(57)【要約】  駆動時には、固定子（２００）が径方向に押し広げるような力を連続的に発生することで、固定子（２００）がその両端に位置する可動子（１００）内に収容され、この結果、隣接する可動子（１００）の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、可動子（１００）と固定子（２００）との間には、相対的に低い摩擦力のみが生じるので、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できる。
2009084323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（２００；２００Ａ；２１０；２２０；２４０；２５０；２６０；２７０；２９０；４０２）および可動子（１００；１１０；１２０；１３０；１４０；３００）を備えたアクチュエータであって、
前記固定子および前記可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能であり、
前記固定子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を含み、
前記可動子は、前記固定子の前記変位部による変位を受けて、前記移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部（１０２；４０４）を含み、
駆動時に前記受圧部が発生する作用力は、非駆動時に前記固定子および前記可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい、アクチュエータ。
【請求項２】
前記受圧部は、前記変位部で生じる変位によって発生する径方向の圧力を受けて軸方向の一方に分力を発生するように構成される、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記受圧部は、前記移動軸から所定距離だけ離れた面を有し、
前記移動軸の垂直方向における前記移動軸と前記受圧部の面との間の距離は、軸方向に沿って増加または減少するように構成される、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記固定子と前記可動子との間には、所定のクリアランス（１１２）が設けられている、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記固定子と前記可動子との間には、点接触および線接触のいずれかを行なうための支持部材が設けられている、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記変位部は、前記変位の発生源として、駆動時に電圧を印加されることで圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力のうち少なくとも１つに起因するひずみを生じるひずみ部材（２０４ａ，２０４ｂ；２６４ａ，２６４ｂ；２５６；２７２ａ，２７２ｂ）を含む、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記変位部は、
駆動時に供給される電力によって回転する回転体（２１２；３０２）と、
前記回転体の回転軸から偏心して前記回転体に連結された偏心体（２１６；３０４）とを含み、
前記変位は、前記回転体が回転することによって生じる偏心力による変形によって生じる、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記変位部は、
マルテンサイト変態によって少なくとも径方向に形状を変化させる形状変化部材（２２２）と、
前記形状変化部材に変態点をまたぐ温度変化を与えるための温度変化発生部（２２８）とを含む、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記変位部は、
内圧を受けて少なくとも径方向に外形を変化し得る膨張収縮部（２４２）と、
前記膨張収縮部に封入され、相転移により体積が変化する媒質（２４８）と、
前記媒質に転移温度をまたぐ温度変化を与えるための温度変化発生部（２４４，２４６）とを含む、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記可動子は、可とう性を有するように構成される、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記固定子および前記可動子の少なくとも一方は、前記固定子と前記可動子との間の相
対移動を規制するための規制部（２９２）をさらに含む、請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
固定子（２００；２００Ａ；２１０；２２０；２４０；２５０；２６０；２７０；２９０；４０２）および可動子（１００；１１０；１２０；１３０；１４０；３００）を備えたアクチュエータであって、
前記固定子および前記可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能であり、
前記可動子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を含み、
前記固定子は、前記可動子の前記変位部による変位を受けて、前記移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部（１０２；４０４）を含み、
駆動時に前記受圧部が発生する作用力は、非駆動時に前記固定子および前記可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい、アクチュエータ。
【請求項１３】
前記変位部の変位部材に印加される電圧あるいは温度変化が周期的に変動させる変動発生部（２０８）を含む、請求の範囲第１項〜第１２項のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の移動軸に沿って伸縮可能なアクチュエータに関し、特に非駆動時における静止力を低減した構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、用途に応じて様々な種類のアクチュエータ（駆動装置）が開発されてきた。近年、生物がもつ筋肉の機構に着目した人工的なアクチュエータ、いわゆる人工筋肉と呼ばれるアクチュエータが注目されている。【０００３】
実際の生物では、能動筋と呼ばれる筋肉と、拮抗筋と呼ばれる筋肉とが対になって関節などを形成している。そして、たとえば関節を動かす場合には、一方の筋肉が収縮するとともに、他方の筋肉は弛緩状態に維持される。弛緩状態にある筋肉は少ない力でその伸縮状態を変化させるので、一方の筋肉の収縮によって発生した仕事量は、ほぼ当該関節を動かすこと（外部仕事）に用いられる。ここで、他方の筋肉が弛緩状態に維持されず、当該他方の筋肉を伸張するために多くの力が必要であるとすると、一方の筋肉が収縮によって発生した仕事量の多くがこの伸張に係る仕事に消費されてしまい、仕事効率が低下することになる。したがって、人工筋肉として用いるべきアクチュエータとしては、非駆動時には、少ない力でその位置関係を自在に変化できる、すなわち静止力は可能な限り小さい方がよい。【０００４】
所定の移動軸に沿って伸縮可能な従来のアクチュエータとして、２つの部材を接触させ、この接触面に超音波を用いて進行波を与えることで、２つの部材を相対移動させる構成が開示されている（たとえば、特開平８−１８２３５２号公報（特許文献１）、実開平２−１２９１９３号公報（特許文献２）および特開平２−０７０２７４号公報（特許文献３）など）。また、特開２００７−１８１３８４号公報（特許文献４）には、シャフトに対して非対称な動きを与えることで、相互に非対称な摩擦力を与えることで、変位を発生させる構成が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１８２３５２号公報
【特許文献２】実開平２−１２９１９３号公報
【特許文献３】特開平２−０７０２７４号公報
【特許文献４】特開２００７−１８１３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の先行文献に開示された構成は、いずれも基本的には摩擦力を主な駆動源としているので、２つの部材間の接触面に働く静止摩擦力を比較的大きくしておく必要があった。そのため、２つの部材間の相対移動をさせるためには、比較的大きな駆動力が必要であり、上述した筋肉のような弛緩状態をつくることは原理的に不可能であった。また、駆動時には、静止摩擦力に抗して相対的に大きな駆動力を発生する必要があり、この駆動力によって２つの部材間には必然的に磨耗が生じることになる。その結果、アクチュエータ自体の寿命を長くできないという課題もあった。【０００６】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、人工筋肉に適したアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のある局面に従えば、固定子および可動子を含むアクチュエータを提供する。固定子および可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能であり、固定子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を含み、可動子は、固定子の変位部による変位を受けて、移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部を含み、駆動時に受圧部が発生する作用力は、非駆動時に固定子および可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい。【０００８】
好ましくは、受圧部は、変位部で生じる変位によって発生する径方向の圧力を受けて軸方向の一方に分力を発生するように構成される。【０００９】
好ましくは、受圧部は、移動軸から所定距離だけ離れた面を有し、移動軸の垂直方向における移動軸と受圧部の面との間の距離は、軸方向に沿って増加または減少するように構成される。【００１０】
好ましくは、固定子と可動子との間には、所定のクリアランスが設けられている。
あるいは、好ましくは、固定子と可動子との間には、点接触および線接触のいずれかを行なうための支持部材が設けられている。【００１１】
好ましくは、変位部は、変位の発生源として、駆動時に電圧を印加されることで圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力のうち少なくとも１つに起因するひずみを生じるひずみ部材を含む。【００１２】
あるいは好ましくは、変位部は、駆動時に供給される電力によって回転する回転体と、回転体の回転軸から偏心して回転体に連結された偏心体とを含み、変位は、回転体が回転することによって生じる偏心力による変形によって生じる。【００１３】
あるいは好ましくは、変位部は、マルテンサイト変態によって少なくとも径方向に形状を変化させる形状変化部材と、形状変化部材に変態点をまたぐ温度変化を与えるための温度変化発生部とを含む。【００１４】
あるいは好ましくは、変位部は、内圧を受けて少なくとも径方向に外形を変化し得る膨張収縮部と、膨張収縮部に封入され、相転移により体積が変化する媒質と、媒質に転移温度をまたぐ温度変化を与えるための温度変化発生部とを含む。【００１５】
好ましくは、可動子は、可とう性を有するように構成される。
好ましくは、固定子および可動子の少なくとも一方は、固定子と可動子との間の相対移動を規制するための規制部をさらに含む。【００１６】
この発明の別の局面に従えば、固定子および可動子を備えたアクチュエータを提供する。固定子および可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能であり、可動子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を含み、固定子は、可動子の変位部による変位を受けて、移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部を含み、駆動時に受圧部が発生する作用力は、非駆動時に固定子および可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい。【００１７】
好ましくは、変位部の変位部材に印加される電圧あるいは温度変化が周期的に変動させる変動発生部を含む。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、人工筋肉に適したアクチュエータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に係るアクチュエータを適用した機構の一例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの要部を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの動作原理を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１に従う固定子２００の構造を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１の第１変形例に従う固定子２００Ａの構造を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１の第２変形例に従う固定子２６０の構造を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１の第２変形例に従う固定子２６０の断面構造を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１の第３変形例に従う固定子２５０の構造を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態２に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態３の第１変形例に従う固定子２７０の構造を示す模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態３の第２変形例に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に従うアクチュエータの可動子と固定子との大きさの関係を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５の変形例に従うアクチュエータの可動子と固定子との大きさの関係を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態６に従うアクチュエータを直列接続した構成の一例を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態７に従うアクチュエータの要部を示す断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態８に従うアクチュエータの要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  機構、１０，２０  部材、１０２，４０４  受圧部、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，３００  可動子、１１２  クリアランス、１２２  突起部、１３２  スリット、２００，２００Ａ，２１０，２２０，２４０，２５０，２６０，２７０，２９０，４０２  固定子、２０２  シム材、２０４ａ  圧電部材、２０６ａ  表面電極、２０８  交流電圧源、２１２，３０２  回転体、２１４  回転軸、２１６，３０４  偏心体、２１８  配線、２２２  変位部、２２４  形状記憶合金ファイバ、２２６  リング部材、２２８  電流源、２３０  バネ部材、２３４  変位部、２４２  膨張収縮部、２４４  ヒータ部、２４６  電源部、２４８  媒質、２５２  コア部、２５４ａ，２５４ｂ，２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄ  電極、２５６  クラッド部、２５９  直流電圧源、２６２，２７２ａ，２７６ａ  変形層、２６４ａ，２６４ｂ  可動部、２６６ａ，２６６ｂ，２７４，２７８  拘束層、２７２ｂ，２７２ｃ，２７６ｂ，２７６ｃ  電極、２８０  スペーサ、２９２，２９４  ストッパ部、ＳＷ  スイッチ部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。【００２２】
［概要］
本発明は、生物のもつ筋肉の動作に近似した挙動を実現可能なアクチュエータを実現するものである。生物のもつ筋肉は、アクチンと、アクチン同士を連結するミオシンとを基本構造としている。【００２３】
筋肉の緊張時には、ミオシンがアクチン内に滑り込む（スライドする）ことで、アクチン間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、筋肉の弛緩時には、アクチンとミオシンとの間は非常に緩い結合状態となり、小さい外力でミオシンはアクチンとの相対関係を自在に変化させる。すなわち、生物のもつ筋肉は、緊張状態にあれば一方向に収縮するとともに、弛緩状態にあれば外部からの力を受けて自由に伸張または収縮することになる。【００２４】
図１（Ａ）を参照して、機構１は、代表的に、２つの部材１０および２０をリンク結合したものであり、２つの部材１０および２０は、リンク部を中心にして相対的な回転移動が可能である。そして、部材１０と部材２０との間は、紙面上側および紙面下側において、複数の本発明に係るアクチュエータが直列に連結されている。本発明に係るアクチュエータは、基本構造として、可動子（ロータ）１００と、固定子（ステータ）２００とを含む。複数の可動子１００と固定子２００とが交互に連結され、全体的な収縮／弛緩運動を実現する。【００２５】
図１（Ｂ）に示すように、部材２０が部材１０に対して、紙面上側に回転移動する場合には、紙面上側に配置されたアクチュエータが「収縮」動作を行なう一方で、紙面下側に配置されたアクチュエータが「滑り」動作を行なう。【００２６】
図１（Ｃ）に示すように、部材２０が部材１０に対して、紙面下側に回転移動する場合には、紙面下側に配置されたアクチュエータが「収縮」動作を行なう一方で、紙面上側に配置されたアクチュエータが「滑り」動作を行なう。【００２７】
「収縮」動作は、後述するように固定子２００が変位を生じることで可動子１００に対して応力を与え、この応力によって可動子１００と固定子２００とが所定の一方方向に相対移動するものである。また、「滑り」動作は、後述するように可動子１００と固定子２００との間の摩擦力が比較的小さな値に維持された状態で、両者が外部からの力に従って相対移動するものである。すなわち、「滑り」動作を行なうアクチュエータでは、その収縮または伸張に要する仕事量は非常に少なくて済む。その結果、図１（Ｂ）の場合では、紙面上側に配置されたアクチュエータが発生する仕事量は、ほぼすべて部材１０と部材２０との間の相対移動に用いられることになり、高い仕事効率を実現できる。また、図１（Ｃ）においても同様である。【００２８】
さらに、紙面上側および紙面下側に配置された２つのアクチュエータがいずれも「収縮」動作を行なうことで、機構１における剛性を高めることもできる。すなわち、２つのアクチュエータがいずれも「収縮」動作を行なうことで、部材１０と部材２０との間の相対位置を固定することも可能となる。【００２９】
以上のように、実際の生物がもつ関節と同様に、能動筋に相当するアクチュエータと、拮抗筋に相当するアクチュエータとを一対で用いることで、高い自由度をもつ機構やデバイスを実現することができる。【００３０】
［実施の形態１］
＜全体構成＞
図２は、この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの要部を示す断面図である。図２（Ａ）は、伸張状態を示し、図２（Ｂ）は、収縮状態を示す。【００３１】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、中空の可動子（ロータ）１００と、ロッド状の固定子（ステータ）２００とを含む。可動子１００および固定子２００は、共通の軸に沿って配置され、所定の移動軸に沿って相対移動可能に構成される。すなわち、ロッド状の固定子２００がその両端に位置する可動子１００内に収容されることで、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。なお、可動子１００および固定子２００は、その断面が円形である円柱形状であってもよいし、その断面が多角形である多角柱形状であってもよい。以下の説明では、説明の便宜上、可動子１００および固定子２００が円柱形状である場合について例示する。【００３２】
本明細書において、「可動子」または「ロータ」との名称は、外見上、隣接するもの同士の距離が変化することに着目して付したものであり、「固定子」または「ステータ」との名称は、外見上、自身が移動することはないことに着目して付したものである。しかしながら、これらの名称は便宜的のものに過ぎず、これらの意義はその名称に拘泥されるものではない。【００３３】
図２（Ａ）に示すように、可動子１００の両端の略中心軸には、それぞれ固定子２００が貫通するための穴部が形成されており、固定子２００が自在に滑り（スライド）可能に構成される。以下の説明では、可動子１００および固定子２００の中心軸に沿った方向を「軸方向」とも称し、この軸方向に対して垂直な方向を「径方向」とも称す。【００３４】
可動子１００の穴部には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一な受圧部１０２が形成されている。図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータの駆動時において、固定子２００は少なくとも径方向の変位（変形）を生じる。受圧部１０２は、この固定子２００による径方向の変位を受けて、可動子１００および固定子２００を軸方向に沿って所定の向き（可動子１００同士が近接する向き）に相対移動させるための作用力を及ぼす。【００３５】
すなわち、駆動時には、固定子２００が径方向に押し広げるような力を連続的に発生することで、固定子２００がその両端に位置する可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、可動子１００と固定子２００との間には、相対的に低い摩擦力のみが生じるので、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できる。【００３６】
＜動作原理＞
図３は、この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの動作原理を説明するための図である。図３（Ａ）は、駆動時の収縮動作を示し、図３（Ｂ）は、非駆動時の滑り動作を示す。【００３７】
図３（Ａ）を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータでは、駆動時には固定子２００が少なくとも径方向に変位（変形）を生じ、この変位によって可動子１００の受圧部１０２は応力Ｆを受ける。【００３８】
可動子１００には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一に形成された受圧部１０２が形成されている。代表的に、受圧部１０２は、軸方向を中心としたテーパー形状を有し、固定子２００から受けた応力から軸方向に非対称な分力（作用力）を発生する。すなわち、受圧部１０２は、移動軸から所定距離だけ離れた面を有し、移動軸の垂直方向における移動軸と受圧部１０２の面との間の距離は、軸方向に沿って増加または減少するように構成される。このような形状によって、本実施の形態に従う受圧部１０２は、その面に応力Ｆを受けると、軸方向に沿って紙面右向きの作用力Ｆａを及ぼす。この作用力Ｆａによって、可動子１００が紙面右向きに移動する力、および固定子２００が紙面左向きに移動する力が生じる。【００３９】
なお、受圧部１０２の形状としては、テーパー形状に限定されることなく、固定子２００から受けた応力から軸方向に非対称な分力（作用力）を発生できる形状であればいずれの形状であってもよい。【００４０】
図３（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータでは、非駆動時には固定子２００が軸方向に延伸する形状を維持するので、可動子１００と固定子２００とは、受圧部１０２の一部と接触し得るものの、その摩擦力は相対的に小さい。したがって、非駆動時には、可動子１００と固定子２００との間は、その相対関係を自在に変化させることができる。【００４１】
そのため、本実施の形態に従うアクチュエータは、非駆動時において、わずかな仕事量で位置関係を変化させる「滑り」動作を実現できる。【００４２】
＜固定子の構造＞
以下、図４を参照して、本実施の形態に従う固定子２００の構造について説明する。可動子１００の受圧部に対して応力を与えることが可能な固定子２００の一例として、電圧を印加されることで圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力などによってひずみを生じるひずみ部材を用いて構成することができる。すなわち、変位部の主構成部材として、逆圧電作用によって変形する圧電材料を含む固定子２００を用いることができる。【００４３】
図４は、この発明の実施の形態１に従う固定子２００の構造を示す模式図である。
図４を参照して、本実施の形態に従う固定子２００は、いわゆるバイモルフ構造であり、その表面に銅などの導電性材料が形成されたシム材２０２と、シム材２０２の両サイドにそれぞれ接着された圧電部材２０４ａおよび２０４ｂと、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂの外周側の表面に形成された表面電極２０６ａおよび２０６ｂとからなる。なお、シム材２０２は、非駆動時に固定子２００全体を軸方向に向けるための弾性補強部材である。【００４４】
アクチュエータの駆動時において、シム材２０２と、表面電極２０６ａおよび２０６ｂとの間には、交流電圧源２０８によって所定の交流電圧が印加される。圧電部材２０４ａおよび２０４ｂには、シム材２０２を中心として対称の電界が印加されるので、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに生じる内部電界の方向は、互いに反対になる。ここで、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂは、印加される電界の方向によって伸縮方向を異ならせる異方性を有している。そのため、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに上述のような交流電圧が印加されると、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂのうち一方は伸張し、他方は収縮することになる。したがって、交流電圧源２０８が交流電圧を印加、すなわち圧電部材２０４ａおよび２０４ｂでの電界方向を所定時間毎に切り換えることで、固定子２００全体として、径方向（図４では、紙面上下方向）に周期的に変形することになる。【００４５】
駆動時には、このような固定子２００の周期的な変形によって、上述した受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２００が軸方向に延伸した形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。【００４６】
また、上述のようなバイモルフ構造に代えて、１層の圧電部材を用いたユニモルフ構造を採用することもできる。なお、この場合の断面形状は、多角形となるので、可動子１００の両端には、楕円または多角形の穴部を形成することが好ましい。【００４７】
さらに、このようなバイモルフ構造を用いた別形態として、２本の圧電ファイバを対にして用いる構成も可能である。この圧電ファイバは、所定の金属材料からなるコア部を配置し、このコア部の周辺に圧電部材でクラッド部を形成するとともに、クラッド部の外表面にスパッタリングなどを用いて電極を形成することで製造される。さらに、このように製造された２つの圧電ファイバをペアにし、長手方向に沿って互いに接着することで、バイモルフ構造とすることができる。【００４８】
このような一対の圧電ファイバからなるバイモルフ構造では、コア部と外表面の電極との間に、互いに逆位相の交流電圧をそれぞれの圧電ファイバに印加することで、径方向に周期的に変形させることができる。なお、この場合の断面形状は、楕円または多角形となるので、可動子１００の両端には、楕円または多角形の穴部を形成することが好ましい。【００４９】
さらに、電圧を印加されることで圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力などによってひずみを別の形で変位として取り出すこともできる。【００５０】
［実施の形態１の第１変形例］
図５は、この発明の実施の形態１の第１変形例に従う固定子２００Ａの構造を示す模式図である。【００５１】
図５を参照して、本変形例に従う固定子２００Ａでは、ひずみ部材である圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに印加する電圧を周期的にＯＮ／ＯＦＦすることで、電流を変動させた状態でアクチュエータを駆動する。具体的には、固定子２００Ａでは、シム材２０２と、表面電極２０６ａおよび２０６ｂとの間に、交流電圧源２０８（図４）に代えて、所定の直流電圧を発生する直流電圧源２５９と、スイッチ部ＳＷとが設けられる。スイッチ部ＳＷは、コントローラ（図示しない）からの周期性の切替指令に応答して、直流電圧源２５９から圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに印加する直流電圧を周期的にＯＮ／ＯＦＦ（断続）する。【００５２】
スイッチ部ＳＷがＯＮ状態のときには、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂにひずみが発生する一方、ＯＦＦ状態のときには、ひずみが発生しない。したがって、スイッチ部ＳＷが周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰返すことで、固定子２００Ａ全体としては、所定方向（図５では、紙面上下方向）に周期的に変形する。すなわち、固定子２００Ａ全体としては、スイッチ部ＳＷの周期に合わせて振動することになる。【００５３】
駆動時には、このような固定子２００Ａの周期的な変形によって、上述した受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２００Ａが軸方向に延伸した形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。【００５４】
さらに、固定子と可動子との間には、ほこりや粉塵などが侵入したり、両者の接触面が経時的に変化したりすることによって、設計値を超える大きな摩擦力が働く場合がある。このような場合にも、スイッチ部ＳＷを適切な周期でＯＮ／ＯＦＦさせることで、ほこりや粉塵などを除去したり、両者の接触面が安定な状態をもつ位置に移動させたりすることで、固定子と可動子との接触面の状態を安定なものとすることができる。電圧の変動の状態を変えることで、さらに安定化させることができる。たとえば、印加する電圧の大きさおよびスイッチ部ＳＷのＯＮ／ＯＦＦ周期などは、状況に応じて適宜変更させてもよい。【００５５】
さらに、図４に示す交流電圧源２０８を含む電圧印加回路と、図５に示す直流電圧源２５９およびスイッチ部ＳＷを含む電圧印加回路とを並列接続し、いずれの回路からも任意に電圧印加が可能となる構成を採用してもよい。【００５６】
［実施の形態１の第２変形例］
図６は、この発明の実施の形態１の第２変形例に従う固定子２６０の構造を示す模式図である。図７は、この発明の実施の形態１の第２変形例に従う固定子２６０の断面構造を示す模式図である。【００５７】
図６（Ａ）を参照して、本変形例に従う固定子２６０は、スリット型ユニモルフアクチュエータであり、電歪ポリマーを主構成材とする変形層２６２を含む。なお、変形層２６２は、電歪ポリマーからなる単一層を複数積層することで形成してもよい。変形層２６２には、その一辺から中央部にかけてスリットが形成されている。このスリットの両側には、ほぼ同じ表面積をもつ２つの可動部２６４ａおよび２６４ｂが形成される。これらの可動部２６４ａおよび２６４ｂの相対する表面には、それぞれ電歪ポリマーを主構成材とする拘束層２６６ａおよび２６６ｂが設けられる。すなわち、図７に示すように、変形層２６２の一方側に可動部２６４ａが配置され、変形層２６２の可動部２６４ａが配置された側とは反対側に可動部２６４ｂが配置される。【００５８】
一般的に、電歪ポリマーは、電圧（電界）を印加すると、電歪作用を生じて、その印加方向に収縮するという特性を有する。たとえば、板状の電歪ポリマーの厚み方向に電圧（電界）を印加すると、印加する電圧の極性にかかわらず、電歪ポリマーは、その厚み方向に収縮するとともに、その面方向に広がる。【００５９】
そのため、図６（Ｂ）に示すように変形層２６２の厚さ方向に電圧（電界）を印加すると、変形層２６２（可動部２６４ａおよび２６４ｂ）は面方向に広がる。すなわち、変形層２６２（可動部２６４ａおよび２６４ｂ）の表面には、面方向の応力が発生する。【００６０】
これに対して、拘束層２６６ａおよび２６６ｂの変形層２６２と接していないそれぞれの側は、電気的に解放状態となっている。そのため、拘束層２６６ａおよび２６６ｂの厚さ方向には電圧（電界）が印加されない。したがって、拘束層２６６ａおよび２６６ｂの表面には、面方向の応力が発生しない。【００６１】
すなわち、拘束層２６６ａの可動部２６４ａとの接触面には、面方向の応力が発生する一方で、当該接触面に対向する面には、何らの応力も発生しない。このような発生応力のアンバランスの結果、可動部２６４ａは、拘束層２６６ａとの接触面側に湾曲する。【００６２】
同様に、拘束層２６６ｂの可動部２６４ｂとの接触面には、面方向の応力が発生する一方で、当該接触面に対向する面には、何らの応力も発生しない。このような発生応力のアンバランスの結果、可動部２６４ｂは、拘束層２６６ｂとの接触面側に湾曲する。【００６３】
交流電圧源２０８によって、変形層２６２の厚み方向に所定の交流電圧を印加することで、可動部２６４ａおよび２６４ｂは、それぞれ変形および元の状態への復帰を繰返す。この結果、固定子２６０全体としては、変形層２６２に形成されたスリットの長手方向に対して垂直な方向（図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、紙面上下方向）に周期的に変形することになる。さらに、変形層２６２に形成されたスリットの長手方向を固定子２６０の軸方向に一致させることで、固定子２６０の径方向への変形を生じさせることができる。【００６４】
駆動時には、このような固定子２６０の径方向への変形によって、上述した受圧部１０２（図４など）によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００（図４など）同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２６０は元の（変形がない）形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。【００６５】
なお、電圧印加の方法としては、図６（Ｂ）に示すような交流電圧源２０８を含む電圧印加回路に代えて、もしくはそれに加えて、図５に示すような直流電圧源２５９およびスイッチ部ＳＷを含む電圧印加回路を採用してもよい。【００６６】
［実施の形態１の第３変形例］
図８は、この発明の実施の形態１の第３変形例に従う固定子２５０の構造を示す模式図である。【００６７】
図８を参照して、本変形例に従う固定子２５０は、導電性のコア部２５２と、コア部２５２の周辺に同心円状態に形成されたクラッド部２５６とからなる。クラッド部２５６は、圧電部材、電歪部材、誘電部材などからなり、電圧の印加によって生じる内部電界を受けて変位を生じる。なお、コア部２５２は、金属または導電性のフィラーを混入したポリマーなどからなる。また、クラッド部２５６を形成する圧電部材、電歪部材、誘電部材は、セラミックスまたはポリマー、あるいはそれらのコンポジット（混合）などからなる。【００６８】
クラッド部２５６の軸方向の各端面には、コア部２５２と電気的に接続された電極２５４ａ，２５４ｂが形成され、電極２５４ａ，２５４ｂはクラッド部２５６の軸方向への延びを規制する機能も果たす。また、クラッド部２５６の周囲には、電極２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄが形成されている。【００６９】
アクチュエータの駆動時において、電極２５４ａ，２５４ｂおよびコア部２５２と、電極２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄとの間には、直流電圧源２５９によって所定の直流電圧が印加される。この結果、クラッド部２５６には分極作用によって変位が生じ、軸方向への変形は電極２５４ａ，２５４ｂによって規制されるため、この生じた変位は径方向への変形として現れる。【００７０】
駆動時には、このような固定子２５０の径方向への変形によって、上述した受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２５０は元の（変形がない）形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。【００７１】
なお、上述した固定子２００，２５０で生じる変位は、軸を中心として生じるようにしてもよいし、尾ひれ運動のように、軸からずれた位置を中心として生じるような変位であってもよい。【００７２】
＜実施の形態１による効果＞
この発明の実施の形態１によれば、駆動時には、固定子が少なくとも径方向の変位を発生させることで、固定子が対応の可動子の中に収容されることで、可動子間の収縮動作を行なうとともに、非駆動時には、可動子と固定子とは、外部からの僅かな力を受けて自在に相対移動できる。そのため、生物のもつ筋肉の動作に近似した挙動を実現できる。【００７３】
また、この発明の実施の形態１によれば、可動子と固定子との間の静止摩擦力が小さいので、駆動時における磨耗を低減することができる。そのため、アクチュエータの寿命を延ばすことができる。【００７４】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１では、圧電効果、電歪効果、磁歪部材、マクスウェル力などによって生じるひずみを利用して変位を発生する構成について例示したが、本実施の形態では、回転体で偏心力を発生させることで変位を発生する構成について説明する。【００７５】
図９は、この発明の実施の形態２に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
図９を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、上述の実施の形態１と同様の可動子１００と、固定子２１０とを含む。本実施の形態に従うアクチュエータにおける可動子１００については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。【００７６】
固定子２１０は、その両サイドに配置された回転体２１２と、回転体２１２の回転軸２１４から偏心して連結された偏心体２１６とを含む。回転体２１２は、代表的にモータなどの電動機からなり、アクチュエータの駆動時において、図示しない電源装置から配線２１８を介して電力が供給される。この固定子２１０と一体化された回転体２１２の回転に伴って偏心体２１６も回転し、この偏心体２１６の回転に伴って径方向に偏心力が生じる。そして、この径方向への偏心力によって、固定子２１０の両端部が径方向に変形を生じる。【００７７】
なお、上述したような、その回転軸を固定子２１０の中心軸と一致させて電動機を配置するとともに、この電動機の回転軸に偏心体を付加する構成に代えて、断面形状の不均一にし、電動機自体から偏心力が発生するようにしてもよい。【００７８】
その他の構成については、上述の実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。【００７９】
＜実施の形態２による効果＞
この発明の実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様の効果を発揮できるとともに、適切なモータを選択することで、任意の駆動力を実現することができる。【００８０】
［実施の形態３］
この発明の実施の形態３では、形状記憶合金などのマルテンサイト変態によって形状を変化させる部材を用いて変位を発生する構成について説明する。【００８１】
図１０は、この発明の実施の形態３に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
図１０を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、上述の実施の形態１と同様の可動子１００と、固定子２２０とを含む。本実施の形態に従うアクチュエータにおける可動子１００については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。固定子２２０は、代表的にマルテンサイト変態によって形状を変化させる変位部２２２を有しており、この変位部２２２による変位を受けて、アクチュエータの収縮動作が実現される。なお、本実施の形態における変位部２２２の変位速度は、上述の実施の形態１および２における変位速度に比較して、緩やかである。【００８２】
図１１は、この発明の実施の形態３に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。【００８３】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従う可動子は、Ｔｉ−Ｎｉ系材料からなる形状記憶合金ファイバ２２４を用いて構成される。より具体的には、形状記憶合金ファイバ２２４には、高温時の記憶形状として、ほぼ直線状の形状を与えておく。そして、この形状記憶合金ファイバ２２４を室温下においてコイル状に巻き、このコイル形状にした形状記憶合金ファイバ２２４を、たとえばゴムなどの弾性材料からなるリング部材２２６により結束する。【００８４】
このように構成された変位部２２２を加熱すると、形状記憶合金ファイバ２２４は記憶形状である直線形状に戻ろうとするため、変位部２２２の剛性が高まる。その結果、形状記憶合金ファイバ２２４は、リング部材２２６による締め付け力を超えて、径方向に押し広がっていく。【００８５】
本実施の形態に従う変位部２２２は、このような形状記憶合金ファイバ２２４が発生する径方向へ押し広がる力を用いて、径方向の変位（変形）を生じる。【００８６】
図１１（Ｃ）を参照して、本実施の形態では、電流源２２８から形状記憶合金ファイバ２２４に電流を通電し、この電流によって生じるジュール熱を用いて、形状記憶合金ファイバ２２４を加熱する。なお、形状記憶合金ファイバ２２４は、変態点を超えなければ変形を生じないので、電流源２２８の電流供給能力は、形状記憶合金ファイバ２２４の変態点に応じて適切に設計される。すなわち、電流源２２８は、形状記憶合金ファイバ２２４に対して変態点をまたぐ温度変化を与えることができるように、その供給電流値が設計される。【００８７】
このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、形状記憶合金ファイバ２２４が加熱されて径方向に押し広げるような力を連続的に発生させることで、固定子２２０が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、冷却されることで形状記憶合金ファイバ２２４の剛性が低下し、リング部材２２６による締め付け力によって形状記憶合金ファイバ２２４は押し潰される。その結果、可動子１００と固定子２２０とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。【００８８】
なお、形状記憶合金ファイバ２２４を加熱する方法としては、上述したように、電流源２２８から形状記憶合金ファイバ２２４に通電する構成に代えて、可動子１００の内側または外側に配置された熱源を用いて、形状記憶合金ファイバ２２４を直接的または間接的に加熱してもよい。【００８９】
温度変化を周期的に変動させることで、変位の振動を作り出すことができる。
［実施の形態３の第１変形例］
図１２は、この発明の実施の形態３の第１変形例に従う固定子２７０の構造を示す模式図である。【００９０】
図１２（Ａ）を参照して、本変形例に従う固定子２７０は、ユニモルフアクチュエータであり、積層された電歪ポリマーを一対含む。より具体的には、固定子２７０は、電歪ポリマーを主構成材とする変形層２７２ａおよび拘束層２７４を含み、両者は積層されて一体的に構成される。さらに、固定子２７０は、同様に積層された変形層２７６ａおよび拘束層２７８を含む。これらの積層された電歪ポリマー同士は、２つのスペーサ２８０を介して、長手方向の両端で互いに連結される。なお、変形層２７２ａおよび２７２ｂの各々は、電歪ポリマーからなる単一層を複数積層することで形成してもよい。【００９１】
変形層２７２ａの積層面と平行する両側には、変形層２７２ａの厚さ方向に電圧（電界）を印加するための一対の電極２７２ｂおよび２７２ｃが設けられている。一方、拘束層２７４の一方面は、電極２７２ｃと接しているものの、対向する面は電気的に解放状態となっている。同様に、変形層２７６ａの積層面と平行する両側には、変形層２７６ａの厚さ方向に電圧（電界）を印加するための一対の電極２７６ｂおよび２７６ｃが設けられている。一方、拘束層２７８の一方面は、電極２７６ｃと接しているものの、対向する面は電気的に解放状態となっている。【００９２】
上述したように、板状の電歪ポリマーの厚み方向に電圧（電界）を印加すると、印加する電圧の極性にかかわらず、電歪ポリマーは、その厚み方向に収縮するとともに、その面方向に広がる。【００９３】
電極２７２ｂと電極２７２ｃとの両端に電圧を印加すると、変形層２７２ａの厚さ方向に電圧（電界）が印加される。その結果、変形層２７２ａは面方向に広がる。すなわち、変形層２７２ａの表面には、面方向の応力が発生する。これに対して、拘束層２７４には電圧（電界）が印加されないので、拘束層２７４の表面には、面方向の応力が発生しない。【００９４】
すなわち、変形層２７２ａ（電極２７２ｃ）と拘束層２７４との接触面には、面方向の応力が発生する一方で、拘束層２７４の当該接触面に対向する面には、何らの応力も発生しない。このような発生応力のアンバランスの結果、変形層２７２ａおよび拘束層２７４は、紙面上方向に湾曲する（図１２（Ｂ）参照）。【００９５】
同様に、電極２７６ｂと電極２７６ｃとの両端に電圧を印加すると、変形層２７６ａ（電極２７６ｃ）と拘束層２７８との接触面には、面方向の応力が発生する一方で、拘束層２７８の当該接触面に対向する面には、何らの応力も発生しない。このような発生応力のアンバランスの結果、変形層２７６ａおよび拘束層２７８は、紙面下方向に湾曲する（図１２（Ｂ）参照）。【００９６】
交流電圧源２０８によって、変形層２７２ａおよび２７６ａの厚み方向に所定の交流電圧をそれぞれ印加することで、各積層された電歪ポリマーは、それぞれ変形および元の状態への復帰を繰返す。この結果、固定子２７０全体としては、径方向（図１２では、紙面上下方向）に周期的に変形することになる。さらに、変形層２６２に形成されたスリットの長手方向を固定子２６０の軸方向に一致させることで、固定子２６０の径方向への変形を生じさせることができる。【００９７】
駆動時には、このような固定子２７０の径方向への変形によって、受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２７０は元の（変形がない）形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。【００９８】
なお、電圧印加の方法としては、図１２に示すような交流電圧源２０８を含む電圧印加回路に代えて、もしくはそれに加えて、図５に示すような直流電圧源２５９およびスイッチ部ＳＷを含む電圧印加回路を採用してもよい。【００９９】
電圧を周期的に変動させることで、変位の振動を作り出すことができる。
［実施の形態３の第２変形例］
上述した図１１に示すように、変位部２２２が全体的に膨張する場合であっても可動子１００の収縮は実現できるが、可動子１００の受圧部１０２に接している部分が大きく膨張する構成がより好ましい。そこで、図１３に示すような形状の変位部を用いることで、可動子１００の収縮速度および収縮量をより大きくすることができる。【０１００】
図１３は、この発明の実施の形態３の第２変形例に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。【０１０１】
図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）を参照して、本変形例に従う可動子は、形状記憶合金からなる変位部２３４を含んで構成される。より具体的には、変位部２３４は、形状記憶合金をらせん状に巻いてバネとして形成したものである。この変位部２３４には、図１３（Ｂ）に示すような中心部が膨らんだ形状を記憶させておく。さらに、変位部２３４は、隣接する変位部２３４（図示しない）とバネ部材２３０を介して相互に連結される。このバネ部材２３０からの張力によって、室温下の変位部２３４は、中心部の膨らみが低減し、略円柱状の形状となる。【０１０２】
このような変位部２３４を図示しない電流源を用いて加熱することで、変位部２３４からは、図１３（Ｂ）に示すような形状に戻ろうとする復元力が発生する。図１３（Ｃ）に示すように、変位部２３４を可動子１００の受圧部１０２に接しておくことで、このような復元力が受圧部１０２に与えられる。その結果、軸方向の作用力が発生し、固定子が可動子１００内に収容される。【０１０３】
このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、変位部２３４が加熱されて径方向に押し広げるような力を連続的に発生させることで、固定子が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、冷却されることで変位部２３４の剛性が低下し、バネ部材２３０の張力によって変位部２３４は押し潰される。その結果、可動子１００と固定子とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。【０１０４】
温度変化を周期的に変動させることで、変位の振動を作り出すことができる。
その他の構成については、上述の実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。【０１０５】
＜実施の形態３による効果＞
この発明の実施の形態３によれば、上述の実施の形態１と同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。【０１０６】
［実施の形態４］
この発明の実施の形態４では、相転移による体積変化を利用して変位を発生する構成について説明する。【０１０７】
図１４は、この発明の実施の形態４に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
図１４を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、上述の実施の形態１と同様の可動子１００と、固定子２４０とを含む。本実施の形態に従うアクチュエータにおける可動子１００については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。【０１０８】
固定子２４０は、内圧を受けて少なくとも径方向に外形を変化し得る膨張収縮部２４２と、膨張収縮部２４２に封入され、相転移により体積が変化する媒質２４８とを含む。膨張収縮部２４２は、代表的にゴムなどの弾性体からなる袋状の部材である。また、媒質２４８としては、代表的に水などの常温で液体を維持する物質が好ましい。【０１０９】
さらに、固定子２４０には、媒質２４８を加熱するために膨張収縮部２４２内に設けられたヒータ部２４４と、ヒータ部２４４に電流を供給するための電源部２４６とを含む。【０１１０】
このように構成された固定子２４０内のヒータ部２４４に、電源部２４６から電流を供給し、媒質２４８をその沸点まで加熱すると、媒質２４８は液相から気相へ相転移する。この結果、膨張収縮部２４２の内圧が上昇し、膨張収縮部２４２はその外形を膨張させる。その結果、膨張収縮部２４２は、径方向に押し広がっていく。【０１１１】
本実施の形態に従う固定子２４０は、このような膨張収縮部２４２が発生する径方向へ押し広がる力を用いて、径方向の変位（変形）を生じる。なお、媒質２４８は、転移温度（この場合には、沸点）を超えなければ相転移を生じないので、電源部２４６の電力供給能力は、媒質２４８の転移温度に応じて適切に設計される。すなわち、電源部２４６は、媒質２４８の転移温度をまたぐ温度変化を与えることができるように、その供給能力が設計される。【０１１２】
このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、媒質２４８が加熱されて相転移を生じることで、膨張収縮部２４２から径方向に押し広げる力が発生する。この径方向に押し広げる力によって、固定子２４０が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、膨張収縮部２４２を介して放熱されることで、媒質２４８が冷却されて液体に戻り、膨張収縮部２４２は収縮する。その結果、可動子１００と固定子２４０とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。【０１１３】
温度変化を周期的に変動させることで、変位の振動を作り出すことができる。
＜実施の形態４による効果＞
この発明の実施の形態４によれば、上述の実施の形態１と同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。【０１１４】
［実施の形態５］
上述の実施の形態１〜４においては、非駆動時において、可動子と固定子とが外部からの僅かな力で自在に相対移動できる構成について説明した。本実施の形態では、このような非駆動時の自在に相対移動できるための構造について例示する。【０１１５】
図１５は、この発明の実施の形態５に従うアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。【０１１６】
図１５を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、可動子１１０には、固定子２００の断面形状に比較してより大きな断面形状をもつ穴部が形成されている。すなわち、可動子１１０には、固定子２００に対して所定のクリアランス１１２が設けてあり、固定子２００が径方向に変位を生じない非駆動時には、可動子１１０と固定子２００との相対移動に際して、両者の間に生じる摩擦力（応力）は相対的に小さくなる。【０１１７】
一例として、実施の形態２に従うアクチュエータ（図９）において、固定子２００を外形６ｍｍのシリコンチューブで構成し、可動子１１０を外形１０ｍｍで内径６ｍｍのプラスチック（代表的に、ジュラコン）で構成した場合には、駆動時に両者の間に働く駆動力は０．２Ｎ程度となる。【０１１８】
そこで、固定子２００と可動子１１０との間のクリアランス１１２は、非駆動時の両者の摩擦力が、駆動時の駆動力０．２Ｎより小さくなるように設計することが好ましい。【０１１９】
駆動力を周期的に変動させることで、変位の振動を作り出すことができる。
［実施の形態５の変形例］
代替的に、固定子と可動子との間をクリアランスではなく、点接触または線接触などの相対的に摩擦力を低減できるような支持部材を用いてもよい。【０１２０】
図１６は、この発明の実施の形態５の変形例に従うアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。【０１２１】
図１６を参照して、本変形例に従うアクチュエータにおいては、可動子１２０と固定子２００との間には、両者を点接触または線接触で支持するための突起部１２２が設けられている。この突起部１２２は、樹脂または金属からなる線状部材からなる。【０１２２】
このような突起部１２２は、外部からの応力に応じて弾性変形するため、固定子２００の移動に応じて、僅かな力で形状を変化させるため、非駆動時における可動子１２０と固定子２００との相対移動に要する摩擦力を低減できる。【０１２３】
また、図１６に示すような線状部材に代えて、膜状の部材からなる突起部を用いてもよい。【０１２４】
［実施の形態６］
上述の図１に示すような機構に本発明に係るアクチュエータを適用する場合には、必要な移動量（変位量）を実現するために、固定子が移動量に応じた長さだけ可動子内に収容される必要がある。すなわち、可動子は、固定子の全長のうち、必要な長さ分だけ収容できるように構成される必要がある。【０１２５】
また、本発明に係るアクチュエータを適用する機構に要求される特性によっては、可動子の変位が直線的であるとは限らない。そのため、必要に応じて、可とう性を有するように固定子を構成することが好ましい。【０１２６】
図１７は、この発明の実施の形態６に従うアクチュエータを直列接続した構成の一例を示す図である。図１７を参照して、本実施の形態では、図２に示す実施の形態２のアクチュエータと同様の固定子２１０を含むアクチュエータを用いる場合について例示する。【０１２７】
図１７（Ａ）を参照して、各可動子１３０の両端には、それぞれ固定子２１０が相対移動するための穴部が設けてある。駆動時には、それぞれの固定子２１０が変位を発生させることで、各固定子２１０は、それぞれの端が各可動子１３０の中に収容されることになる。【０１２８】
このとき、各可動子１３０から見ると、両端に位置する固定子２１０がそれぞれその中に進入してくることになり、その結果、隣接する可動子１３０の間の距離が縮まる。このとき、可動子１３０が直線形状であれば、両端に位置する可動子１３０は、略同一の軸上を可動子１３０の中心に向けてそれぞれ移動することになる。しかしながら、適用される機構によっては、外力を受けることによって、両端の可動子１３０が同一の軸上を移動しない場合もある。このような場合には、当該外力に適応できるように、可動子１３０を樹脂などで構成することで、可動子１３０に可とう性（弾性）を持たせることが好ましい。【０１２９】
一方で、非駆動時における滑り動作時には、固定子２１０と可動子１２０との間の伸張動作を妨げないことが必要である。すなわち、可動子１３０は、曲げ方向には柔軟であるが、伸び方向には所定の剛性を持つ必要がある。【０１３０】
そこで、図１７（Ｂ）に示すように、外装にスリット１３２を形成して、曲げ方向の剛性を低減することで、曲げ方向に柔軟であり、かつ伸び方向に剛性をもつ可動子１３０を構成することができる。【０１３１】
あるいは、所定の方向に強化繊維を配合することにより、可動子１３０に配向方向の異方性を持たせるようにしてもよい。【０１３２】
＜実施の形態６による効果＞
この発明の実施の形態６によれば、アクチュエータの適用される機構（アプリケーション）に応じて、適切な方向に駆動力を発揮できる。【０１３３】
［実施の形態７］
上述の図１に示すような機構に本発明に係るアクチュエータを適用する場合には、各アクチュエータにどのような外力が加わった場合であっても、アクチュエータを保護する必要がある。このような保護機能の一例として、この発明の実施の形態７では、固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制するための構成について例示する。【０１３４】
図１８は、この発明の実施の形態７に従うアクチュエータの要部を示す断面図である。
図１８を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータでは、固定子２９０に可動子１４０との間の相対移動を規制するためのストッパ部２９２，２９４が形成されている。【０１３５】
より具体的には、各固定子２９０の中心部（隣接する可動子１４０の中間）に形成されたストッパ部２９２は、過挿入防止ストッパであり、可動子１４０内における固定子２９０同士の干渉を防止する。すなわち、駆動時の収縮動作では、各可動子１４０にはその両側から固定子２９０が収容されるため、何らの規制を行なわないと、可動子１４０内で隣接する固定子２９０同士が干渉し得る。そこで、そこで、可動子１４０の穴部の断面形状より大きな断面形状をもつストッパ部２９２を形成することで、固定子２９０の干渉防止を行なう。【０１３６】
また、各固定子２９０の両端に形成されたストッパ部２９４は、抜け防止ストッパであり、固定子２９０が可動子１４０から抜け出ることを防止する。すなわち、非駆動時の滑り動作では、可動子１４０と固定子２９０との間の摩擦力は非常に小さいので、僅かな外力を受けて固定子２９０は可動子１４０から抜け出ようとする。そこで、可動子１４０の受圧部の断面形状より大きな断面形状をもつストッパ部２９４を形成することで、固定子２９０の抜け防止を行なう。【０１３７】
なお、可動子１４０にリング状の受圧部を挿入することでアクチュエータを形成する場合には、受圧部自身が抜け出るおそれがあるので、可動子１４０の両端には、受圧部の抜け防止に突起部を設けることが好ましい。【０１３８】
＜実施の形態７による効果＞
この発明の実施の形態７によれば、適用先の機構（アプリケーション）において要求される伸縮特性に関わらず、各アクチュエータを保護することができるのので、アクチュエータの堅牢性を高めることができる。【０１３９】
［実施の形態８］
上述の実施の形態１〜７においては、可動子内に固定子が収容される構成について例示したが、固定子内に可動子が収容されるようにしてもよい。【０１４０】
図１９は、この発明の実施の形態８に従うアクチュエータの要部を示す断面図である。
図１９を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、図９に示す実施の形態２に従うアクチュエータにおける固定子と可動子との機能を入れ替えたものに相当する。具体的には、本実施の形態に従うアクチュエータは、可動子３００と、固定子４０２とを含む。【０１４１】
可動子３００は、その両サイドに配置された回転体３０２と、回転体３０２の回転軸から偏心して連結された偏心体３０４とを含む。回転体３０２は、代表的にモータなどの電動機からなり、アクチュエータの駆動時において、図示しない電源装置から供給される電力によって回転運動を生じる。この可動子３００と一体化された回転体３０２の回転に伴って偏心体３０４も回転し、この偏心体３０４の回転に伴って径方向に偏心力が生じる。そして、この径方向への偏心力によって、可動子３００の両端部が径方向に変形を生じる。【０１４２】
一方、固定子４０２は、中空構造の回転体３０２を貫通して回転自在に構成されており、その両端には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一な受圧部４０４が形成されている。そして、アクチュエータの可動時に可動子３００が発生する少なくとも径方向の変位を受けて、受圧部４０４は、可動子３００および固定子４０２を軸方向に沿って所定の向き（可動子３００同士が近接する向き）に相対移動させるための作用力を及ぼす。【０１４３】
その他の構成は、上述した実施の形態２とほぼ同様であるので、詳細な説明は繰返さない。【０１４４】
なお、本実施の形態では、説明の便宜上、図９に示す実施の形態２に従うアクチュエータにおける固定子と可動子との機能を入れ替えた構成について例示したが、その他の実施の形態についても、同様に固定子と可動子との位置関係を入れ替えることができる。【０１４５】
＜実施の形態８による効果＞
この発明の実施の形態８によれば、固定子の構造を簡素化できるので、伸縮量が長いアクチュエータなどを容易に実現することができる。【０１４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【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】
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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１２】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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