、圧力制御が必要な任意の機器に用いることができる。
【符号の説明】
【０２５５】
１、１Ａ、２  気体吸脱着デバイス
３  ロボットハンド
４  ワーク
５  ドローン
５ａ  物体コンタクト部
５ｂ  コントロール部
５ｃ  カメラ
６  チャイルドシート
６ａ、７ａ  固定部
６ｂ、７ｂ  エネルギー供給手段
７  アシストスーツ
１０  加圧減圧装置
１１  第１密閉容器
１２、１２ａ  多孔体
１２Ａ  複合体
１２ｂ  粉末接着剤
１３  エネルギー発生装置
２０  把持装置
２１  第２密閉容器
２２  粒体
３１  通気路
３１ａ  制御装置
４０  気体
１００、１００Ａ  密閉容器
【図１】
2020193708.tif 000003
【図２】
2020193708.tif 000004
【図３】
2020193708.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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