(57)【要約】【課題】形状記憶ポリマーを用いることにより、アクチュエータにエネルギーを供給することなく可動体の位置保持を可能とする可動体の駆動装置およびその駆動方法を提供する。【解決手段】位置保持装置４０，５０は、筒状ポリマー１１０と、係合部１４２とを備える。筒状ポリマー１１０は、ガラス転移温度以上においてゴム状態となると共にガラス転移温度未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーにより筒状に形成され、基体１０および可動体２０の少なくとも一方に連結されている。係合部１４２は、基体１０および可動体２０の他方に対して固定的に設けられ、筒状ポリマー１１０の外周側に設けられ、ゴム状態において筒状ポリマー１１０の筒径が増大するように筒状ポリマー１１０が膨張変形した後に膨張変形した前記筒状ポリマーが前記ガラス状態となることで筒状ポリマー１１０に係合する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体に対して移動可能な可動体と、
駆動することにより前記基体に対して前記可動体を移動させるアクチュエータと、
前記基体に対する前記可動体の位置を保持する位置保持装置と、
を備え、
前記位置保持装置は、
ガラス転移温度以上においてゴム状態となると共に前記ガラス転移温度未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーにより筒状に形成され、前記基体および前記可動体の少なくとも一方に連結される筒状ポリマーと、
前記基体および前記可動体の他方に対して固定的に設けられ、前記筒状ポリマーの外周側に設けられ、前記ゴム状態において前記筒状ポリマーの筒径が増大するように前記筒状ポリマーが膨張変形した後に膨張変形した前記筒状ポリマーが前記ガラス状態となることで前記筒状ポリマーに係合する係合部と、
を備えることを特徴とする可動体の駆動装置。
【請求項２】
前記位置保持装置は、前記基体および前記可動体の前記他方に対して固定的に設けられ、前記筒状ポリマーの外周側に設けられる固定筒体をさらに備え、
前記係合部は、前記固定筒体の内周面に形成される突起または凹部であることを特徴とする請求項１に記載の可動体の駆動装置。
【請求項３】
前記筒状ポリマーは、前記基体および前記可動体の両方に連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の可動体の駆動装置。
【請求項４】
前記筒状ポリマーは、前記ゴム状態において筒軸方向長さが短くなる方向に形状回復することを特徴とする請求項３に記載の可動体の駆動装置。
【請求項５】
前記位置保持装置は、前記筒状ポリマーの内部および外周側のうち少なくとも一方に流体を供給し、前記流体の温度を制御することにより、前記筒状ポリマーの温度を制御する流体供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の可動体の駆動装置。
【請求項６】
前記位置保持装置は、前記筒状ポリマーの内部に供給する流体の圧力と前記筒状ポリマーの外周側に供給する流体の圧力とを制御することにより、前記筒状ポリマーの筒径の膨張変形を制御する流体供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の可動体の駆動装置。
【請求項７】
前記位置保持装置は、前記ガラス転移温度以上の温度の流体を前記筒状ポリマーの内部に供給することにより前記筒状ポリマーを膨張変形させ、その後に前記ガラス転移温度未満の流体を前記筒状ポリマーの内部および外周側の少なくとも一方に供給することにより膨張変形した前記筒状ポリマーを前記ガラス状態にする流体供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の可動体の駆動装置。
【請求項８】
前記流体供給手段は、前記第一圧力の流体を前記筒状ポリマーの内部に供給し、且つ、前記第一圧力未満の第二圧力の流体を前記筒状ポリマーの外周側に供給し、前記第一圧力の流体および前記第二圧力の流体の少なくとも一方の温度を前記ガラス転移温度以上の温度に設定することにより、前記筒状ポリマーを膨張変形させることを特徴とする請求項７に記載の可動体の駆動装置。
【請求項９】
前記筒状ポリマーの初期状態形状は、前記係合部に対して非係合状態となるように設定され、
前記流体供給手段は、第三圧力の流体を前記筒状ポリマーの内部に供給し、且つ、前記第三圧力以上の第四圧力の流体を前記固定筒体の内周面と前記筒状ポリマーの外周面との間に供給し、前記第三圧力の流体および前記第四圧力の流体の少なくとも一方の温度を前記ガラス転移温度以上の温度に設定することにより、前記筒状ポリマーを前記初期状態形状へ向かって形状回復させることを特徴とする請求項７または８に記載の可動体の駆動装置。
【請求項１０】
前記筒状ポリマーに対して前記筒状ポリマーの筒軸方向に引張力を付与する引張手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の可動体の駆動装置。
【請求項１１】
前記引張手段は、前記筒状ポリマーと前記基体および前記可動体の少なくとも一方との間に設けられた伸縮性バネ、または、前記筒状ポリマーを巻き取る巻き取り装置であることを特徴とする請求項１０に記載の可動体の駆動装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータと前記筒状ポリマーは、前記基体と前記可動体との間に直列接続されることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の可動体の駆動装置。
【請求項１３】
基体と、
前記基体に対して移動可能な可動体と、
前記基体と前記可動体とを連結し、且つ、駆動することにより前記基体に対して前記可動体を移動させるアクチュエータ装置と、
を備え、
前記アクチュエータ装置は、
駆動力を出力するアクチュエータ本体と、
前記基体と前記可動体との間において前記アクチュエータ本体と直列に連結され、ガラス転移温度以上においてゴム状態となると共に前記ガラス転移温度未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーと、
を備えることを特徴とする可動体の駆動装置。
【請求項１４】
基体と、
前記基体に対して移動可能な可動体と、
駆動することにより前記基体に対して前記可動体を移動させるアクチュエータと、
前記基体に対する前記可動体の位置を保持する位置保持装置と、
を備える可動体の駆動装置における駆動方法であって、
前記位置保持装置は、
ガラス転移温度以上においてゴム状態となると共に前記ガラス転移温度未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーにより筒状に形成され、前記基体および前記可動体の少なくとも一方に連結される筒状ポリマーと、
前記基体および前記可動体の他方に対して固定的に設けられ、前記筒状ポリマーの外周側に設けられ、前記ゴム状態において前記筒状ポリマーの筒径が増大するように前記筒状ポリマーが膨張変形した後に膨張変形した前記筒状ポリマーが前記ガラス状態となることで前記筒状ポリマーに係合する係合部と、
を備え、
前記筒状ポリマーを前記ゴム状態にして前記筒状ポリマーと前記係合部とを非係合状態とする非係合工程と、
前記非係合工程の後に、前記アクチュエータを駆動して前記可動体を移動させるアクチュエータ駆動工程と、
前記アクチュエータ駆動工程の後に、前記筒状ポリマーの筒径が増大するように前記筒状ポリマーを膨張変形させる膨張変形工程と、
膨張変形した前記筒状ポリマーを前記ガラス状態にして前記筒状ポリマーと前記係合部とを係合状態として、前記基体に対する前記可動体の位置を保持する係合工程と、
を備えることを特徴とする可動体の駆動装置における駆動方法。
【請求項１５】
前記非係合工程は、前記筒状ポリマーを前記ゴム状態にして前記筒状ポリマーを形状回復させることにより、前記筒状ポリマーと前記係合部とを非係合状態とすることを特徴とする請求項１４に記載の可動体の駆動装置における駆動方法。
【請求項１６】
前記係合工程の後に前記アクチュエータへ駆動のためのエネルギーの供給を停止するエネルギー停止工程をさらに備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載の可動体の駆動装置における駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体の駆動装置およびその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットのアームにおいて、駆動力を発生させるアクチュエータには、電動機が用いられているものがある。そして、アームの位置を保持する機構として、例えば、電磁ブレーキなどが用いられている。しかし、電磁ブレーキを駆動してアームの位置を保持するためには、一般に電磁ブレーキを駆動するためのエネルギーが必要である。
【０００３】
また、ロボットのアームが大きなトルクを必要とする場合には、アクチュエータとしての電動機に加えて、ウォームギヤなどの大きな減速比のギヤが用いられている。このようなギヤを用いた構成においては、ロボットのアームはギヤによって拘束されているため、ロボットのアームは、電動機によって規制された位置に移動することになる。つまり、ロボットのアームに外力が加えられたとしても当該外力によってはほとんど移動しない。すなわち、当該アームは逆可動性（バックドライバビリティ）がほとんどないことになる。しかし、特に、人間に接触し得るロボットの場合には、そのアームが人間に接触した場合に、人間に対して柔軟な感覚を与えることが望まれる。
【０００４】
ところで、柔軟で機能性を有する素材として、近年、形状記憶ポリマーが注目されている。形状記憶ポリマーとは、成形加工後に力を加え変形しても、ある温度以上に加熱すると元の形状に回復するポリマーである。この形状記憶ポリマーや形状記憶合金を用いた技術として、例えば、特許文献１〜３に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−２０５００４号公報
【特許文献２】特開平４−３００１８９号公報
【特許文献３】特開２００４−３６０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第一の目的は、形状記憶ポリマーを用いることにより、アクチュエータにエネルギーを供給することなく可動体の位置保持を可能とする可動体の駆動装置を提供することにある。また、第二の目的は、形状記憶ポリマーを用いることにより、可動体の動きに逆可動性を有するようにすることができる可動体の駆動装置およびその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の第一の目的を達成するために、可動体の駆動装置に係る第一の発明は、
基体と、
前記基体に対して移動可能な可動体と、
駆動することにより前記基体に対して前記可動体を移動させるアクチュエータと、
前記基体に対する前記可動体の位置を保持する位置保持装置と、
を備え、
前記位置保持装置は、
ガラス転移温度以上においてゴム状態となると共に前記ガラス転移温度未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーにより筒状に形成され、前記基体および前記可動体の少なくとも一方に連結される筒状ポリマーと、
前記基体および前記可動体の他方に対して固定的に設けられ、前記筒状ポリマーの外周側に設けられ、前記ゴム状態において前記筒状ポリマーの筒径が増大するように前記筒状ポリマーが膨張変形した後に膨張変形した前記筒状ポリマーが前記ガラス状態となることで前記筒状ポリマーに係合する係合部と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
筒状ポリマーは、形状記憶ポリマーにより形成されている。つまり、筒状ポリマーを加熱してガラス転移温度以上にすると、筒状ポリマーはゴム状態となって、形状変形が可能な状態となる。一方、筒状ポリマーを冷却してガラス転移温度未満にすることで、筒状ポリマーはその状態においてガラス状態、すなわち固まった状態となる。
【０００９】
そして、筒状ポリマーをゴム状態の時に膨張変形させて、その状態で冷却することで、筒状ポリマーが膨張した状態に固定される。このように膨張変形して冷却された筒状ポリマーを係合部に係合することにより、筒状ポリマーと係合部との相対位置が決定される。ここでいう「係合」とは、両者が引っ掛かり合っている状態を意味する。つまり、筒状ポリマーが膨張して冷却されることで、筒状ポリマーと係合部とが引っ掛かり合っている状態となる。
【００１０】
そして、この筒状ポリマーは、基体および可動体の少なくとも一方に連結されており、係合部は、基体および可動体の他方に連結されている。つまり、筒状ポリマーと係合部との相対位置が決定されるということは、可動体が基体に対して位置保持されることになる。このように、位置保持装置を構成する筒状ポリマーおよび係合部により、基体に対して可動体の位置保持を可能としているため、アクチュエータやその他の位置保持装置を不要とする。さらに、筒状ポリマーは冷却されれば、その形状を保持するため、形状を保持するために、何らエネルギーを要しない。つまり、本発明の位置保持装置により、エネルギーを要しない構成とすることができる。
【００１１】
ここで、係合部は、筒状ポリマーに対して筒状ポリマーの筒軸方向に引っ掛かり合う形状であればどのような形状をなしていてもよい。例えば、係合部は、筒状でもよいし、複数の爪からなるものでもよい。
【００１２】
また、前記位置保持装置は、前記基体および前記可動体の前記他方に対して固定的に設けられ、前記筒状ポリマーの外周側に設けられる固定筒体をさらに備え、
前記係合部は、前記固定筒体の内周面に形成される突起または凹部としてもよい。
【００１３】
このように固定筒体の内部に筒状ポリマーが配置されることにより、筒状ポリマーを固定筒体の内部にて移動可能とすることができる。そして、この固定筒体に形成された突起または凹部を係合部とすることにより、膨張変形した筒状ポリマーを係合部に確実に係合させることができる。
【００１４】
また、前記筒状ポリマーは、前記基体および前記可動体の両方に連結されるようにしてもよい。つまり、筒状ポリマーの両端は常に基体と可動体に連結されている。従って、筒状ポリマーが基体および可動体から離脱することを防止できる。これにより、確実に筒状ポリマーによる位置保持効果を発揮できる。
【００１５】
また、前記筒状ポリマーは、前記ゴム状態において筒軸方向長さが短くなる方向に形状回復するようにしてもよい。上述したように、形状記憶ポリマーは、加熱してガラス転移温度以上となるとゴム状態になり、且つ、元の形状に回復するポリマーである。そこで、本発明においては、筒状ポリマーの両端を基体と可動体に連結されている場合において、筒状ポリマーが、筒軸方向長さの短くなる形状を元の形状として設定されていることになる。これにより、筒状ポリマーにおける可動体と基体との連結長さが長くなるように可動体が動作する場合には、可動体の引張力によって筒状ポリマーは伸長変形する。一方、筒状ポリマーにおける可動体と基体との連結長さが短くなるように可動体が動作する場合には、筒状ポリマーは形状回復力により収縮変形する。このように、筒状ポリマーの形状回復力により、筒状ポリマーにおける可動体と基体との連結長さが短くなった場合であっても、確実に筒状ポリマーにより可動体の位置保持能力を発揮できる。
【００１６】
また、前記位置保持装置は、前記筒状ポリマーの内部および外周側のうち少なくとも一方に流体を供給し、前記流体の温度を制御することにより、前記筒状ポリマーの温度を制御する流体供給手段をさらに備えるようにしてもよい。これにより、容易に筒状ポリマーの温度をガラス状態にしたり、ゴム状態にしたりすることができる。
【００１７】
また、前記位置保持装置は、前記筒状ポリマーの内部に供給する流体の圧力と前記筒状ポリマーの外周側に供給する流体の圧力とを制御することにより、前記筒状ポリマーの筒径の膨張変形を制御する流体供給手段をさらに備えるようにしてもよい。これにより、筒状ポリマーを容易に膨張変形させたり、形状回復させたりすることが容易にできる。
【００１８】
また、前記位置保持装置は、前記ガラス転移温度以上の温度の流体を前記筒状ポリマーの内部に供給することにより前記筒状ポリマーを膨張変形させ、その後に前記ガラス転移温度未満の流体を前記筒状ポリマーの内部および外周側の少なくとも一方に供給することにより膨張変形した前記筒状ポリマーを前記ガラス状態にする流体供給手段をさらに備えるようにしてもよい。この流体供給手段により、確実に筒状ポリマーを膨張変形させることができる。
【００１９】
また、前記流体供給手段は、前記第一圧力の流体を前記筒状ポリマーの内部に供給し、且つ、前記第一圧力未満の第二圧力の流体を前記筒状ポリマーの外周側に供給し、前記第一圧力の流体および前記第二圧力の流体の少なくとも一方の温度を前記ガラス転移温度以上の温度に設定することにより、前記筒状ポリマーを膨張変形させるようにしてもよい。
【００２０】
このように筒状ポリマーの内部と外部の両方に流体を供給する場合に、筒状ポリマーの内部と外部の両方に流体を供給することで、内外の圧力差を所望の圧力差とすることができる。これにより、確実に筒状ポリマーを膨張変形させることができる。さらに、所望の圧力差とすることができるため、筒状ポリマーの耐久性の向上を図ることができる。
【００２１】
また、前記筒状ポリマーの初期状態形状は、前記係合部に対して非係合状態となるように設定され、
前記流体供給手段は、第三圧力の流体を前記筒状ポリマーの内部に供給し、且つ、前記第三圧力以上の第四圧力の流体を前記固定筒体の内周面と前記筒状ポリマーの外周面との間に供給し、前記第三圧力の流体および前記第四圧力の流体の少なくとも一方の温度を前記ガラス転移温度以上の温度に設定することにより、前記筒状ポリマーを前記初期状態形状へ向かって形状回復させるようにしてもよい。
【００２２】
つまり、筒状ポリマーの内外の流体圧力を同一にするか、もしくは、筒内部の流体圧力を筒外部の流体圧力より僅かに小さくすることで、筒状ポリマーにはほとんど外力が付与されていない状態にできる。これにより、筒状ポリマーを初期状態形状に回復させることができる。そして、筒状ポリマーの初期状態形状を係合部に対する非係合状態となるように設定しておくことで、筒状ポリマーを係合部に対して確実に非係合状態にすることができる。
【００２３】
また、前記筒状ポリマーに対して前記筒状ポリマーの筒軸方向に引張力を付与する引張手段をさらに備えるようにしてもよい。形状記憶ポリマーは繰り返しの伸縮変形によってクリープなどが生じる。つまり、筒状ポリマーが伸長変形して撓んだ状態となるおそれがある。このように、筒状ポリマーが撓み変形した場合であっても、引張手段により筒状ポリマーを筒軸方向に引っ張ることにより、筒状ポリマーの撓みを解消することができる。つまり、筒状ポリマーにクリープなどが生じたとしても、筒状ポリマーにより確実に位置保持が可能となる。
【００２４】
また、前記引張手段は、前記筒状ポリマーと前記基体および前記可動体の少なくとも一方との間に設けられた伸縮性バネ、または、前記筒状ポリマーを巻き取る巻き取り装置であるとしてもよい。これにより、筒状ポリマーが撓み変形した場合であっても、確実に、筒状ポリマーの撓みを解消することができる。
【００２５】
さらに、上記の第一の目的に加えて第二の目的を達成するために、可動体の駆動装置に係る第一の発明において、前記アクチュエータと前記筒状ポリマーは、前記基体と前記可動体との間に直列接続されるようにしてもよい。つまり、アクチュエータによって基体に対して可動体を動作させている際には、基体に対する可動体の動きが逆可動性を有するようにできる。つまり、可動体が動作している際に、人間が可動体に触れたとすると、人間は可動体との接触に対して柔らかい感触を得ることができる。
【００２６】
また、上記の第二の目的を達成するために、可動体の駆動装置に係る第二の発明は、
基体と、
前記基体に対して移動可能な可動体と、
前記基体と前記可動体とを連結し、且つ、駆動することにより前記基体に対して前記可動体を移動させるアクチュエータ装置と、
を備え、
前記アクチュエータ装置は、
駆動力を出力するアクチュエータ本体と、
前記基体と前記可動体との間において前記アクチュエータ本体と直列に連結され、ガラス転移温度以上においてゴム状態となると共に前記ガラス転移温度未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーと、
を備えることを特徴とする。
【００２７】
つまり、アクチュエータによって基体に対して可動体を動作させている際には、基体に対する可動体の動きが逆可動性を有するようにできる。つまり、可動体が動作している際に、人間が可動体に触れたとすると、人間は可動体との接触に対して柔らかい感触を得ることができる。
【００２８】
また、可動体の駆動装置における駆動方法に係る発明は、
基体と、
前記基体に対して移動可能な可動体と、
駆動することにより前記基体に対して前記可動体を移動させるアクチュエータと、
前記基体に対する前記可動体の位置を保持する位置保持装置と、
を備える可動体の駆動装置における駆動方法であって、
前記位置保持装置は、
ガラス転移温度以上においてゴム状態となると共に前記ガラス転移温度未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーにより筒状に形成され、前記基体および前記可動体の少なくとも一方に連結される筒状ポリマーと、
前記基体および前記可動体の他方に対して固定的に設けられ、前記筒状ポリマーの外周側に設けられ、前記ゴム状態において前記筒状ポリマーの筒径が増大するように前記筒状ポリマーが膨張変形した後に膨張変形した前記筒状ポリマーが前記ガラス状態となることで前記筒状ポリマーに係合する係合部と、
を備え、
前記筒状ポリマーを前記ゴム状態にして前記筒状ポリマーと前記係合部とを非係合状態とする非係合工程と、
前記非係合工程の後に、前記アクチュエータを駆動して前記可動体を移動させるアクチュエータ駆動工程と、
前記アクチュエータ駆動工程の後に、前記筒状ポリマーの筒径が増大するように前記筒状ポリマーを膨張変形させる膨張変形工程と、
膨張変形した前記筒状ポリマーを前記ガラス状態にして前記筒状ポリマーと前記係合部とを係合状態として、前記基体に対する前記可動体の位置を保持する係合工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２９】
つまり、上述した可動体の駆動装置において、本発明の駆動方法を適用することで、確実に可動体の位置保持を行うことができる。
【００３０】
また、前記非係合工程は、前記筒状ポリマーを前記ゴム状態にして前記筒状ポリマーを形状回復させることにより、前記筒状ポリマーと前記係合部とを非係合状態とするようにしてもよい。
【００３１】
これにより、筒状ポリマーと係合部とを非係合状態とする際に、筒状ポリマーの形状記憶ポリマーとしての機能を十分に発揮させることで、確実に非係合状態とすることができる。
【００３２】
また、前記係合工程の後に前記アクチュエータへ駆動のためのエネルギーの供給を停止するエネルギー停止工程をさらに備えるようにしてもよい。これにより、確実にアクチュエータへエネルギーを供給することなく、上記を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第一実施形態：可動体の駆動装置の全体構成を示す図である。
【図２】位置保持装置４０，５０の部分断面の斜視図である。
【図３】可動体を回転駆動する場合のフローチャートである。
【図４】可動体を回転駆動した場合の図である。（ａ）可動体を回転駆動する前の状態を示す図である。（ｂ）可動体を回転駆動している際の状態を示す図である。（ｃ）可動体を位置保持している状態を示す図である。
【図５】図４（ｃ）の状態において、流体供給装置により流体を供給する状態の図である。
【図６】第一実施形態の変形態様：可動体の駆動装置の全体構成を示す図である。
【図７】第二実施形態：可動体の駆動装置の全体構成を示す図である。
【図８】第三実施形態：可動体の駆動装置の全体構成を示す図である。
【図９】第四実施形態：可動体の駆動装置の全体構成を示す図である。
【図１０】第五実施形態：可動体の駆動装置の全体構成を示す図である。
【図１１】第五実施形態：第一の可動体を駆動する場合のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の可動体の駆動装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
＜第一実施形態＞
（可動体の駆動装置の全体構成）
第一実施形態の可動体の駆動装置の全体構成について、図１を参照して説明する。可動体の駆動装置は、基体１０と、可動体２０と、アクチュエータ３０と、第一、第二の位置保持装置４０，５０と、流体供給装置６０とを備える。ここで、本実施形態の可動体の駆動装置は、例えば、ロボットの各関節部に適用され、特に人間に接触し得る人型ロボットなどに好適に用いられる。ただし、本実施形態においては、説明の容易化のため、可動体の駆動装置は、床１１に固定された基体１０に対して、可動体２０が揺動できる場合を例に挙げて説明する。
【００３６】
基体１０は、床１１と、床１１に固定された支柱１２と、支柱１２の上端に固定されたハウジング１３とから構成されている。支柱１２は、四角柱形状に形成されている。ハウジング１３は、支柱１２に固定されており、円筒形状に形成されている。ただし、このハウジング１３の軸方向中央部には、周方向に切欠が形成されている。ここで、本実施形態の可動体の駆動装置を例えば人型ロボットの肘関節部に適用した場合には、基体１０は、上腕骨に相当する部位となる。
【００３７】
可動体２０は、軸部２１と、揺動部２２とから構成される。軸部２１は、基体１０のハウジング１３の内周面に回転可能に支持されている。この軸部２１は、ハウジング１３の切欠部から径方向外方に露出している。揺動部２２は、軸部２１の外周面から径方向外側へ延びるように形成されており、基体１０のハウジング１３の切欠から突出するように設けられている。つまり、揺動部２２は、基体１０に対して揺動する。ここで、本実施形態の可動体の駆動装置を例えば人型ロボットの肘関節部に適用した場合には、可動体２０は、尺骨または撓骨に相当する部位となる。
【００３８】
アクチュエータ３０は、モータおよび減速機などにより構成され、回転駆動力を出力する。このアクチュエータ３０は、基体１０のハウジング１３に設けられ、可動体２０の軸部２１を基体１０のハウジング１３に対して回転可能に駆動する。具体的には、アクチュエータ３０が図１の左回りに駆動することによって、可動体２０の揺動部２２は図１の実線の状態から一点鎖線にて示すように左側に傾く方向に動作する（図１の「２２ａ」にて示す）。一方、アクチュエータ３０が図１の右回りに駆動することによって、可動体２０の揺動部２２は図１の実線の状態から二点鎖線にて示すように右側に傾く方向に動作する（図１の「２２ｂ」にて示す）。
【００３９】
位置保持装置４０，５０は、可動体２０の軸部２１と床１１とを連結しており、床１１に対する可動体２０の位置を保持することができる装置である。第一の位置保持装置４０は、可動体２０の軸部２１の外周面のうち図１の左側と、床１１とを連結している。また、第二の位置保持装置５０は、可動体２０の軸部２１の外周面のうち図１の右側と、床１１とを連結している。これらの位置保持装置４０，５０は、基体１０に対して可動体２０が揺動する際には柔軟な状態となり、基体１０に対して可動体２０が位置決めされた場合には固定的な状態となる。位置保持装置４０，５０の詳細は以下に説明する。
【００４０】
流体供給装置６０（本発明の流体供給手段に相当する）は、位置保持装置４０，５０の内部に第一流体Ｑ１と第二流体Ｑ２を供給する装置である（図５参照）。さらに、流体供給装置６０は、第一流体Ｑ１と第二流体Ｑ２の圧力および温度を変更することができる。
【００４１】
（位置保持装置４０，５０の詳細構成）
位置保持装置４０，５０の詳細構成について、図２を参照して説明する。図２に示すように、位置保持装置４０，５０は、同一構成からなるため、同一符号を用いて説明する。位置保持装置４０は、筒状ポリマー１１０と、連結棒１２０，１３０と、固定筒体１４０とから構成される。
【００４２】
筒状ポリマー１１０は、ガラス転移温度Ｔｇ以上においてゴム状態となると共に、ガラス転移温度Ｔｇ未満においてガラス状態となる形状記憶ポリマーにより形成されている。また、筒状ポリマー１１０は、形状記憶ポリマーであるので、ガラス転移温度Ｔｇ以上になると、外力を受けていない状態においては、初期状態形状に回復する性質を有している。
【００４３】
この形状記憶ポリマーとしては、ポリウレタン、ポリノルボルネン、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエン共重合体などが適用される。特に、ポリウレタンは、形状回復温度であるガラス転移温度Ｔｇを任意に設定できるという点から好適である。形状記憶ポリマーとして通常使用されるポリウレタンは、ポリオール、ジイソシアネート、及び、短鎖グリコールやアミン類などの鎖延長剤からなるブロック共重合体であって、これら構成成分のモル比を変えることによって、形状回復温度であるガラス転移温度Ｔｇを−４０℃から１２０℃まで自由に設定できる。ただし、本実施形態においては、ガラス転移温度Ｔｇを常温よりも高い温度、例えば、５５℃に設定している。
【００４４】
そして、筒状ポリマー１１０は、円筒状に形成されている。そして、筒状ポリマー１１０の初期状態形状は、外径がＤ１であり、且つ、筒軸方向長さがＬ１に設定されている。この筒状ポリマー１１０の温度がガラス転移温度Ｔｇ以上となると、外力を加えることにより、筒状ポリマー１１０は、筒軸方向長さが伸びるように変形することができ、且つ、筒径が増大するように膨張変形することもできる。
【００４５】
第一の連結棒１２０は、筒状ポリマー１１０の上端と可動体２０の軸部２１の外周面とを連結している。第二の連結棒１３０は、筒状ポリマー１１０の下端と床１１とを連結している。つまり、筒状ポリマー１１０は、基体１０および可動体２０の両方に連結されている。従って、可動体２０の揺動部２２が回転することによって、筒状ポリマー１１０は初期状態から筒軸方向に伸びるように変形する。
【００４６】
ここで、図１における第一の位置保持装置４０を構成する筒状ポリマー１１０は、可動体２０の揺動部２２が図１の左側に傾いている状態（図１の「２２ａ」にて示す状態）の場合に、筒軸方向の最も短い初期状態形状としている。なお、筒状ポリマー１１０の初期状態形状とは、筒状ポリマー１１０に外力が付与されていない状態における筒状ポリマー１１０の形状、または、筒状ポリマー１１０に付与される外力が最も小さい状態における筒状ポリマー１１０の形状を意味する。つまり、揺動部２２が図１の実線にて示す位置や二点鎖線にて示す位置（「２２ｂ」の位置）に位置する場合には、第一の位置保持装置４０を構成する筒状ポリマー１１０は、筒軸方向に伸びた状態となっている。
【００４７】
また、第二の位置保持装置５０を構成する筒状ポリマー１１０は、可動体２０の揺動部２２が図１の右側に傾いている状態（図１の「２２ｂ」にて示す状態）の場合に、筒軸方向の最も短い初期状態形状としている。つまり、揺動部２２が図１の実線にて示す位置や一点鎖線にて示す位置（「２２ａ」の位置）に位置する場合には、第二の位置保持装置５０の筒状ポリマー１１０は、筒軸方向に伸びた状態となっている。なお、この動作の詳細については、図４を参照して後述する。
【００４８】
固定筒体１４０は、樹脂製からなり、円筒状に形成されている。詳細には、固定筒体１４０は、円筒状の筒状基体１４１と、係合部１４２とを備える。筒状基体１４１の一端が、床１１に固定的に設けられている。係合部１４２は、筒状基体１４１の内周面のうち筒軸方向の中央部に、径方向内方に向かって突出するように形成されている。つまり、係合部１４２は、筒状基体１４１の内周面に形成される突起である。ここで、筒状基体１４１の内径はＤ２に設定され、係合部１４２の内径はＤ３に設定されている。そして、係合部１４２の内径Ｄ３は、筒状ポリマー１１０の初期状態形状の外径Ｄ１よりも大きく設定されている。また、筒状基体１４１の内径Ｄ２は、係合部１４２の内径Ｄ３よりも大きく設定されている。
【００４９】
そして、固定筒体１４０は、筒状ポリマー１１０の外周側に設けられている。詳細には、初期状態形状における筒状ポリマー１１０の外周側に固定筒体１４０の係合部１４２が位置するように、固定筒体１４０と筒状ポリマー１１０との軸方向の位置が設定されている。そして、両者の内外径の関係より、初期状態形状における筒状ポリマー１１０は、固定筒体１４０の係合部１４２に対して非係合状態となる。すなわち、筒状ポリマー１１０と係合部１４２とが相互に引っ掛かり合っていない状態となる。一方、筒状ポリマー１１０の筒径が増大するように筒状ポリマー１１０が膨張変形した場合には、筒状ポリマー１１０は係合部１４２に対して筒軸の両方向に係合する。すなわち、筒状ポリマー１１０と係合部１４２とが相互に引っ掛かり合っている状態となる。
【００５０】
（可動体の駆動装置の動作）
上述した可動体の駆動装置の動作について、図３〜図５を参照して説明する。揺動部２２が図１の二点鎖線にて示すように右側に傾いている状態（「２２ｂ」にて示す状態）から、揺動部２２が図１の一点鎖線にて示すように左側に傾いている状態（「２２ｂ」にて示す状態）へ動作し、再び揺動部２２が図１の二点鎖線にて示すように右側に傾いている状態に戻る場合について説明する。
【００５１】
ここで、説明の容易化のため、可動体の駆動装置が図４（ａ）に示す状態からスタートして説明する。また、以下の説明において、便宜上、第一の位置保持装置４０を構成する筒状ポリマー１１０を第一の筒状ポリマー１１０ａとし、第二の位置保持装置５０を構成する筒状ポリマー１１０を第二の筒状ポリマー１１０ｂと称する。
【００５２】
まず、図３のＳ１として、図４（ａ）の状態とする。図４（ａ）の状態とは、揺動部２２の位置を第一の状態（揺動部２２が右側に傾いている状態）であって、筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂが非膨張状態でかつガラス状態である。つまり、第一の筒状ポリマー１１０ａは、筒軸方向に伸びた状態であり、筒径は筒状ポリマー１１０の初期状態形状（図２に示す形状）の筒径Ｄ１とほぼ同程度となっている。一方、第二の筒状ポリマー１１０ｂは、ほぼ初期状態形状（図２に示す形状）である。すなわち、この第二の筒状ポリマー１１０ｂの筒軸方向長さはＬ１であり、筒径はＤ１である。
【００５３】
続いて、図４（ａ）の状態において、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂをゴム状態とするための流体供給を行う（図３のＳ２）（本発明の「非係合工程」に相当する）。つまり、図４（ａ）の状態において、図５に示すように、流体供給装置６０が、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの内部に第一流体Ｑ１を供給する。この第一流体Ｑ１の温度はＴ１とし、第一流体の圧力はＰ１として説明する。また、流体供給装置６０は、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの外周側であって、固定筒体１４０の内周側に、第二流体Ｑ２を供給する。この第二流体Ｑ２の温度はＴ２とし、第二流体の圧力はＰ２として説明する。
【００５４】
そして、流体供給装置６０は、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１がガラス転移温度Ｔｇ以上の温度、例えば約６０℃となるように制御し、且つ、第二流体Ｑ２の温度Ｔ２が常温、すなわち約２０℃となるように制御する。そうすると、第二流体Ｑ２の温度Ｔ２がＴｇ未満であるが、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１がＴｇより十分に高いため、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの温度は、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度となる。従って、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、ゴム状態となり、柔らかい状態となる。なお、ここでは、第二流体Ｑ２の温度Ｔ２を常温としているため、第二流体Ｑ２の温度制御を行っていない。
【００５５】
ここで、このときの第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１と第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２は、同程度に設定されている。具体的には、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１と第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２を同一に設定するか、もしくは、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１を第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２より僅かに小さく設定する。つまり、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂには、ほとんど外力が付与されていない状態となる。そして、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、初期状態形状に回復する力が作用することになる。具体的には、第一の筒状ポリマー１１０ａには、第一の筒状ポリマー１１０ａの筒軸方向の長さが短くなるように力が作用する。一方、第二の筒状ポリマー１１０ｂは、既に初期状態形状であるため、第二の筒状ポリマー１１０ｂには力がほとんど作用しない。従って、この状態において、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、ゴム状態であると共に、係合部１４２に対して非係合状態となっている。つまり、筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂとそれぞれの係合部１４２とは、筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの筒軸方向に引っ掛かり合っていない状態となる。
【００５６】
続いて、図４（ｂ）に示すように、アクチュエータ３０を駆動して、揺動部２２の位置を目的の位置へ移動させる（図３のＳ３）（本発明の「アクチュエータ駆動工程」に相当する）。ここでは、揺動部２２が図４（ｂ）に示すように左側に傾く状態となるように揺動部２２を揺動させることとする。このとき、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、ゴム状態となっているため、可動体２０の動作に対して、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂが規制することはない。そして、揺動部２２を目的の位置に移動させた後において、アクチュエータ３０の動力によって位置決めしておく。つまり、この時点においては、アクチュエータ３０に対して駆動のためのエネルギーを供給している。
【００５７】
そして、揺動部２２が図４（ｂ）の左側に揺動する際に、第一の筒状ポリマー１１０ａに連結されている連結棒１２０，１３０の離間距離が短くなっていく。ここで、図４（ａ）において、第一の筒状ポリマー１１０ａは、図２に示す初期状態形状よりも筒軸方向に伸びた状態となっていた。そして、現時点において、第一の筒状ポリマー１１０ａの温度はガラス転移温度Ｔｇ以上となっている。そのため、揺動部２２が図４（ｂ）のように動作することに伴って、第一の筒状ポリマー１１０ａは、図２に示す初期状態形状に回復する力が作用し、筒軸方向の長さが短くなるように変形する。最終的に、図４（ｂ）に示す状態において、第一の筒状ポリマー１１０ａの筒軸方向長さは、図２に示す初期状態形状の長さとなる。
【００５８】
一方、揺動部２２が図４（ｂ）の左側に揺動する際に、第二の筒状ポリマー１１０ｂに連結されている連結棒１２０，１３０の離間距離は長くなっていく。ここで、図４（ａ）において、第二の筒状ポリマー１１０ｂは、図２に示す初期状態形状であり、その温度は現時点においてガラス転移温度Ｔｇ以上となっている。そのため、揺動部２２が図４（ｂ）のように動作することに伴って、第二の筒状ポリマー１１０ｂは、筒軸方向に伸びるように変形する。
【００５９】
続いて、図４（ｂ）の状態において、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂを膨張変形させるための流体供給を行う（図３のＳ４）（本発明の「膨張変形工程」に相当する）。ここでは、流体供給装置６０が、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１を第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２よりも高くなるように制御する。つまり、第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２（本発明の第二圧力に相当する）は、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１（本発明の第一圧力に相当する）未満の圧力としている。従って、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの内部の圧力が外部の圧力よりも大きくなる。このとき、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１は、ガラス転移温度Ｔｇ以上を維持しているため、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、ゴム状態を維持している。そうすると、図４（ｃ）に示すように、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、筒径が増大するように膨張変形する。
【００６０】
このとき、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの外周側には、係合部１４２が位置している。従って、図４（ｃ）に示すように、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂが膨張変形した場合には、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは係合部１４２に対して筒軸の両方向に係合し得る状態となる。ただし、この時点においては、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂはゴム状態であるため、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂが係合部１４２に対して係合しているわけではない。つまり、この時点においては、筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂとそれぞれの係合部１４２とは、筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの筒軸方向に引っ掛かり合っていない状態を維持している。
【００６１】
続いて、図４（ｃ）の状態において、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂをガラス状態とするための流体供給を行う（図３のＳ５）（本発明の「係合工程」に相当する）。流体供給装置６０が、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１と第二流体Ｑ２の温度Ｔ２を、常温、すなわちガラス転移温度Ｔｇ未満の温度に変更する。このとき、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１と第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２は、これまでの状態を維持している。すなわち、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１が第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２よりも高い。
【００６２】
そうすると、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、ガラス転移温度Ｔｇ未満となり、ガラス状態に移行する。つまり、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、固まった状態となる。そうすると、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは係合部１４２に対して筒軸の両方向に対して強固に係合した状態となる。つまり、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂとそれぞれの係合部１４２とは、筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの筒軸の両方向に引っ掛かり合っている状態となる。この状態において、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは固定筒体１４０に対して固定されていることになる。つまり、位置保持装置４０，５０により、基体１０に対する可動体２０の位置が保持されることになる。その後、流体供給装置６０は、第一流体Ｑ１および第二流体Ｑ２の供給を停止する。
【００６３】
そして、さらにその後に、アクチュエータ３０への駆動のためのエネルギー供給を停止する（図３のＳ６）（本発明の「エネルギー停止工程」に相当する）。このように、アクチュエータ３０へのエネルギー供給を停止したとしても、位置保持装置４０，５０により基体１０に対する可動体２０の位置が保持されているため、可動体２０の位置は安定することになる。
【００６４】
続いて、揺動部２２の位置を変更するか否かを判定する（Ｓ７）。例えば、図示しない制御装置により揺動部２２の位置制御を行う場合には、Ｓ７において、制御装置から位置変更指令が出力されるか否かを判定する。揺動部２２の位置を変更しないのであれば、（Ｓ７：Ｎｏ）、揺動部２２の位置を変更することになるまで（例：位置変更の指令が出力されるまで）、現在の状態を維持しておく。
【００６５】
そして、揺動部２２の位置を変更する場合には（Ｓ７：Ｙ）、まず、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂをゴム状態とし、かつ、図２に示す初期状態形状に形状回復させるための流体供給を行う（図３のＳ８）（本発明の「非係合工程」に相当する）。
【００６６】
この処理は、図３のＳ２の処理とほぼ同一である。具体的には、まずは、第一流体Ｑ１および第二流体Ｑ２の供給を再開する。このとき、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇ以上にすることで、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの温度をガラス転移温度Ｔｇ以上にする。続いて、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１を第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２以上であって、且つ、圧力Ｐ１，Ｐ２を同程度とする。詳細には、第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２（本発明の第四圧力に相当する）を、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１（本発明の第三圧力に相当する）と同一、もしくは、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂが初期状態形状に対して筒径方向にほとんど膨張収縮変形しない程度に当該圧力Ｐ１より僅かに高い圧力とする。
【００６７】
そうすると、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、図２に示す初期状態形状へ向かって形状回復するように変形する。つまり、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂの筒径が膨張変形状態から縮径するように変形する。その結果、第一，第二の筒状ポリマー１１０ａ，１１０ｂは、係合部１４２に対して非係合状態となるように変形する。
【００６８】
続いて、図３のＳ３に戻り、図４（ｄ）に示すように、アクチュエータ３０を駆動して、揺動部２２の位置を次の目的の位置へ移動させる（Ｓ３）（本発明の「アクチュエータ駆動工程」に相当する）。例えば、図４（ａ）に示すように右側に傾く状態となるように揺動部２２を揺動させる。その後、Ｓ４以降は上述したように動作することで、揺動部２２を当該次の目的の位置にて位置保持することができる。
【００６９】
上述した位置保持装置４０，５０の構成および動作により、確実に、基体１０に対する可動体２０の位置を保持することができる。そのため、アクチュエータ３０への駆動のためのエネルギー供給を停止できる。また、位置保持装置４０，５０に対しても、流体の供給を停止している。当然に、流体供給装置６０は、流体の加熱も冷却も行っていない。このように、何のエネルギーを要することなく、可動体２０の基体１０に対する位置保持が可能となる。
【００７０】
また、固定筒体１４０を筒状に形成し、且つ、係合部１４２を設けることにより、筒状ポリマー１１０を固定筒体１４０の内部にて移動可能とすることができ、且つ、膨張変形した筒状ポリマー１１０を係合部１４２に確実に係合させることができる。つまり、確実に位置保持が可能となる。
【００７１】
また、筒状ポリマー１１０は、連結棒１２０，１３０により、基体１０と可動体２０の両方に連結されている。従って、筒状ポリマー１１０が基体１０および可動体２０から離脱することを防止できる。これにより、確実に筒状ポリマー１１０による位置保持効果を発揮できる。
【００７２】
また、筒状ポリマー１１０の初期状態形状における筒軸方向長さは、使用状態のうち最も短くなる筒軸方向長さに設定している。つまり、筒状ポリマー１１０は、ゴム状態において筒軸方向長さが短くなる方向に形状回復する。これにより、筒状ポリマー１１０における可動体２０と基体１０との連結長さが長くなるように可動体が動作する場合には、可動体２０の引張力によって筒状ポリマー１１０は伸長変形する。一方、筒状ポリマー１１０における可動体２０と基体１０との連結長さが短くなるように可動体２０が動作する場合には、筒状ポリマー１１０は形状回復力により収縮変形する。このように、筒状ポリマー１１０の形状回復力により、筒状ポリマー１１０における可動体２０と基体１０との連結長さが短くなった場合であっても、確実に筒状ポリマー１１０により可動体２０の位置保持能力を発揮できる。
【００７３】
また、流体供給装置６０により、筒状ポリマー１１０の内部と外部の両方に供給している。このように、筒状ポリマー１１０の内部と外部の両方に流体を供給することで、筒状ポリマー１１０の内外の圧力差を所望の圧力差とすることができる。これにより、確実に筒状ポリマー１１０を膨張変形させることができる。さらに、所望の圧力差とすることができるため、筒状ポリマー１１０の耐久性の向上を図ることができる。
【００７４】
また、第二流体Ｑ２は、常温のものを用いている。従って、流体供給装置６０は、第一流体Ｑ１のみ温度制御を行うことでよい。これにより、温度制御が容易であると共に、温度制御を行う流体が１種であるため、低コスト化を図ることができる。ただし、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１のみを制御することで、筒状ポリマー１１０の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上にするためには、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇよりも十分に高い温度に設定する必要がある。
【００７５】
＜第一実施形態の変形態様＞
上記実施形態において、固定筒体１４０の係合部１４２は、筒状基体１４１の内周面から径方向内方に突出するように形成した。この他に、係合部１４２は、円筒状の筒状基体１４１の内周面に形成される凹状溝（本発明における凹部）としてもよい。ただし、突起からなる係合部１４２の方が、大きな係合力を容易に発揮できる。
【００７６】
また、固定筒体１４０は、係合部１４２を有する筒状としたが、係合部１４２のみを基体１０に固定することができれば、筒状でなくてもよい。ただし、上述した固定筒体１４０のような筒状とすると、第二流体Ｑ２を安定して供給することができる。
【００７７】
また、上記実施形態においては、第一，第二の連結棒１２０，１３０により、筒状ポリマー１１０の両端を基体１０および可動体２０の両方に連結した。この他に、図６に示すような構成とすることもできる。すなわち、第一実施形態に対して、第二の連結棒１３０を排除した構成となる。この構成は、筒状ポリマー１１０を可動体２０に連結し、固定筒体１４０を基体１０に固定するというものである。この場合においても、可動体２０の位置保持機能は十分に発揮できる。ただし、筒状ポリマー１１０が基体１０に固定されていないため、基体１０から離脱するおそれがないわけではない。そこで、好適には、上記実施形態のような筒状ポリマー１１０の一端を基体１０に連結し、その他端を可動体２０に連結することとなる。
【００７８】
また、上記実施形態においては、可動体２０を位置保持している際において、流体供給装置６０は、第一流体Ｑ１および第二流体Ｑ２の供給を停止するものとした。この他に、可動体２０を位置保持している際に、第一流体Ｑ１および第二流体Ｑ２を供給し続けるようにしてもよい。この場合、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１および第二流体Ｑ２の温度Ｔ２は、ガラス転移温度未満に設定する必要がある。さらに、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１と第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２は同等とする。この場合、第一，第二流体Ｑ１，Ｑ２の温度Ｔ１，Ｔ２を流体の常温とすることで、何ら冷却も加熱も必要としないため、僅かなエネルギーで可動体２０の位置保持が可能となる。また、可動体２０の動作が頻繁に行われる場合には、常に第一，第二流体Ｑ１，Ｑ２を供給している状態とすることで、可動体２０の動作の応答性を高めることができる。
【００７９】
また、上記実施形態においては、筒状ポリマー１１０の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上にするために、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇ以上の温度とした。この他に、第二流体Ｑ２の温度Ｔ２をガラス転移温度Ｔｇ以上とし、且つ、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇ以下の温度としてもよい。また、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１および第二流体Ｑ２の温度Ｔ２をガラス転移温度Ｔｇ以上の温度としてもよい。すなわち、筒状ポリマー１１０の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上にするためには、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１と第二流体Ｑ２の温度Ｔ２のうち少なくとも何れか一方をＴｇ以上とすることが必要となる。ただし、流体の温度が温度Ｔｇ未満である方の流体の温度によっては、他方の流体の温度を温度Ｔｇより十分に高い温度に設定する必要がある。
【００８０】
なお、温度Ｔ１，Ｔ２の両方を温度Ｔｇ以上とすることにより、確実に筒状ポリマー１１０の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上とすることができるのは言うまでもない。ただし、温度Ｔ１，Ｔ２の何れか一方のみを温度Ｔｇ以上とした場合であっても、両者の温度によっては、筒状ポリマー１１０の温度をガラス転移温度Ｔｇにすることは十分に可能である。そして、一方のみの流体の温度を変更することで、装置コストを低減できる効果を奏する。そこで、上記実施形態においては、流体Ｑ１の温度Ｔ１のみを温度Ｔｇ以上の温度とした。
【００８１】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の位置保持装置２００について、図７を参照して説明する。ここで、図７において、第一実施形態と同一のものは、同一符号を付して説明を省略する。
【００８２】
図７に示すように、位置保持装置２００は、筒状ポリマー１１０と、連結棒１２０と、固定筒体１４０と、伸縮性バネ２１０とから構成される。つまり、本実施形態の位置保持装置２００は、第一実施形態の位置保持装置４０，５０に対して、第二の連結棒１３０を、伸縮性バネ２１０に置換した構成となる。
【００８３】
この伸縮性バネ２１０は、筒状ポリマー１１０に対して筒状ポリマー１１０の筒軸方向に引張力を付与する引張手段として機能する。一般に、形状記憶ポリマーは、繰り返しの伸縮変形によってクリープなどが生じる。つまり、筒状ポリマー１１０が伸長変形して、完全な初期状態形状に回復せずに、撓んだ状態となるおそれがある。このように、筒状ポリマー１１０が撓み変形した場合であっても、伸縮性バネ２１０の引張力により筒状ポリマー１１０を筒軸方向に引っ張ることにより、筒状ポリマー１１０の撓みを解消することができる。つまり、筒状ポリマー１１０にクリープなどが生じたとしても、筒状ポリマー１１０により確実に可動体２０の位置保持が可能となる。
【００８４】
＜第三実施形態＞
第三実施形態の位置保持装置３００について、図８を参照して説明する。ここで、図８において、第一実施形態と同一のものは、同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
図８に示すように、位置保持装置３００は、筒状ポリマー１１０と、連結棒１２０と、固定筒体１４０と、巻き取り装置３１０とから構成される。つまり、本実施形態の位置保持装置２００は、第一実施形態の位置保持装置４０，５０に対して、第二の連結棒１３０を排除し、巻き取り装置３１０を追加した構成となる。巻き取り装置３１０は、床１１内に設置されており、巻き取り紐を巻き取ることが可能な構成とされている。そして、巻き取り紐の先端は、筒状ポリマー１１０の下端に連結されている。
【００８６】
ここで、第二実施形態にて説明したように、筒状ポリマー１１０は、伸長変形して、完全な初期状態形状に回復せずに、撓んだ状態となるおそれがある。この場合に、巻き取り装置３１０により巻き取り紐を巻き取り、筒状ポリマー１１０を図８の下方に引っ張ることができる。つまり、巻き取り装置３１０は、筒状ポリマー１１０に対して筒状ポリマー１１０の筒軸方向に引張力を付与する引張手段として機能する。
【００８７】
つまり、筒状ポリマー１１０が撓み変形した場合であっても、巻き取り装置３１０の引張力により筒状ポリマー１１０を筒軸方向に引っ張ることにより、筒状ポリマー１１０の撓みを解消することができる。つまり、筒状ポリマー１１０にクリープなどが生じたとしても、筒状ポリマー１１０により確実に可動体２０の位置保持が可能となる。
【００８８】
＜第四実施形態＞
第四実施形態の可動体の駆動装置について、図９を参照して説明する。本実施形態の可動体の駆動装置は、図９に示すように、基体１０と、可動体２０と、第一，第二のアクチュエータ４１０，４２０と、第一，第二の位置保持装置４０，５０と、流体供給装置６０とを備える。本実施形態の可動体の駆動装置は、第一実施形態の可動体の駆動装置に対して、アクチュエータ４１０，４２０が相違する。
【００８９】
具体的には、第一のアクチュエータ４１０は、第一の位置保持装置４０を構成する筒状ポリマー１１０ａの下端と基体１０との間に連結されている。つまり、第一のアクチュエータ４１０は、基体１０と可動体２０との間に、第一の筒状ポリマー１１０ａと直列接続されている。一方、第二のアクチュエータ４２０は、第二の位置保持装置５０を構成する筒状ポリマー１１０ｂの下端と基体１０との間に連結されている。つまり、第二のアクチュエータ４２０は、基体１０と可動体２０との間に、第二の筒状ポリマー１１０ｂと直列接続されている。
【００９０】
そして、第一，第二のアクチュエータ４１０，４２０は、駆動することにより、基体１０の床１１と筒状ポリマー１１０の下端との間の離間距離を変更することができる。この第一，第二のアクチュエータ４１０，４２０には、例えば、人工筋肉や圧電素子などが好適に用いられる。
【００９１】
このように構成することにより、アクチュエータ４１０，４２０によって基体１０に対して可動体２０を動作させている際には、基体１０に対する可動体２０の動きが逆可動性を有するようにできる。つまり、可動体２０が動作している際に、人間が可動体２０に触れたとすると、人間は可動体２０との接触に対して柔らかい感触を得ることができる。
【００９２】
なお、本実施形態における、第一のアクチュエータ４１０および第一の位置保持装置４０を第一のアクチュエータ装置として捉えることができる。また、第二のアクチュエータ４２０および第二の位置保持装置５０を第二のアクチュエータ装置として捉えることができる。この場合、本実施形態のアクチュエータ４１０，４２０は、本発明のアクチュエータ本体に相当し、本実施形態の位置保持装置４０，５０は、本発明の形状記憶ポリマーに相当する。
【００９３】
＜第五実施形態＞
第五実施形態の可動体の駆動装置について、図１０を参照して説明する。この可動体の駆動装置は、例えば、ロボットハンドに適用された例を示している。可動体の駆動装置は、基体５１０と、第一，第二の可動体５２０，５３０と、第一，第二のアクチュエータ５４０，５５０と、第一、第二の位置保持装置５６０，５７０と、流体供給装置５８０とを備える。
【００９４】
基体５１０は、コの字型形状に形成されており、両側の爪部を有する。第一の可動体５２０は、基体５１０の一方の爪部に対して、図１０の左右方向に移動可能な構成とされている。第二の可動体５３０は、基体５１０の他方の爪部に対して、図１０の左右方向に移動可能な構成とされている。第一のアクチュエータ５４０は、駆動することにより、基体５１０の一方の爪部に対して第一の可動体５２０を移動させる。第二のアクチュエータ５５０は、駆動することにより、基体５１０の他方の爪部に対して第二の可動体５３０を移動させる。第一の位置保持装置５６０は、基体５１０の一方の爪部に対して第一の可動体５２０の位置を保持するための装置である。第二の位置保持装置５７０は、基体５１０の他方の爪部に対して第二の可動体５３０の位置を保持するための装置である。そして、流体供給装置５８０は、第一，第二の位置保持装置５６０，５７０に対して第一流体Ｑ１および第二流体Ｑ２を供給する。
【００９５】
ここで、第一，第二のアクチュエータ５４０，５５０は、例えば、人工筋肉や圧電素子などが好適に用いられる。また、第一，第二の位置保持装置５６０，５７０は、上述した第一実施形態の位置保持装置４０，５０と実質的に同一構成からなる。このような構成においても、何のエネルギーを要することなく、可動体５２０，５３０の位置保持が可能となる。
【００９６】
以下に、本実施形態の可動体の駆動装置の動作について、図１１のフローチャートを参照して説明する。ここで、図１１のフローチャートは、第一の可動体５２０を駆動する場合における、第一のアクチュエータ５４０、第一の位置保持装置５６０、および、これらに関する流体供給装置５８０の動作についてのみ示している。ただし、第二の可動体５３０を駆動する場合における、第二のアクチュエータ５５０、第二の位置保持装置５７０、および、これらに関する流体供給装置５８０の動作については、図１１における「第一」をだ「第二」に置換するのみで、同一の動作となる。そこで、第一の可動体５２０を駆動する場合について説明する。なお、基本的には、本実施形態における第一の可動体５２０の駆動は、第一実施形態における揺動部２２の駆動と実質的に同一である。
【００９７】
まず、図１１のＳ１１として、第一の可動体５２０の位置を第一の状態であって、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０が非膨張状態でかつガラス状態であるとする。例えば、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０は、図２に示す初期状態形状となっているとする。
【００９８】
続いて、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０をゴム状態とするための流体供給を行う（図１１のＳ１２）（本発明の「非係合工程」に相当する）。ここでは、流体供給装置５８０が、第一実施形態のＳ２（図３に示す）における処理と同一の処理を行う。具体的には、第一流体Ｑ１および第二流体Ｑ２の供給を行う。このとき、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１をガラス転移温度Ｔｇ以上（例：約６０℃）にすることで、筒状ポリマー１１０の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上にする。なお、第二流体Ｑ２の温度は常温（例：約２０℃）である。続いて、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１を第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２以上であって、且つ、圧力Ｐ１，Ｐ２を同程度とする。
【００９９】
続いて、第一のアクチュエータ５４０を駆動して、第一の可動体５２０の位置を目的の位置へ移動させる（図１１のＳ１３）（本発明の「アクチュエータ駆動工程」に相当する）。例えば、第一の可動体５２０が基体５１０の一方の爪部から遠ざかるように移動するものとする。このとき、筒状ポリマー１１０はゴム状態となっているため、筒状ポリマー１１０は、Ｓ１１の状態よりも筒軸方向に伸びた状態となる。
【０１００】
続いて、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０を膨張変形させるための流体供給を行う（図１１のＳ１４）（本発明の「膨張変形工程」に相当する）。ここでは、流体供給装置５８０が、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１を第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２よりも高くなるように制御する。そうすると、第一実施形態にて説明した図４（ｂ）の第一の筒状ポリマー１１０ａのような形状に変形する。つまり、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０は、筒径が増大するように膨張変形する。
【０１０１】
続いて、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０をガラス状態とするための流体供給を行う（図１１のＳ１５）（本発明の「係合工程」に相当する）。ここでは、流体供給装置５８０が、第一流体Ｑ１の温度Ｔ１と第二流体Ｑ２の温度Ｔ２を、常温、すなわちガラス転移温度Ｔｇ未満の温度に変更する。このとき、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１と第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２は、これまでの状態を維持している。すなわち、第一流体Ｑ１の圧力Ｐ１が第二流体Ｑ２の圧力Ｐ２よりも高い。
【０１０２】
そうすると、筒状ポリマー１１０は、ガラス転移温度Ｔｇ未満となり、ガラス状態に移行する。つまり、筒状ポリマー１１０は、固まった状態となる。そうすると、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０は係合部１４２に対して筒軸の両方向に対して強固に係合した状態となる。その後、流体供給装置５８０は、第一流体Ｑ１および第二流体Ｑ２の供給を停止する。
【０１０３】
そして、さらにその後に、第一のアクチュエータ５４０への駆動のためのエネルギー供給を停止する（図１１のＳ１６）（本発明の「エネルギー停止工程」に相当する）。このように、第一のアクチュエータ５４０へのエネルギー供給を停止したとしても、第一の位置保持装置５６０により基体５１０に対する第一の可動体５２０の位置が保持されているため、第一の可動体５２０の位置は安定することになる。
【０１０４】
続いて、第一の可動体５２０の位置を変更するか否かを判定する（Ｓ１７）。第一の可動体５２０の位置を変更しないのであれば、（Ｓ１７：Ｎｏ）、第一の可動体５２０の位置を変更することになるまで（例：位置変更の指令が出力されるまで）、現在の状態を維持しておく。
【０１０５】
そして、第一の可動体５２０の位置を変更する場合には（Ｓ１７：Ｙ）、まず、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０をゴム状態とし、かつ、図２に示す初期状態形状に形状回復させるための流体供給を行う（図１１のＳ１８）（本発明の「非係合工程」に相当する）。この処理は、図１１のＳ１２の処理とほぼ同一である。
【０１０６】
そうすると、第一の位置保持装置５６０の筒状ポリマー１１０は、図２に示す初期状態形状へ向かって形状回復するように変形する。つまり、筒状ポリマー１１０の筒径が膨張変形状態から縮径するように変形する。その結果、筒状ポリマー１１０は、係合部１４２に対して非係合状態となるように変形する。
【０１０７】
続いて、図１１のＳ１３に戻り、第一のアクチュエータ５４０を駆動して、第一の可動体５２０の位置を次の目的の位置へ移動させる（Ｓ１３）（本発明の「アクチュエータ駆動工程」に相当する）。例えば、基体５１０の爪部に近づく状態となるように第一の可動体５２０を移動させる。その後、Ｓ１４以降は上述したように動作することで、第一の可動体５２０を当該次の目的の位置にて位置保持することができる。
【０１０８】
付記：
１．基体と、
前記基体により移動が制限され、かつ、前記基体に対して相対運動が可能な可動体と、
前記基体に対し前記可動体を前記相対運動させるために、前記可動体に接続されたアクチュエータと、
前記基体に対する前記可動体の相対的な位置を保持するための位置保持装置とを有し、
前記位置保持装置は、形状記憶機能を有し、かつ、筒状のポリマー体と、前記筒状ポリマー体を内在させるための円筒形状の外筒部材と、前記第１の部材の内側の一部に設けられ、前記筒状ポリマー体の一部と嵌合する嵌合部とを有し、
前記筒状ポリマー体の一端は前記可動体に間接的に接続されて前記可動体の前記相対的な位置を保持することが可能となるように構成され、
前記アクチュエータを動作させて前記可動体を相対運動させ、かつ、前記筒状ポリマー体の温度をガラス転移温度以上にして前記筒状ポリマー体をゴム状態とすると共に、前記筒状ポリマー体を膨張変形させることにより前記筒状ポリマー体を前記嵌合部に嵌合し、その後に前記筒状ポリマー体の温度をガラス転移温度未満にすることにより前記筒状ポリマー体をガラス状態にして前記筒状ポリマー体の前記嵌合部への嵌合状態を保持することを特徴とする可動体の駆動装置。
２．前記筒状ポリマー体の温度制御は、前記筒状ポリマー体の周囲を満たす流体を熱源として行うことを特徴とする前記１記載の可動体の駆動装置。
３．前記筒状ポリマー体の膨張変形制御は、前記筒状ポリマー体の内周および外周を満たす流体圧力を利用して行うことを特徴とする前記１記載の可動体の駆動装置。
４．前記筒状ポリマー体の他端は、ベースに対して間接的に固定されていることを特徴とする前記１記載の可動体の駆動装置。
５．前記筒状ポリマー体の温度をガラス転移温度以上にして前記筒状ポリマー体をゴム状態とし、かつ、前記アクチュエータを動作させて前記可動体を第１の位置から第２の位置へ相対運動させ、
前記筒状ポリマー体を前記ゴム状態とし、かつ、膨張変形させることにより前記筒状ポリマー体を前記嵌合部に嵌合し、その後に前記筒状ポリマー体の温度をガラス転移温度未満にすることにより前記筒状ポリマー体をガラス状態にして前記筒状ポリマー体の前記嵌合部への嵌合状態を保持し、
前記アクチュエータへのエネルギー供給を停止し、
前記筒状ポリマー体が前記膨張変形した状態から元の筒状形状へ変形させるために前記筒状ポリマー体を再度、前記ゴム状態とし、かつ、前記アクチュエータを動作させて前記可動体を前記第２の位置から前記第１の位置へ相対運動させるための制御手段を有することを特徴とする前記１記載の可動体の駆動装置。
６．基体と、
前記基体により移動が制限され、かつ、前記基体に対して相対運動が可能な可動体と、
前記基体に対し前記可動体を前記相対運動させるために、前記可動体に接続されたアクチュエータと、
前記基体に対する前記可動体の相対的な位置を保持するための位置保持装置とを有し、
前記位置保持装置は、形状記憶機能を有し、かつ、筒状のポリマー体と、前記筒状ポリマー体を内在させるための円筒形状の外筒部材と、前記第１の部材の内側の一部に設けられ、前記筒状ポリマー体の一部と嵌合する嵌合部とを有し、
前記筒状ポリマー体の一端は前記可動体に間接的に接続されて前記可動体の前記相対的な位置を保持することが可能の構成された可動体の駆動装置を準備し、
前記筒状ポリマー体の温度をガラス転移温度以上にして前記筒状ポリマー体をゴム状態とし、かつ、前記アクチュエータを動作させて前記可動体を第１の位置から第２の位置へ相対運動させ、
前記筒状ポリマー体を前記ゴム状態とし、かつ、膨張変形させることにより前記筒状ポリマー体を前記嵌合部に嵌合し、その後に前記筒状ポリマー体の温度をガラス転移温度未満にすることにより前記筒状ポリマー体をガラス状態にして前記筒状ポリマー体の前記嵌合部への嵌合状態を保持し、
前記アクチュエータへのエネルギー供給を停止し、
前記筒状ポリマー体が前記膨張変形した状態から元の筒状形状へ変形させるために前記筒状ポリマー体を再度、前記ゴム状態とし、かつ、前記アクチュエータを動作させて前記可動体を前記第２の位置から前記第１の位置へ相対運動させることを特徴とするための制御手段を有する可動体の駆動方法。
【符号の説明】
【０１０９】
１０，５１０：基体、  １１：床、  １２：支柱、  １３：ハウジング
２０，５２０，５３０：可動体、  ２１：軸部、  ２２：揺動部
３０，４１０，４２０，５４０，５５０：アクチュエータ
４０，５０，２００，３００，５６０，５７０：位置保持装置
６０，５８０：流体供給装置
１１０，１１０ａ，１１０ｂ：筒状ポリマー
１２０，１３０：連結棒
１４０：固定筒体、  １４１：筒状基体、  １４２：係合部
２１０：伸縮性バネ
３１０：巻き取り装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010281377.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010281377.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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