(57)【要約】【課題】電力供給源を分散配置することで、駆動部を制御するための信号線の短線化と細線化とを可能とするロボットハンドの関節駆動システム、ロボットハンド及びロボットアームを提供すること。【解決手段】屈伸可能な指関節部を少なくとも一つ有する複数本の指本体を有し、指関節部により対象物が把持可能なロボットハンドにおいて、指関節部を駆動する関節駆動装置は、一個の関節駆動装置に対して関節駆動装置の電力供給用である少なくとも一個のリチウムイオン電池が接続され、リチウムイオン電池が対応する指関節部に隣接して配置された。【選択図】  図１
2020059090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈伸可能な指関節部を少なくとも一つ有する複数本の指本体を有し、前記指本体によって対象物を把持可能なロボットハンド用指構造であって、
前記指関節部を駆動する関節駆動装置は、一個の前記関節駆動装置に対して前記関節駆動装置の電力供給用である少なくとも一個のリチウムイオン電池が接続され、前記リチウムイオン電池が対応する前記指関節部に隣接して配置されたロボットハンド用指構造。
【請求項２】
請求項１記載のロボットハンド用指構造において、
前記リチウムイオン電池を構成する正極活物質層が正極活物質粒子の非結着体であり、前記リチウムイオン電池を構成する負極活物質層が負極活物質粒子の非結着体であるロボットハンド用指構造。
【請求項３】
請求項２記載のロボットハンド用指構造において、
前記リチウムイオン電池は前記指関節部の屈曲方向内側の前記指本体の表面に配置されているロボットハンド用指構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のロボットハンド用指構造において、
さらに前記関節駆動装置の動作を制御する感圧センサを有し、前記感圧センサが前記リチウムイオン電池に接続されたロボットハンド用指構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のロボットハンド用指構造を備えたロボットハンド。
【請求項６】
請求項５記載のロボットハンドを備えたロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、屈伸可能な指関節部を少なくとも一つ有する複数本の指本体を有し、この指本体によって対象物を把持可能なロボットハンド用指構造、ロボットハンド及びロボットアームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数体の指本体を有し、対象物が把持可能なロボットハンドは周知である（例えば特許文献１参照）。このようなロボットハンドにおいて、各々の指本体には、この指本体を例えば屈曲させて複数の指本体により対象物を把持させるためのアクチュエータやモータが設けられていることがある。そして、このアクチュエータ等が電動式の場合、このアクチュエータ等に駆動電力を供給する電源が必要となる。
【０００３】
ロボットハンドのアクチュエータ等に駆動電力を供給する電源は、ロボットハンドの軽量化を図る目的から、このロボットハンドとは別体の、ロボットハンドの制御装置と一体にまとめられて設けられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００４／０００５０８号
【特許文献２】特開２００１−３８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アクチュエータ等へ駆動電力を供給する電源がロボットハンドと別体に設けられ、かつ、一箇所にまとめられていると、各々のアクチュエータ等への駆動電力供給用の電線として長いものが必要となり、また電源からアクチュエータまでの間で外力によって電線が切断されることを避けるために、この電線として外力に駆動電力に耐えうるだけの太いものが必要となり、ロボットハンドの円滑な動作に支障を与える可能性があった。
【０００６】
また、アクチュエータ等の起動時には大電流となる突入電流が流れることがあり、上述した駆動電力供給用の電線もこの突入電流を考慮した大電流に耐える仕様のものであることが要求される。
【０００７】
例えば、突入電流を考慮したモータ駆動回路として、モータを駆動する主電源部と充電可能な補助電源部とを有し、モータ始動時の突入電流による電流の増加分を補助電源部の放電で補うモータ駆動回路が提案されているが（特許文献２参照）、かかる技術であっても、アクチュエータ等へ駆動電力を供給するための主電源部からの電線は長くなり、外力の影響を受け易いために細線化することは困難である。
【０００８】
そこで、この発明は、電力供給源を分散配置することで、関節駆動装置を制御するための信号線の短線化と細線化を可能とするロボットハンド用指構造、ロボットハンド及びロボットアームを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、この発明は、屈伸可能な指関節部を少なくとも一つ有する複数本の指本体を有し、指本体によって対象物が把持可能なロボットハンド用指構造において、指関節部を駆動する関節駆動装置は、一個の関節駆動装置に対して関節駆動装置の電力供給用である少なくとも一個のリチウムイオン電池が接続され、リチウムイオン電池が対応する指関節部に隣接して配置されている。
【００１０】
ここで、リチウムイオン電池を構成する正極活物質層が正極活物質粒子の非結着体であり、リチウムイオン電池を構成する負極活物質層が負極活物質粒子の非結着体であることが好ましい。
【００１１】
また、リチウムイオン電池は指関節部の屈曲方向内側の指本体表面に配置されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、関節駆動装置の動作を制御する感圧センサを有し、感圧センサがリチウムイオン電池に接続されていることが好ましい。
【００１３】
さらに、この目的を達成するため、この発明は、上述の構成を有するロボットハンド用指構造を備えたロボットハンドを設け、そして、上述の構成を有するロボットハンドを備えたロボットアームを設けた。 
【発明の効果】
【００１４】
このような本発明のロボットハンド用指構造は、一個の関節駆動装置に対して少なくとも一個のリチウムイオン電池が接続され、リチウムイオン電池が対応する指関節部に隣接して配置されている。すなわち、電力供給源たるリチウムイオン電池は一箇所にまとめられることなく、関節駆動装置ごとに分散配置されている。従って、関節駆動装置とリチウムイオン電池とを接続する電力供給用の電線と、関節駆動装置制御用の信号線とを別系統化することができ、これにより、関節駆動装置を制御するための信号線の短線化と細線化とを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態であるロボットハンドの概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図２】第１実施形態のロボットハンドの指本体を示す部分断面図である。
【図３】第１実施形態のロボットハンドに用いられるリチウムイオン電池を示す断面図である。
【図４】第１実施形態のロボットハンドに用いられるリチウムイオン電池を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態のロボットハンドに用いられるアクチュエータの概略構成を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態におけるアクチュエータを示す一部破断斜視図である。
【図７】第１実施形態のロボットハンドの回路構成の概略を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態であるロボットハンドに用いられる電源の一例を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態であるロボットハンドに用いられる電源の一例を示す横断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態であるロボットハンドに用いられる電源の他の例を示す横断面図である。
【図１１】第２実施形態のロボットハンドの回路構成の概略を示す図である。
【図１２】第２実施形態のロボットハンドに用いられるリチウムイオン電池を示す一部破断斜視図である。
【図１３】第２実施形態におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態であるロボットハンドについて説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明であるロボットハンド用指構造が適用された第１実施形態であるロボットハンドの概略構成を示す一部破断斜視図である。図１において、本実施形態のロボットハンドＡは、基部１の先端に複数（図示例では５本）の指本体２が設けられ、これら指本体２が、指本体２により囲まれる空間の内方に向けて詳細構成を後述するアクチュエータ（関節駆動装置）３により屈伸自在に構成されることで、対象物Ｗが把持可能とされている。
【００１８】
指本体２は、図１及び図２に示すように、概略板状に形成された複数の骨部材４を有し、それぞれの骨部材４の基部１側の端部には、骨部材４の長手方向に直交する回転軸を備え、隣り合う骨部材４、または骨部材４と基部１とを連結する指関節部５が形成されている。
【００１９】
そして、アクチュエータ３は、指関節部５により連結されている一対の骨部材４または骨部材４と基部１とを跨ぐように設けられ、一方の骨部材４を他方の骨部材４または基部１に対して指関節部５の回転軸に沿って相対的に回動自在にしている。これにより、指関節部５が屈伸自在に構成されている。
【００２０】
本実施形態のロボットハンドＡに用いられる関節駆動装置であるアクチュエータの詳細について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本発明の第１実施形態であるロボットハンドに用いられるアクチュエータの概略構成を示す斜視図、図６は第１実施形態におけるアクチュエータを示す一部破断斜視図である。
【００２１】
本実施形態のアクチュエータ３は、一方の骨部材４の一面、より正確には対象物Ｗが把持される側と反対側の面（図５及び図６において上面）に設けられたギアボックス６と、このギア比を駆動するモータ７と、他方の骨部材４の図５及び図６において上面に設けられたナット部８と、これらギアボックス６とナット部８との間に架け渡された一対のコイル状スプリング９ａ、９ｂとを有する。
【００２２】
図６に示すように、ギアボックス６の内部には、互いに噛合する一対の平歯車１０ａ、１０ｂが設けられており、一方の平歯車１０ａの中心部にはモータ７の回転駆動軸（図略）が嵌め込まれている一方、他方の平歯車１０ｂは図略の回転軸に軸支されている。これにより、モータ７の回転駆動力が平歯車１０ａ、１０ｂに伝達され、これら平歯車１０ａ、１０ｂが互いに逆方向に回転駆動される。
【００２３】
一対のコイル状スプリング９ａ、９ｂは、その巻き方向が互いに逆方向にされている。これらコイル状スプリング９ａ、９ｂの一端は、平歯車１０ａ、１０ｂから突設された固定部１１ａ、１１ｂに巻回されて固定され、他端部はナット部８に設けられた一対の貫通孔８ａ、８ｂに挿通されている。また、ナット部８には、これら貫通孔８ａ、８ｂの内面から内方に突出する突起部８ｃがそれぞれの貫通孔８ａ、８ｂに一対（図６では１つの突起部８ｃのみ図示している）形成され、この突起部８ｃはコイル状スプリング９ａを構成する線状部材の間に嵌合されている。
【００２４】
以上の構成により、モータ７を回転駆動すると平歯車１０ａ、１０ｂを介してコイル状スプリング９ａ、９ｂが逆方向に回転駆動され、そして、このコイル状スプリング９ａ、９ｂの回転によりギアボックス６とナット部８との間の距離が離隔または近接させられる。これにより、指関節部５を中心として一方の骨部材４が他方の骨部材４または基部１に対して回動自在とされ、よって、指関節部５が屈伸自在とされる。
【００２５】
図１及び図２に戻って、本実施形態のロボットハンドＡの骨部材４の他方の面、より正確には、指関節部５に隣接した位置であって、その屈曲方向の内側の指本体２の表面であり対象物Ｗが把持される側の面（図２において下面）には、指関節部５を駆動するアクチュエータ３への電力供給用としての略平板状のリチウムイオン電池Ｌが設けられている。
【００２６】
本実施形態のロボットハンドＡに用いられるリチウムイオン電池Ｌの詳細について、図３及び図４を参照して説明する。図３は第１実施形態のロボットハンドに用いられるリチウムイオン電池Ｌを示す断面図、図４は第１実施形態のリチウムイオン電池Ｌを示す斜視図である。
【００２７】
これら図において、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、リチウムイオン電池Ｌの外殻をなす、可撓性を有する容器３０内に外形略平板状の単電池２１が直列に複数積層された積層型電池モジュール３１が収納されて構成されている。
【００２８】
単電池２１は、図３に詳細を示すように、略平板状の樹脂集電体である正極集電体２７の表面に正極電極活物質と電解液とを含む略平板状の正極活物質層２５が形成された正極２２と、同様に略平板状の樹脂集電体である負極集電体２８の表面に負極電極活物質と電解液とを含む略平板状の負極活物質層２６が形成された負極２３とが、同様に略平板状のセパレータ２４を介して積層されて構成され、全体として略平板状に形成されている。これにより、対向する正極集電体２７及び負極集電体２８を図中上面及び下面にそれぞれ有する単電池２１が構成される。
【００２９】
正極活物質層２５及び負極活物質層２６は、正極活物質又は負極活物質粒子と電解液とを含む正極電極組成物及び負極電極組成物からなり、正極活物質層２５及び負極活物質層２６は、それぞれ正極活物質又は負極活物質粒子の非結着体であることが好ましい。なお、非結着体とは正極活物質粒子同士及び負極活物質粒子同士が正極活物質層２５及び負極活物質層２６中で不可逆的に接着固定化されていないことを意味する。そして非結着体である正極活物質層２５及び負極活物質層２６は、スラリー状、ゲル状物質又は粉体に近い状態になることもある。
【００３０】
図３に最もよく示されるように、正極集電体２７及び負極集電体２８は、単電池２１の端部に形成されたシール部材２９により所定間隔をもって対向するように位置決めされている。また、セパレータ２４の端部がこのシール部材２９内に埋め込まれることで、このセパレータ２４が支持されるとともに、セパレータ２４と正極集電体２７及び負極集電体２８との位置関係が定められている。
【００３１】
正極集電体２７とセパレータ２４との間の間隔、及び、負極集電体２８とセパレータ２４との間の間隔はリチウムイオン電池Ｌの容量に応じて調整され、これら正極集電体２７、負極集電体２８及びセパレータ２４の位置関係は必要な間隔が得られるように定められている。
【００３２】
図３に示す単電池２１は、隣り合う単電池２１の正極集電体２７の上面と負極集電体２８の下面とが隣接するように直列に積層されて積層型電池モジュール３１が形成され、そして、この積層型電池モジュール３１が容器３０に減圧封止されて収納されて、図３及び図４に示す本実施形態のリチウムイオン電池Ｌが構成されている。
【００３３】
本実施形態のリチウムイオン電池Ｌを構成する容器３０は、図３に詳細を示すように、上容器３０ａ及び下容器３０ｂに分割されて構成されている。上容器３０ａ及び下容器３０ｂは略同一の形状に形成されており、上面が開口した上容器本体３０ｃ及び下容器本体３０ｄと、これら上容器本体３０ｃ及び下容器本体３０ｄの図１において左右の端部から側方に突出する一対の上容器縁部３０ｅ及び下容器縁部３０ｆとを備える。
【００３４】
そして、上容器３０ａ及び下容器３０ｂが相対向して配置されることで形成される内部空間に積層型電池モジュール３１が収納され、この内部空間が減圧された状態で、上容器縁部３０ｅ及び下容器縁部３０ｆが図略のシール部材により封止されることで、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌが構成される。
【００３５】
ここで、図４に示すように、上容器３０ａ及び下容器３０ｂと積層型電池モジュール３１との間には電極端子３３、３４がそれぞれ介在されており、この電極端子３３、３４の一部３３ａ、３４ａは上容器縁部３０ｅ及び下容器縁部３０ｆを通ってリチウムイオン電池Ｌの外方にまで延出している。
【００３６】
そして、電極端子３３、３４とアクチュエータ駆動制御部４０との間、及びアクチュエータ駆動制御部４０とアクチュエータ３との間は、図７に示すように、それぞれ電力供給用の電線４１を介して電気的に接続されている。ここで、アクチュエータ駆動制御部４０は、図１〜図２では図示を省略しているが、例えばアクチュエータ３のモータ７の近傍に設けられ、個々のアクチュエータ３の駆動量、ひいては指本体２の屈曲量を制御する。また、アクチュエータ駆動制御部４０には、図略のロボットハンド制御部からの制御信号が供給される信号線４２が接続されている。
【００３７】
さらに、図１及び図２に示すように、リチウムイオン電池Ｌの対象物Ｗに接触する面（図２では下面）には、ゴムや柔軟性を有する高分子からなる把持用シート１２が貼り付けられている。特に、指本体２の先端側に位置するリチウムイオン電池Ｌには、図２においてその下面及び左側面（指本体２の先端部）を覆うように把持用シート１２が貼り付けられていることが好ましい。
【００３８】
正極活物質層２５に含まれる正極活物質粒子としては、公知のリチウムイオン電池に用いられる正極活物質を使用でき、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２及びＬｉＭｎ２Ｏ４）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ２及びＶ２Ｏ５）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ２及びＴｉＳ２）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン及びポリカルバゾール）等が挙げられる。
【００３９】
また、負極活物質層２６に含まれる負極活物質粒子としては、公知のリチウムイオン電池に用いられる負極活物質を使用でき、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリキノリン等）、スズ、シリコン、及び金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等）等が挙げられる。
【００４０】
本発明のリチウムイオン電池においては、正極活物質粒子又は負極活物質粒子が、その表面の少なくとも一部に被覆用樹脂組成物を含む被覆層を有する被覆正極活物質粒子又は被覆負極活物質粒子を用いることができる。被覆層を有する正極活物質粒子を被覆正極活物質粒子ともいい、被覆層を有する負極活物質粒子を被覆負極活物質粒子ともいい、これらを被覆電極活物質ともいう。
【００４１】
活物質粒子の表面が被覆層を有すると、充放電時に生じる電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができる。
【００４２】
また、電解液を含んだ被覆層が粘着性を示すため、非結着体の成形が容易となる。
【００４３】
被覆層としては、特開２０１７−０５４７０３号公報に非水系二次電池活物質被覆用樹脂として記載されたもの等を好適に用いることができ、被覆電極活物質粒子は、特開２０１７−０５４７０３号公報等に記載された公知の方法で電極活物質粒子の周囲を被覆用樹脂組成物により被覆することができる。
例えば、被覆用樹脂及び必要により用いる下記の導電助剤を含む被覆用樹脂組成物と電極活物質粒子を混合することによって製造することができる。被覆用樹脂組成物が導電助剤を含む場合には、例えば、被覆用樹脂及び導電助剤と、電極活物質粒子を混合することによって製造してもよく、被覆用樹脂と導電助剤とを混合して被覆材を準備したのち、該被覆材と電極活物質粒子とを混合することにより製造してもよい。
【００４４】
上記方法により、被覆用樹脂からなる被覆用樹脂組成物によって電極活物質粒子の表面の少なくとも一部が被覆される。
【００４５】
被覆層はさらに導電助剤を含んでもよく、導電助剤は導電性を有する材料から選択される。
【００４６】
導電性を有する材料としては、具体的には、金属［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等］、カーボン［グラファイト、カーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）、カーボンナノチューブ（単層、多層及びこれらの混合物等）等］、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００４７】
これらの導電助剤は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記した導電助剤の材料のうち金属のもの）をメッキ等でコーティングしたものでもよい。
【００４８】
導電助剤として導電性繊維を用いることも可能である。導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。
【００４９】
被覆活物質粒子が有する被覆層が導電助剤を含んでいる場合、被覆層の重量は、活物質粒子と被覆用樹脂組成物と必要により用いる導電助剤との合計重量に対して、３〜２５重量％であることが好ましい。
【００５０】
電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる公知の電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。
【００５１】
電解質としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６及びＬｉＣｌＯ４等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２及びＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはＬｉＰＦ６である。
【００５２】
非水溶媒としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。
【００５３】
非水溶媒は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５４】
非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、さらに好ましいのは環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(ＰＣ)、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）及びこれらから選ばれる２種以上の混合液である。
【００５５】
正極活物質層２５及び負極活物質層２６を構成する正極電極組成物及び負極電極組成物は、活物質粒子を電解液に公知の分散装置を用いて混合分散することで得られ、正極電極組成物及び負極電極組成物にそれぞれ含まれる活物質粒子の重量は、電解液の重量に基づいて１０〜６０重量％の濃度であることが好ましい。なお、正極電極組成物及び負極電極組成物に含まれる活物質粒子として前記の被覆活物質粒子を用いた場合には、正極電極組成物及び負極電極組成物に含まれる活物質粒子の重量は、被覆活物質粒子の重量を用いて計算される。
【００５６】
正極活物質層２５及び負極活物質層２６のうち、少なくとも一方が、被覆活物質粒子が有する被覆層に含まれる導電助剤とは別に、さらに導電助剤を含んでもよい。さらに含む導電助剤としては前記の被覆剤に含まれている導電助剤と同じものをもちいることができ、好ましいものとしては、前記の導電助剤として例示した導電性繊維があげられ、炭素繊維がさらに好ましい。
【００５７】
さらに導電助剤を含む正極活物質層２５及び負極活物質層２６は、活物質粒子、電解液及び導電助剤を混合分散して得られる正極電極組成物及び負極電極組成物を用いて活物質層を形成することで得られる。さらに導電助剤を含む正極活物質層２５及び負極活物質層２６は活物質粒子の間に導電助剤を含有し、それによって活物質中での電子移動が良好となる。
【００５８】
本発明において、正極活物質層２５及び負極活物質層２６には、リチウムイオン電池用結着剤（バインダともいう）を含まないことが好ましい。ここでいう結着剤としては、リチウムイオン電池の電極において活物質粒子と集電体との結着及び活物質粒子同士の結着を目的として用いられる公知の結着剤（デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の高分子化合物）等が挙げられる。前記の結着剤は溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して電極活物質同士及び電極活物質と集電体とを強固に固定するものであり、これらの結着剤を含む場合、正極活物質粒子同士及び負極活物質粒子同士が正極活物質層２５及び負極活物質層２６中で不可逆的に接着固定化されて非結着体を得ることができない。
結着剤を含まないことによって、活物質粒子が電極内に固定化されないため活物質粒子の体積変化や活物質層の変形に対する緩和能力が良好となり好ましい。
【００５９】
正極活物質層２５及び負極活物質層２６は、正極活物質又は負極活物質粒子と電解液とを含む正極電極組成物及び負極電極組成物を集電体上に所定の厚さで塗布する方法、並びに正極電極組成物及び負極電極組成物を所定の形状に圧縮成形する方法等で得ることができる。
【００６０】
セパレータ２４としては、公知のリチウムイオン電池用セパレータを用いることができ、ポリエチレン、ポリプロピレン等、ポリオレフィン製の微多孔膜フィルム、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、合成繊維（ポリエステル繊維、アラミド繊維及びガラス繊維等）からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等が挙げられる。
【００６１】
正極集電体２７及び負極集電体２８は一対の集電体であり、集電体としては公知のリチウムイオン電池用集電体［公知の金属集電体及び導電材料と樹脂とから構成されてなる樹脂集電体（特開２０１２−１５０９０５号公報及び国際公開番号ＷＯ２０１５／００５１１６号等に記載されている樹脂集電体）等］を用いることができる。
【００６２】
金属集電体としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの金属を１種以上含む合金、並びに、ステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は薄板や金属箔等の形態で用いてもよい。また、上記金属材料以外で構成される基材表面にスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を形成したものを金属集電体として用いてもよい。
【００６３】
樹脂集電体を構成する導電材料は、上述した導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。
【００６４】
樹脂集電体を構成する樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００６５】
電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。
【００６６】
シール部材２９を構成する材料としては、集電体２７、２８との接着性を有し、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。
【００６７】
容器３０を構成する材料は、容器３０内に積層型電池モジュール３１を収納しうる材料であれば、任意の材料が好適に適用可能である。但し、単電池２１と容器３０とが接触する可能性があることを考慮して、容器３０を構成する材料は絶縁性を有する材料であることが好ましい。加えて、容器３０は、積層型電池モジュール３１を内部に収納した状態で減圧封止することから、容器３０を構成する材料は可撓性及び気密性を有する材料であることが好ましい。このような材料としては、ラミネートフィルムが好ましい。ラミネートフィルムの一例としては、アルミニウム又はニッケル等の金属層の両面を高分子フィルムで覆ったフィルムが挙げられ、金属層の両面に配置される高分子フィルムのうち、容器の内面となる高分子フィルムがポリエチレン及びポリプロピレン等の熱融着性樹脂からなる高分子フィルムであるラミネートフィルムが挙げられる。
【００６８】
次に、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法について説明する。
【００６９】
まず、正極集電体２７及び負極集電体２８のそれぞれの表面に、正極電極活物質と電解液とを含む正極活物質層２５、及び負極電極活物質と電解液とを含む負極活物質層２６を形成して正極２２及び負極２３を形成する。正極２２及び負極２３を形成する手法は任意であり、正極集電体２７及び負極集電体２８のそれぞれの表面に正極活物質２５及び負極活物質２６を塗布する、正極集電体２７及び負極集電体２８のそれぞれの表面に、ノズル等を介して正極活物質層２５及び負極活物質層２６を載置した後に所定厚になるようにヘラ等で均す、など、種々の手法が挙げられる。その後、セパレータ２４を介して正極２２及び負極２３を積層し、正極集電体２７及び負極集電体２８の端部、さらにセパレータ２４の端部をシール部材２９により封止することで単電池２１を製造することができる。
【００７０】
次いで、上述の工程により製造された単電池２１を、隣り合う単電池２１の正極集電体２７の上面と負極集電体２８の下面とが隣接するように直列に積層して積層型電池モジュール３１を形成し、さらに、この積層型電池モジュール３１及び電極端子３３、３４を容器３０内に収納し、容器３０内を脱気した後にシール部材で封止することで、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌを製造することができる。
【００７１】
上述したように本実施形態のロボットハンドＡでは、指本体２を屈伸させるアクチュエータ３と、アクチュエータ３の電力供給用であるリチウムイオン電池Ｌとが、一個のアクチュエータ３に対して一個のリチウムイオン電池Ｌを組み合わせて接続されており、指本体２の指関節部５の近傍に対応するリチウムイオン電池Ｌが設けられている。すなわち、電力供給源たるリチウムイオン電池Ｌがアクチュエータ３に対応して分散配置されている。従って、アクチュエータ３とリチウムイオン電池Ｌとを接続する電力供給用の電線４１と、アクチュエータ制御用の信号線４２とを別系統化することができ、これにより、アクチュエータ３を制御するための信号線４２の短線化及び細線化を図ることが可能となる。
【００７２】
加えて、リチウムイオン電池Ｌをアクチュエータ３の近傍に配置したので、電力供給用の電線４１を太線化してもロボットハンドＡの操作性に影響を与えることが少ない。これにより、アクチュエータ３起動時の突入電流を考慮した電線４１を配線することが可能となる。
【００７３】
また、本実施形態の単電池２１は、正極活物質層２５が正極活物質粒子の非結着体であり、負極活物質層２６が負極活物質粒子の非結着体であるので、活物質粒子は隣接する活物質粒子との接触を維持したまま動くことが出来る。これにより、リチウムイオン電池Ｌを屈曲させる方向に応力が作用してリチウムイオン電池Ｌが変形した場合であっても、活物質層での亀裂の発生や集電体との界面での剥離を起こすことなく、正極集電体２７と負極集電体２８との間における導電経路を維持することができ、十分な充放電特性を発揮し続けることができる。かかる効果は、骨部材４の対象物Ｗを把持する側にリチウムイオン電池Ｌを設けた本実施形態のロボットハンドＡにおいて、対象物Ｗの把持に伴いリチウムイオン電池Ｌに応力が作用する可能性が高いことを考慮すると、有利な効果である。
【００７４】
さらには、正極活物質層２５が正極活物質粒子の非結着体であり、負極活物質層２６が負極活物質粒子の非結着体であるため、リチウムイオン電池Ｌ全体を柔軟に形成することができる。従って、このリチウムイオン電池Ｌに緩衝性能を持たせることができ、指本体２により対象物Ｗを把持しても対象物Ｗにかかる応力を緩和させ、対象物Ｗとリチウムイオン電池Ｌとが接触した場合に出会っても対象物Ｗに影響を与えることが無いという有利な効果を発揮することができる。
【００７５】
（第２実施形態）
次に、図８〜図９を参照して、本発明のロボットハンド用指構造が適用された第２実施形態であるロボットハンドについて説明する。図８は、本発明の第２実施形態であるロボットハンドに用いられる電源の一例を示す縦断面図、図９は本発明の第２実施形態であるロボットハンドに用いられる電源の一例を示す横断面図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【００７６】
本実施形態のロボットハンドＡにおいては、第１実施形態におけるリチウムイオン電池Ｌに加えて、後述する回路部、センサ部等が一体化された電源５０が、骨部材４の対象物Ｗ側の面に設けられている。
【００７７】
回路部５１は、一面（図中上面）に図略の回路パターンが形成されたフレキシブル基板５１ａの対象物Ｗ側の面（図中上面）にＩＣ５１ｂ等が配置され、さらにシール部材５１ｃにより回路パターン及びＩＣ５１ｃがシールされて、全体として略平板状に構成されている。
【００７８】
この回路部５１の図中上面にはリチウムイオン電池Ｌが設けられ、さらに、このリチウムイオン電池Ｌの図中上面にはセンサ部５２が設けられている。センサ部５２は、略平板状の感圧センサ５２ａと、この感圧センサ５２ａの図中上面に設けられた、ゴムや柔軟性を有する高分子からなる把持用カバー５２ｂとを有する。
【００７９】
感圧センサ５２ａは、一例として感圧導電性エラストマーを電極で挟み込んで構成され、感圧導電性エラストマーに圧力が作用するとその部分の抵抗値が減少することでこの感圧センサ５２ａに圧力が作用したことを検出するものである。
【００８０】
把持用カバー５２ｂは、図９に最もよく示すように、山形の断面を有し、その内部に空洞５２ｃが形成されているとともに、空洞５２ｃの図中上部内面から感圧センサ５２ａに向けて突設され、先端がこの感圧センサ５２ａに接触する突部５２ｄが形成されている。
【００８１】
従って、指本体２により対象物Ｗが把持され、把持用カバー５２ｂの図中上面、すなわち対象物Ｗ側の面から図中下方に向けて圧力が作用すると、把持用カバー５２ｂの突部５２ｄが感圧センサ５２ａを押圧する。この押圧力を感圧センサ５２ａが検出し、電圧の変化として検出結果を出力する。
【００８２】
ここで、図９に示す例では突部５２ｄが１つのみ設けられていたが、図１０に示すように複数の突部５２ｄを把持用カバー５２ｂに形成してもよい。図９に示す例では感圧点は１点であるが、図１０に示す例では感圧点が複数設けられることになる。
【００８３】
図１１に、第２実施形態のロボットハンドの回路構成の概略を示す。回路部５１とリチウムイオン電池Ｌ、及び回路部５１とセンサ部５２とはそれぞれ電線４３により接続され、センサ部５２の駆動用電力が電線４３を介して回路部５１及びセンサ部５２にそれぞれ供給される。また、回路部５１と上述したアクチュエータ駆動制御部４０（図１１において図略）とは、アクチュエータ駆動制御部４０及びアクチュエータ３（図１１において図略）への電源供給用電線４１及びアクチュエータ駆動制御部４０への信号線４２とで接続されている。
【００８４】
センサ部５２による対象物Ｗの把持検出がない状態では、回路部５１のみ起動しており、アクチュエータ駆動制御部４０への電源供給はされていない。そして、回路部５１はセンサ部５２に印加する電圧の変化を常時監視し、電圧の変化があった、すなわち、指本体２により対象物Ｗが把持されたことを検出すると、回路部５１はアクチュエータ駆動制御部４０に起動指示のための信号を信号線４２を介して供給するとともに、アクチュエータ駆動制御部４０への駆動電力を電線４１を介して供給する。このようにして、感圧センサ５２ａを備えるセンサ部５２により関節駆動装置であるアクチュエータ３の動作が制御される。
【００８５】
次に、図１２を参照して、本実施形態のロボットハンドＡに好適に用いられるリチウムイオン電池Ｌについて説明する。図１２は、第２実施形態のロボットハンドに用いられるリチウムイオン電池Ｌを示す一部破断斜視図である。
【００８６】
図１２に示すリチウムイオン電池Ｌは、フレキシブル基板５１ａの図中上面に形成されている。フレキシブル基板５１ａの上面には、電源取り出し用の回路パターン５３ａ、５３ｂが形成されており、正極集電体２７及び負極集電体２８の端部は、その一部がこれら回路パターン５３ａ、５３ｂの上部に重畳されて形成されている。また、正極集電体２７の上面を覆うように保護膜５４が形成されている。
【００８７】
次に、図１３を参照して、図１２に示すリチウムイオン電池Ｌの製造方法について説明する。
【００８８】
まず、図１３（ａ）に示すように、フレキシブル基板５１ａの上面に、一部が回路パターン５３ａに重畳するように負極集電体２８を形成する。フレキシブル基板５１ａの上面に負極集電体２８を形成する手法は任意であるが、一例として、インクジェット機や３Ｄプリンタ等、ノズル６０を所定箇所に移動制御して所定量の部材を吐出できる機構により負極集電体２８を形成する部材を吐出する手法が好適に挙げられる。
【００８９】
次に、図１３（ｂ）に示すように、負極集電体２８の上面に、負極電極活物質と電解液とを含む負極活物質層２６を形成して負極２３を形成する。負極活物質層２６を形成する手法も任意であり、負極集電体２８と同様に、ノズル６１を所定箇所に移動制御して所定量の部材を吐出できる機構により負極活物質層２６を形成する部材を吐出する手法が好適に挙げられる。
【００９０】
次に、図１３（ｃ）に示すように、負極２３を形成する負極集電体２８及び負極活物質層２６の図中上面を覆うように、セパレータ２４を形成する。セパレータ２４を形成する手法も任意であり、負極集電体２８及び負極活物質層２６と同様に、ノズル６２を所定箇所に移動制御して所定量の部材を吐出できる機構によりセパレータ２４を形成する部材を吐出する手法が好適に挙げられる。
【００９１】
次に、図１３（ｄ）に示すように、セパレータ２４の上面の一部を覆うように、正極電極活物質と電解液とを含む正極活物質層２５形成する。正極活物質層２５を形成する手法は、負極活物質層２６を形成する手法と略同一であるので、ここではその説明を省略する。
次に、図１３（ｅ）に示すように、正極活物質層２５の上面に、一部が回路パターン５３ｂに重畳するように正極集電体２７を形成して正極２２を形成する。正極集電体２７を形成する手法は、負極集電体２８を形成する手法と略同一であるので、ここではその説明を省略する。
【００９２】
そして、図１３（ｆ）に示すように、回路パターン５３ａ、５３ｂ、正極２２及びセパレータ２４の上面を覆うように、保護膜５４を形成し、図１３（ｇ）に示すようなリチウムイオン電池Ｌを形成する。保護膜５４を形成する手法は任意であるが、正極２２及び負極２３と同様に、インクジェット機や３Ｄプリンタ等、ノズル６３を所定箇所に移動制御して所定量の部材を吐出できる機構により保護膜５４を形成する部材を吐出する手法が好適に挙げられる。
【００９３】
従って、本実施形態のロボットハンドＡによっても、上述した第１実施形態のロボットハンドＡと同様の効果を奏することができる。加えて、本実施形態のロボットハンドＡでは、センサ部５２の近傍にリチウムイオン電池Ｌが配置されているので、回路部５１とアクチュエータ駆動制御部４０とを接続する電線４１及び信号線４２の短線化と細線化を図ることができる。特に、回路部５１を構成するフレキシブル基板５１ａの上面にアクチュエータ駆動制御部４０を形成すれば、電線４１、信号線４２を省略して回路パターンにより接続することが可能になり、電線４１等を省略することができ、さらなる短線化が実現できる。
【００９４】
また、上述したように本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは柔軟に形成することができるので、このリチウムイオン電池Ｌに緩衝性能を持たせることができ、指本体２により対象物Ｗを把持しても対象物Ｗにかかる応力を緩和させることができる。特に、本実施形態のロボットハンドＡでは、感圧センサ５２ａ及び把持用カバー５２ｂがいずれも柔軟性を有する材料から形成されているので、電源５０全体の柔軟性をより高めることができる。
【００９５】
さらに、図１３に示す工程により、フレキシブル基板５１ａの上面に柔軟なリチウムイオン電池Ｌを形成することができ、しかも、印刷工程と同様の簡易な工程でリチウムイオン電池Ｌを製造することができる。
【００９６】
（変形例）
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００９７】
一例として、本発明のロボットハンドに用いられるアクチュエータ（駆動部）は上述の各実施形態に開示されたものに限定されず、指本体２を屈曲自在にするものであれば特段の限定はない。一例として、圧電素子や人工筋肉等のアクチュエータが好適に挙げられる。特に、圧電素子をアクチュエータとして用いた場合、指本体２の開閉により圧電素子から電力を回収してもよい。
【００９８】
また、ロボットハンドを構成する指構造の構成も上述の各実施形態に限定されず、既知のロボットハンドの構成が好適に採用可能である。加えて、上述した各実施の形態であるロボットハンドを用いたロボットアームも好適に実現可能である。
【００９９】
さらに、上述の各実施の形態では一個のアクチュエータ（関節駆動装置）３に対してこのアクチュエータ３への電力供給用であるリチウムイオン電池Ｌを一個接続していたが、一個のアクチュエータ３に対して二個以上のリチウムイオン電池Ｌを接続する構成であってもよい。つまり、上述の各実施の形態に示した個数よりも多くのリチウムイオン電池Ｌを指本体２、さらにはロボットハンドＡに配置してもよい。
【符号の説明】
【０１００】
Ａ    ロボットハンド
Ｌ    リチウムイオン電池
Ｗ    対象物
２    指本体
３    アクチュエータ（関節駆動装置）
４    骨部材
５    指関節部
１２    把持用シート
２１    単電池
２２    正極
２３    負極
２４    セパレータ
２５    正極活物質層
２６    負極活物質層
２７    正極集電体
２８    負極集電体
４０    アクチュエータ駆動制御部
４１、４３  電線
４２    信号線
５２    センサ部
５２ａ  感圧センサ
【図１】
2020059090.tif 000003
【図２】
2020059090.tif 000004
【図３】
2020059090.tif 000005
【図４】
2020059090.tif 000006
【図５】
2020059090.tif 000007
【図６】
2020059090.tif 000008
【図７】
2020059090.tif 000009
【図８】
2020059090.tif 000010
【図９】
2020059090.tif 000011
【図１０】
2020059090.tif 000012
【図１１】
2020059090.tif 000013
【図１２】
2020059090.tif 000014
【図１３】
2020059090.tif 000015