(57)【要約】  リンク部材（１）を介して、導電性高分子膜（２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂ）が、各々固定枠（３ａ，５ａ）に接続され、電解質托体層（６）を導電性高分子膜（２ａ，４ｂ及び２ｂ，４ａ）に接するように配置する。固定枠（３ａと５ａ）はリンク部材（１）で拘束される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１リンク部材は、上記第１及び第２導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁し、上記第２リンク部材は、上記第３及び第４導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁している請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に与える電位差と、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に与える電位差とを、酸化還元反応による上記第１〜上記第４導電性高分子膜の膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成し、上記第３及び第４の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成している請求項３に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を上記電解質托体層を介して接続し、上記導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮するように構成された平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記固定枠を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記リンク部材を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを少なくとも３個接続する際に、一つおきの上記固定枠に備えた導電性高分子膜同士を概直線的に連結して荷電する構成とした請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項９】
上記第１及び第４導電性高分子膜を一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第３及び第２導電性高分子膜を別の一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材とが一体に接続されて１つの絶縁性のリンク部材で構成し、上記絶縁性のリンク部材により、上記一枚の導電性高分子膜と上記別の一枚の導電性高分子膜とが中心部で互いに交差しかつ互いに接触しないように保持している、請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項１０】
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材、又は、異なる部材でかつ互いに連結された部材より構成されている請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、隣接する上記複数の導電性高分子アクチュエータの上記固定枠と上記固定枠との間にスペーサを備える請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を屈曲可能な指の駆動源として配置したロボットハンド。
【請求項１３】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置により可動レンズをレンズフレームに対して移動させるメガネ。
【請求項１４】
平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法であり、
上記導電性高分子アクチュエータは、
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成される導電性高分子アクチュエータであって、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張させて、
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和を、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位にする平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板積層型導電性高分子アクチュエータ及び平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置、並びにその作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少子高齢化のような社会背景に伴い、家庭用ロボット等の人の近傍にて動作する、或いは、人と協調して作業をする機械に対するニーズは高まっている。その際、複雑な作業へのしなやかな動き、又は、人との衝突時の安全性といった観点から、人間の筋肉のような柔軟な特性を有する人工筋肉アクチュエータへの期待が高まっている。人工筋肉アクチュエータとしては空圧を使用したもの等、種々の材料又は制御方式が提案されている。その中の一つとして近年、導電性高分子を用いたアクチュエータが考案されている。【０００３】
導電性高分子を用いたアクチュエータの一例としては、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ示すようなバイモルフ型の変形を利用するアクチュエータが提案されている。このアクチュエータは、図１６Ａに示すように、導電性高分子膜であるポリアニリン膜体１５０ａ、１５０ｂにより固体電解質成形体１５１を挟み込む構成となっている。スイッチ１５２をオンすることで、電源１５３において設定された電位差がポリアニリン膜体１５０ａ、１５０ｂ間に与えられ、図１６Ｂに示されるように、一方のポリアニリン膜体１５０ｂには陰イオンが挿入されて伸長し、他方のポリアニリン膜体１５０ａからは陰イオンが離脱して収縮し、結果としてバイモルフ型の変形が発生するようになる。電位差が逆の場合には、図１６Ｃに示すように、図１６Ｂとは逆方向に変形する（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
この構成では、電極として作用する二つの導電性高分子膜の変位量の差により変形を発生させているが、一方で、電解質托体層を液体若しくはゲル状の物質とすることで、両電極の影響がお互いに影響しないようにし、片方の導電性高分子の変位のみを取り出して伸縮変形を行うアクチュエータとする構成も知られている。この場合、変形に利用しない電極については、導電性高分子である必要はなく、主に金属電極が用いられているが、金属電極上に導電性高分子を設けることも可能である。【０００５】
このような導電性高分子アクチュエータは、１．５Ｖ〜５．０Ｖの比較的低電圧で筋肉に匹敵するような応力を発生することから、人工筋肉としての実用化が期待されている。【０００６】
なお、液体若しくはゲル状の電解質托体層としては、室温で溶融している塩として定義されるイオン液体が使用される。イオン液体は新たな機能性液体として注目されているが、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム又はビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが知られており、陽イオンと陰イオンの電荷が非局在化することで両者間のクーロン力が小さく、室温で液体であり得る。蒸気圧が低く蒸発損失がほとんど無く、難燃性であり、熱及び酸化安定性に優れるものが多く、潤滑性能も高い。このイオン液体を絶縁シートに塗布する、或いは、イオン液体自身をゲル化することで、電解質托体層を形成させる。【０００７】
また、導電性高分子が膜状であることから、導電性高分子膜を筒形状に構成することで導電性高分子膜の座屈を防止し、剛性を持たせることが提案されている。図１７Ａに示すように、伸長と収縮の２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂを円周方向に交互に並べて、各々が交差するように、内側筒状部材６１ａと外側筒状部材６１ｂの端部に連結させることにより、一方の伸長時に片方が負荷を負担することで、剛性を持たせている。図１７Ｂには、円周方向の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの配置の一例を示している。さらに、図１７Ｃに示すように、この筒状部材を導電性高分子６２ａ及び６２ｂで構成して、変位量を増大させる方法も示されている（例えば、特許文献２参照）。【０００８】
さらに、図１８に示すように、導電性高分子膜７０ａ及び７０ｂをクロスして積層した構成において、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するリンク機構７１により接続することで、予圧を与える必要なく、伸長方向の駆動力と、収縮方向の剛性を持つアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１６９３９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５３９６号公報
【特許文献３】特許第３８１７２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述した構成のアクチュエータにも課題がある。【００１１】
特許文献１の方法では、バイモルフ型の変形を利用するために、さらに導電性高分子膜を積層させることによる変位の拡大、或いは、応力の拡大を自由に変更することが困難である。変位の拡大には、導電性高分子膜の長さを変え、応力の拡大には導電性高分子膜の幅を拡大する必要があるが、複数枚の導電性高分子膜を積層することは不可能である。特に、特許文献１の構成は、積層が困難である構成である。【００１２】
特許文献２の方法では、導電性高分子膜を筒形状にして剛性を持たせた上で、図１７Ａに示すように筒状部材６１ａ，６１ｂの円周方向に伸長と収縮する２種類の膜６０ａ，６０ｂを幅方向に交互に並べた構成となっている。このため、特許文献１の図１６Ａに示すような導電性高分子膜が厚さ方向に面で対向して配置されている場合と大きく異なり、電解質托体層を介しての効率的なイオンの挿入及び離脱が困難であるという課題を有している。これは、図１７Ｂに示すような配置ではなくて、もっと円周方向に高い密度で配置したと仮定しても、隣接する導電性高分子膜間でのイオンの移動は、高分子膜が面で対向する構成と比し、効率が低下する。従って、アクチュエータとして十分な応力と変位を出力することが困難である。また、図１７Ｃに示された構成では、具体的な筒状部材に相当する支持体に関する記述がないため、導電性高分子膜６２ａ及び６２ｂの座屈が発生するため、アクチュエータとしては機能しない。【００１３】
特許文献３の方法では、伸長と収縮の両方で、予圧を与えることなく伸長方向の駆動力と収縮方向の剛性を実現できているが、駆動力の取り出せる方向が垂直に交差する２方向に分散している点、及び積層する導電性高分子の膜７０ａ及び７０ｂの枚数を増加させても変位は増加しないという欠点がある。【００１４】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により、変位を拡大することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータ及び平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置、並びにその作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】
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、以下のように構成する。【００１６】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
よって、本発明によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により、変位を拡大することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータに関するもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により効率的なイオン移動が行え、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能なアクチュエータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分のアクチュエータユニットの外観を示す斜視図であり、
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分を側面から示した図１ＡのＢ−Ｂ線の断面図であり、
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分を側面から示した図１ＡのＣ−Ｃ線の断面図であり、
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータと比して、スペーサが無い平板積層型導電性高分子アクチュエータに関して、その概半分を示した斜視図であり、
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分を側面から示した図１ＤのＥ−Ｅ線の断面図であり、
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの外観を示す図であり、
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの導電性高分子膜に垂直な長手方向の図２ＡのＢ−Ｂ線の断面図であり、
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの導電性高分子膜に垂直な長手方向の図２ＡのＣ−Ｃ線の断面図であり、
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータと比して、スペーサが無い平板積層型導電性高分子アクチュエータを示した斜視図であり、
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを側面から示した図２ＤのＥ−Ｅ線の断面図であり、
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示すゼロ電位状態（初期状態）での配線図であり、
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータへのスイッチをオンした際の電圧と変位の方向を示した図であり、
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータに対して、図３Ｂの電圧とは逆方向に印加した場合の図であり、
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａの本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、図４Ｂとは逆電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の第２実施形態の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の第２実施形態の別の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の第２実施形態のさらに別の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａの本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、図５Ｂとは逆電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、図６Ｂとは逆電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の第４実施形態の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例であって、図４Ｂの構成のパターンと図６Ｂの構成のパターンを組み合わせた場合を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図７Ａ】図７Ａは、図４Ａの本発明の上記第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の配線の一例を示す図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６Ａの本発明の上記第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の配線の一例を示す図であり、
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の他の実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの外観の一例を示す斜視図であり、
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータがねじられた状態を示す斜視図であり、
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを２個積層して平板積層型導電性高分子アクチュエータを構成した状態での斜視図であり、
【図８Ｄ】図８Ｄは、図８Ｃの平板積層型導電性高分子アクチュエータの図８ＣのＤ−Ｄ線断面図であり、
【図９】図９は、本発明のさらに他の実施の形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す断面図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図１０】図１０は、本発明のさらに他の実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの一例を示す斜視図であり、
【図１１】図１１は、本発明のさらに他の実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す断面図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図であり、
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の上記実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を４指型把持ハンドに適用する場合の斜視図であり、
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの４指型把持ハンドの関節駆動機構の一部断面の側面図であり、
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１２Ａの４指型把持ハンドの関節駆動機構の変形状態を表す一部断面の側面図であり、
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、図１２Ａの４指型把持ハンドの関節駆動機構の実寸例を示す一部断面の側面図であり、
【図１３Ａ】図１３Ａは、従来のレンズ可変メガネの斜視図であり、
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の上記実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例をメガネに適用する場合の斜視図であり、
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１３Ｂの本発明の上記実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置のメガネに使用可能な凹レンズと凸レンズの側面図であり、
【図１４Ａ】図１４Ａは、特開平３−２４３１７４号公報に開示された構成を示す縦断面図であり、
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａの特開平３−２４３１７４号公報に開示された構成を示す縦断面図であり、
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す縦断面図であり、
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、図１４Ｃの特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す、一部破断した横断面図であり、
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、図１４Ｃの特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す縦断面図であり、
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成より、容易に想到できる構成及びその構成による動作について、仮想的に考察した例の構成を示す縦断面図であり、
【図１４Ｇ】図１４Ｇは、図１４Ｆの構成による動作を示す縦断面図であり、
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第５実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータを示す分解説明図であり、
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを一部組み立てた状態での分解説明図であり、
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを組み立てた状態での説明図であり、
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１５Ｃの平板積層型導電性高分子アクチュエータにおいて配線をさらに取り付けた状態での説明図であり、
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、図１５Ｃの平板積層型導電性高分子アクチュエータに、さらに、別のリンク部材を追加して第５実施形態の変形例とした平板積層型導電性高分子アクチュエータの組み立てる状態を示す分解説明図であり、
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、第５実施形態の変形例にかかる図１５Ｅの平板積層型導電性高分子アクチュエータを組み立てた状態を示す説明図であり、
【図１５Ｇ】図１５Ｇは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータにおいて配線をさらに取り付けた状態での説明図であり、
【図１５Ｈ】図１５Ｈは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を説明するための一枚の導電性高分子膜の図であり、
【図１５Ｉ】図１５Ｉは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を説明するための第４リンク部材の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であり、
【図１５Ｊ】図１５Ｊは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータを固定枠に設定して組み立てた状態を示す説明図であり、
【図１５Ｋ】図１５Ｋは、本発明にかかる第５実施形態の変形例にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示した配線図であり、
【図１５Ｌ】図１５Ｌは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、スイッチ５２をオンした際の電圧と変位の方向を示した図であり、
【図１５Ｍ】図１５Ｍは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、図１５Ｌの電圧の印加方向とは逆方向に電圧を印加した場合の図であり、
【図１５Ｎ】図１５Ｎは、本発明の第５実施形態の変形例における多数の平板積層型導電性高分子アクチュエータで構成されたアクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の断面図であり、
【図１６Ａ】図１６Ａは、バイモルフ型の変形を利用する従来のアクチュエータの一例を示す概略断面図であり、
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、スイッチをオンした状態での、図１６Ａのバイモルフ型の変形を利用する従来のアクチュエータを示す概略断面図であり、
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図１６Ｂと電位差が逆の場合の、図１６Ａのバイモルフ型の変形を利用する従来のアクチュエータを示す概略断面図であり、
【図１７Ａ】図１７Ａは、導電性高分子膜を筒形状に構成した、従来のアクチュエータを示す概略断面図であり、
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７Ａの従来のアクチュエータにおいて円周方向の導電性高分子膜の配置の一例を示す図であり、
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、図１７Ａの従来のアクチュエータにおいて筒状部材を導電性高分子膜で構成して変位量を増大させる方法を示す図であり、
【図１８】図１８は、従来の別のアクチュエータを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細を説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。【００２０】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。【００２１】
このような構成によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００２２】
本発明の第２態様によれば、上記第１リンク部材は、上記第１及び第２導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁し、上記第２リンク部材は、上記第３及び第４導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁している第１の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。【００２３】
このような構成によれば、各々の導電性高分子膜に適切な電圧を印加することが可能で応力又は変位量を適切にコントロールすることができ、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００２４】
本発明の第３態様によれば、上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に与える電位差と、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に与える電位差とを、酸化還元反応による上記第１〜上記第４導電性高分子膜の膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加したことを特徴とする第１〜２のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。【００２５】
このような構成によれば、各々の導電性高分子膜に適切な電圧を印加することで、アクチュエータとしての剛性を維持しつつ、応力又は変位量を適切にコントロールすることができる平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００２６】
本発明の第４態様によれば、上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成し、上記第３及び第４の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成している第３の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。【００２７】
このような構成によれば、導電性高分子膜に印加する電圧をほぼ一定にすることでき、アクチュエータとしての剛性を維持しつつ、応力又は変位量のコントロールを簡素化することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００２８】
本発明の第５態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を上記電解質托体層を介して接続し、上記導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮するように構成された平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。【００２９】
このような構成によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層により変位を拡大、或いは、応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００３０】
本発明の第６態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記固定枠を互いに連結することで構成した第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。【００３１】
このような構成によれば、高密度な積層により変位を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００３２】
本発明の第７態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記リンク部材を互いに連結することで構成した第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。【００３３】
このような構成によれば、高密度な積層により応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００３４】
本発明の第８態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを少なくとも３個接続する際に、一つおきの上記固定枠に備えた導電性高分子膜同士を概直線的に連結して荷電する構成とした第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。【００３５】
このような構成によれば、積層により複雑化する配線に関して、駆動時の変位に依存せず、概直接的な配線による簡易な構成と製造プロセスを実現できる平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００３６】
本発明の第９態様によれば、上記第１及び第４導電性高分子膜を一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第３及び第２導電性高分子膜を別の一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材とが一体に接続されて１つの絶縁性のリンク部材で構成し、上記絶縁性のリンク部材により、上記一枚の導電性高分子膜と上記別の一枚の導電性高分子膜とが中心部で互いに交差しかつ互いに接触しないように保持している、第１又は２の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。【００３７】
このような構成によれば、印加電圧の極性の異なる導電性高分子膜間での絶縁性能の向上と、印加電圧の極性が同じ導電性高分子膜同士を一体化したことによる配線の簡易化を実現、リンク部材における接続時の屈曲部分での集中応力を回避して、導電性高分子膜の切断等のトラブルを回避できる構成が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００３８】
本発明の第１０態様によれば、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材、又は、異なる部材でかつ互いに連結された部材より構成されている第１〜７のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。【００３９】
本発明の第１１態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、隣接する上記複数の導電性高分子アクチュエータの上記固定枠と上記固定枠との間にスペーサを備える第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。【００４０】
このような構成によれば、スペーサにより上記固定枠と上記固定枠とが互いに円滑に摺動することができる。【００４１】
本発明の第１２態様によれば、第５〜１１のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を屈曲可能な指の駆動源として配置したロボットハンドを提供する。【００４２】
本発明の第１３態様によれば、第５〜１１のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置により可動レンズをレンズフレームに対して移動させるメガネを提供する。【００４３】
本発明の第１４の態様によれば、
平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法であり、
上記導電性高分子アクチュエータは、
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成される導電性高分子アクチュエータであって、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張させて、
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和を、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位にする平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法を提供する。【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。【００４５】
（第１実施形態）
図１Ａ〜図３Ｃは、本発明にかかる第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ及びその作動方法の一例を示した図である。この第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０の全体構造は図２Ａの斜視図である。導電性高分子アクチュエータ４０は、それを構成する部品としてのアクチュエータユニットを、複数個例えば２個、積層し、かつ、その間に電解質托体層（例えば、第１電解質托体層と第２電解質托体層）６を挟み込んで構成している。すなわち、具体的には、第１アクチュエータユニット４０Ａを２個積層し（別の図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａは、後述するように、第２アクチュエータユニット４０Ｂと称しており、図では、アクチュエータユニット４０Ａとアクチュエータユニット４０Ｂとを積層し）、かつ、その間に電解質托体層６を挟み込んで導電性高分子アクチュエータ４０を構成している。【００４６】
図１Ａは、上記第１アクチュエータユニット４０Ａの斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａを側面から示したＢ−Ｂ線の断面図である。図１Ｃは、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａを側面から示したＣ−Ｃ線の断面側面図である。【００４７】
図１Ａにおいて、２ａ、２ｂは酸化還元反応に伴って膨張収縮変形する導電性高分子製の矩形、例えば長方形の伸縮体で、膜状の導電性高分子膜（例えば、上記第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜）である。導電性高分子膜２ａ、２ｂをそれぞれ構成する導電性高分子としては、ポリピロール、若しくは、ポリアニリン等が利用可能であるが、ポリピロールは変位量が大きい点で望ましい。また、導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みはそれぞれ５μｍから３０μｍ程度であるのが望ましい。材質にも大きく依存するが、導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みは、５μｍより薄いと強度的に弱く、３０μｍより厚いと内部までイオンの出入りが困難となるため発生変位が小さくなり、同時に動作速度も低下するため、適切ではない。第１実施形態の１つの実例では、厚さ１５μｍ、長さ２５ｍｍ、幅５ｍｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。【００４８】
図１Ｂは、図１Ａに示した平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０の第１アクチュエータユニット４０Ａに関して、導電性高分子膜２ａ、２ｂに垂直な長手方向沿いの図１ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。導電性高分子膜２ａ、２ｂは直方体の板状でかつ電気的に絶縁体のリンク部材（例えば、第１リンク部材）１を介して互いに接続され、各々の端部は四角形の絶縁性の固定枠（例えば、上記第１固定枠）３ａの図１Ａの上下の端部にそれぞれ固定して保持されている。ここでは、一例として、固定枠を絶縁性としたが、これに限られるものではなく、固定枠が非絶縁体である場合には、電極又は導電性高分子膜、特に電解質托体層と固定枠との間に絶縁部材を配置すればよい。よって、導電性高分子膜２ａ、２ｂは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、固定枠３ａ内で張力で緊張状態に保持されている。そのため、導電性高分子膜２ａ、２ｂは座屈することなく、また導電性高分子膜２ａ、２ｂの長手方向に対して垂直な方向（導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚み方向）からの外力Ｆに対しても、導電性高分子膜２ａ、２ｂの張力により一定に保持されている。なお、固定枠３ａの長手方向沿いの側部の表面には、四角柱の棒状のスペーサ３ｂを有している。スペーサ３ｂには、例えば、摩擦抵抗の少なく、耐腐食性の高い材料として、テフロン（登録商標）を使用して構成することが望ましい。このように、摩擦抵抗の少ない材料をスペーサ３ｂに使用することにより、スペーサ３ｂが、その対向して接触する部材との接触面が滑りやすく構成している。スペーサ３ｂは、製作の簡易化のために絶縁体を使用するのが好ましい。もし、スペーサ３ｂが非絶縁体である場合には、電極又は導電性高分子膜、特に電解質托体層とスペーサ３ｂとの間に絶縁部材が必要となる。【００４９】
図１Ｄは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの第１アクチュエータユニット４０Ａと比して、スペーサ３ｂが無いアクチュエータユニット４０Ｂを示した斜視図である。図１Ｅは、図１Ｄの第２アクチュエータユニット４０Ｂを側面から示したＥ−Ｅ線の断面図である。第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとは、スペーサ３ｂを除くと、全く同一形状及び同一構造である。【００５０】
この第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０は、基本的には、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａを２個用意し、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａの表面側に、別の図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａ（以下、第２アクチュエータユニット４０Ｂと称する。）の表面側を重ね合わせることにより、スペーサ３ｂ，３ｂ同士が摺動可能に接触しながら、積層されて構成するようにしている。【００５１】
なお、以下の説明においては、第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとの動作を区別して説明するために、以下のように、対応関係がある。第２アクチュエータユニット４０Ｂの導電性高分子膜２ａ、２ｂは導電性高分子膜４ｂ，４ａ（例えば、上記第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜）として図示している。また、固定枠３ａは固定枠（例えば、上記第２固定枠）５ａとして図示している。また、スペーサ３ｂはスペーサ５ｂとして図示している。また、リンク部材１は２つの第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとで共有するため、そのままリンク部材１として図示している。図２Ａのリンク部材１（例えば、第１リンク部材と第２リンク部材とが一体に接続されて構成されたリンク部材）は、図１Ａのリンク部材１と同じものである。その一端部（図２Ａでは奥側の端部）が第１アクチュエータユニット４０Ａの導電性高分子膜２ａ、２ｂとに接続される一方、その他端部（図２Ａでは手前側の端部）が第２アクチュエータユニット４０Ｂの導電性高分子膜４ｂ，４ａとに接続されるように構成されている。導電性高分子膜４ｂ，４ａと固定枠５ａとスペーサ５ｂとは、単に参照符号を変えただけであり、その基本的な構造又は材料又は機能などは、第１アクチュエータユニット４０Ａのそれぞれの部材と同一のものである。【００５２】
図２Ａは、第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとで構成される上記第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０の外観を示した斜視図である。図２Ｂは導電性高分子アクチュエータ４０の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向沿いのＢ−Ｂ線の断面図である。図２Ｃは導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向沿いのＣ−Ｃ線の断面図である。【００５３】
図２Ａでは、図１Ａに示したリンク部材１（例えば第２リンク部材）を介して、導電性高分子膜４ａと４ｂとが互いに接続されるように構成している。さらに、図２Ｂに示したように、リンク部材１の上側では、ゲル状のイオン液体である電解質托体層６を、導電性高分子膜２ａと導電性高分子膜４ｂに接するように設置している。また、リンク部材１の下側では、同様に、ゲル状のイオン液体である電解質托体層６を、導電性高分子膜２ｂと導電性高分子膜４ａに接するように設置している。それぞれの電解質托体層６の厚みは５μｍから５０μｍ程度が望ましい。電解質托体層６の厚みが５μｍより厚いと導電性高分子膜を密に配置することができない。逆に、電解質托体層６の厚みが５０μｍより薄過ぎると、電解質托体層６中に含まれるイオンが少なくなり、駆動力又は変位量が低下する。ここで、電解質托体層６はゲル状であるので、接する導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａとはそれぞれ接合しておらず、スライドすることが可能となっている。第１実施形態では、１つの具体例として、厚さ３０μｍの電解質托体層６を使用している。なお、図２Ｃに示すように、固定枠３ａのスペーサ３ｂと同様に、固定枠５ａには両側に四角柱の棒状スペーサ５ｂを有しており、固定枠３ａと固定枠５ａの間は、スペーサ３ｂとスペーサ５ｂとによって、電解質托体層６の厚さに相当する間隙で維持される構成となっている。つまり、スペーサ３ｂ，５ｂのそれぞれの高さは電解質托体層６の厚さの約半分である。また、固定枠３ａに固定されたスペーサ３ｂと、固定枠５ａに固定されたスペーサ５ｂとが、互いに摺動自在に接触している。【００５４】
図２Ｂに示すように、固定枠３ａと固定枠５はリンク部材１で拘束されているが、導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａの伸縮方向に自由にそれぞれ移動できる構成である点が特徴である。【００５５】
図２Ｄは、図２Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータと比して、スペーサ３ｂとスペーサ５ｂが無い平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓを示した斜視図である。図２Ｅは、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓを側面から示したＥ−Ｅ線の断面図である。このような構成では、スペーサ３ｂ、５ｂが無いため、電解質托体層６の厚さに相当する分は、固定枠３ａ、５ａの厚みを大きくして、固定枠３ａと５ａとが摺動自在に直接接触することで対応することになる。この場合には、構造が簡単になるメリットがある。しかしながら、固定枠３ａ、５ａ自身を摩擦係数の低い材料で構成する必要があり、後述するような固定枠３ａ、５ａ同士を滑ることなく連結して固定するとき、テフロン（登録商標）等の摩擦係数の小さい材料では、樹脂系の接着剤を使用すると接合し難い傾向が有るため、小さな開口等を設けてボルト締めのような形式で固定する必要が生じる場合がある。以降は、構造が簡単になるメリットの大きさを優先して、スペーサ３ｂ、５ｂが無い場合にて説明する。【００５６】
図３Ａは、本発明にかかる第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示した配線図である。図３Ｂは、図３Ａの導電性高分子アクチュエータにおいて、スイッチをオンした際の電圧と変位の方向を示した図である。図３Ｃは、図３Ａの導電性高分子アクチュエータにおいて、図３Ｂの電圧の印加方向とは逆方向に電圧を印加した場合の図である。電圧制御回路を内蔵した電源回路５４は、スイッチ５２を介して、一方の電極を導電性高分子膜２ｂ及び４ｂに、片方の電極を導電性高分子膜２ａ及び４ａにそれぞれ接続している。以下、導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａの駆動に関して、ここでは、陽イオンの出入りに起因するものとして説明することとする。なお、導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａが伸縮する要因として、陰イオンの出入り、陽イオンの出入り、高分子構造の変化等があるが、ポリピロール等の材料では陽イオンの出入りが主たる変形メカニズムと言われている。このメカニズムについては、使用する導電性高分子又はイオン液体の種類に依存する。【００５７】
図３Ｂに示すように、電解質托体層６とのイオン交換による導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａの伸縮によって、リンク部材１を駆動することが可能となる。導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ｂと４ａは各々、伸長と収縮を交互に行い、常に変位量が等しくなるように設定することで、与圧を必要とせず、座屈することなく、リンク部材１を往復の双方向で剛性と駆動力を発生させることが可能となっている。ここで、導電性高分子膜２ａと２ｂの変位量及び導電性高分子膜４ｂと４ａの変位量が、それぞれ、常に等しくなるように設定する方法としては、導電性高分子膜２ａと２ｂの間及び導電性高分子膜４ｂと４ａの間にそれぞれ与える電位差を、酸化還元反応による導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ｂと４ａのそれぞれの膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加するのが有効である。或いは、上記方法としては、導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ｂと４ａを同じ長さ、同じ材料で構成し、導電性高分子膜２ａと２ｂの間及び導電性高分子膜４ｂと４ａの間にそれぞれ与える電圧の絶対値を同等にすることが有効である。なお、導電性高分子膜２ａと２ｂ及び４ｂと４ａのそれぞれの特性の差異又は寸法が異なる場合には、各導電性高分子膜２ａと２ｂ及び４ｂと４ａに与える電圧の大きさ又は時間変化を最適に制御することで同様な効果を得ることは可能である。【００５８】
図３Ｂにおいて、電源回路５４から、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂにマイナスの電位が掛かり、導電性高分子膜２ａ及び４ａにはプラス電位が掛かっている。このとき、陽イオンが、負電極側の導電性高分子膜２ｂ及び４ｂに引き寄せられて、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂの内部に入り込む。この過程に伴って、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂはそれぞれ長手方向に伸長する。一方、導電性高分子膜２ａ及び４ａは正電極側なので、導電性高分子膜２ａ及び４ａの内部の陽イオンは電解質托体層６中に移動するため、導電性高分子膜２ａ及び４ａはそれぞれ長手方向に収縮する。ここで、前述した図１Ｂの場合と同様に、導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ａと４ｂは、伸長と収縮による変位量が等しくなるようにそれぞれ設定しておく。その結果、リンク部材１を中心として、固定枠３ａ及び５は、相対的に導電性高分子膜の伸縮方向に変位する。図３Ａの固定枠３ａ及び５の初期位置と比較して、仮にリンク部材１を固定しているとすると、図３Ｂでは、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠３ａは初期位置より下方に移動するとともに、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠５は初期位置より上方に移動することになる。よって、固定枠３ａ及び５の相対的な変位量は、一つの導電性高分子膜の変位量の約２倍である。なお、駆動力に関しては、一つの導電性高分子膜の駆動力の約１倍、つまり同等である。また、固体枠３と５による伸長に対する応力として、圧縮方向の外力に対しては収縮している導電性高分子膜２ａと４ａにより剛性を有し、引張方向の外力に対しては伸長している導電性高分子膜４ａと４ｂにより剛性を維持されることが特徴である。【００５９】
図３Ｃでは、逆に、電源回路５４から、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂにプラスの電位が、導電性高分子膜２ａ及び４ａにはマイナス電位が掛かっており、変位方向は図３Ｂとは逆になる。すなわち、図３Ａの固定枠３ａ及び５の初期位置と比較して、仮にリンク部材１を固定しているとすると、図３Ｃでは、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠３ａは初期位置より上方に移動するとともに、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠５は初期位置より下方に移動することになる。なお、変位量と駆動力、そして剛性に関しては、それぞれ、図３Ｂと同じである。【００６０】
特に、第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータでは、電解質托体層６を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａと４ｂ及び導電性高分子膜２ｂと４ａが、それぞれ、面で対向する構成となっていることも特徴であり、さらに伸長と収縮を繰り返して駆動力を発生する場合には、面で対向する導電性高分子膜２ａと４ｂ及び２ｂと４ａがいわゆるコンデンサにおけるチャージと同様に、お互いの導電性高分子膜２ａと４ｂ及び２ｂと４ａの内部に残留するイオンの往復が発生して、電源回路５４からの電気エネルギの消耗を最小限に抑えるとも言われている。従って、このような配置構成は、省スペースであると同時に、省エネで効率的な駆動が可能な最良の構成とも言える点が、特徴である。【００６１】
以上のように、第１実施形態によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層６を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａと４ｂ及び２ｂと４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。【００６２】
（第２実施形態）
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明にかかる第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の一例として断面図を示している。なお、前述した第１実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明は省略する。また、図４Ｆについては後述する。【００６３】
図４Ａには、前述の図２Ｂで示した平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０を、電解質托体層７をそれぞれ介して並列に積層し、隣接する高分子アクチュエータ４０の一方側の隣接する固定枠３ａと５とを固定する電気的に絶縁体の固定枠連結部材８により固定枠を連結している。その際に、各々の導電性高分子膜への電極配線の図は、図３Ａと同様であるため省略しているが、第１実施形態と同様に、面で対向すること、及び、隣り合う導電性高分子膜の電極が必ず逆になるように配置していることが特徴である。固定枠連結部材８は、棒状部材であって、隣接する高分子アクチュエータ４０の一方側の隣接する固定枠３ａと５とを固定する機能を有するものであれば、任意の部材でよい。【００６４】
図４Ｂでは、各導電性高分子膜への電圧を印加し、各導電性高分子膜の伸長と収縮、各導電性高分子膜の変位をそれぞれ示している。図４Ｃは、図４Ｂの逆電位である。いずれの場合も、前述の第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータと同様に、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層６と７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能となっている。【００６５】
なお、図４Ａ〜図４Ｃにおいて、電解質托体層７は、電解質托体層６と比して、厚さが大きいように描画されているが、この限りではない。前述のように電解質托体層６と同様に電解質托体層７の厚みは５μｍから５０μｍ程度が望ましく、電解質托体層７の厚みが５０μｍより厚いと導電性高分子膜を密に配置することができない。逆に、電解質托体層７の厚みが５μｍより薄過ぎると、電解質托体層７中に含まれるイオンが少なくなり、駆動力又は変位量が低下する。【００６６】
第２実施形態の１つの具体的な例では、厚さ１５μｍの導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａを使用し、厚さ３０μｍの電解質托体層６と厚さ５０μｍの電解質托体層７を使用している。本来、製造上の部品の共通化の観点では、電解質托体層７も電解質托体層６と同じ厚さにすべきである。しかし、ここでは、固定枠連結部材８により固定枠５ａが片支持（例えば、図４Ａの固定枠５ａの下側のみを固定枠連結部材８で支持する状態）となり、固定枠連結部材８のない固定枠５ａ側（例えば、固定枠連結部材８で支持されていない、図４Ａの固定枠５ａの上側）の不安定性が高くなり、隣接する固定枠５ａ同士が駆動中に微小距離だけ分離する可能性も有るので、電解質托体層７は、電解質托体層６の厚みと比べて少し厚さの大きいものを使用して、間隙の拡大に柔軟性を設けている（微小距離だけ分離しても許容できるようにしている）。【００６７】
なお、図４Ｂに示したように両端の固定枠（図４Ｂの左端の固定枠３ａと右端の固定枠５ａ）から得られる変位量は、一つの導電性高分子膜の変位量δに対して、収縮する導電性高分子膜の数だけ倍増するのである。図４Ｂ及び図４Ｃの場合には、収縮する導電性高分子膜が８枚あるため、８倍の変位量（８×δ）である。なお、駆動力に関しては、一つの導電性高分子膜の駆動力の約１倍、つまり同等である。【００６８】
なお、両端の固定枠（図４Ｂの左端の固定枠３ａと右端の固定枠５ａ）からの駆動力又は変位量を利用するだけではなく、中間の複数の固定枠の駆動力又は変位量を利用するアクチュエータ又はアクチュエータ装置の場合には、各導電性高分子膜の種類若しくは寸法、各導電性高分子膜へ印加する電位、又は、電解質托体層の種類若しくは量等を、任意に変えて設定することで実現できる。【００６９】
図４Ｄには、ケーシング５０内に設けた平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０として、片側のリンク部材１から駆動力又は変位量を取り出す構成の一例を示している。すなわち、ケーシング５０内に、図４Ａの第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１を配置するとともに、一方の端部（例えば図４Ｄの左端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１をケーシング５０に固定具５０ａで固定する一方、他方の端部（例えば図４Ｄの右端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１に出力部材５０ｂを連結している。出力部材５０ｂは、ケーシング５０の開口部５０ｃで自在に移動可能となっている。よって、図４Ａの第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１において、他方の端部（例えば図４Ｄの右端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１に連結された出力部材５０ｂから、平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の駆動力又は変位量を取り出すことができるようにしている。【００７０】
また、図４Ｅには、上記片側のリンク部材１に加えて、中間の固定枠５ａ（例えば、図４Ｅの左から４個目の固定枠５ａ）から駆動力又は変位量を取り出す構成の一例を示している。すなわち、図４Ｄの構成に加えて、図４Ｅの左から４個目の固定枠５ａに、ケーシング５０を移動自在に貫通する棒状の連結部材５０ｄを固定し、連結部材５０ｄは、固定枠５ａと一体的に長手方向沿いにケーシング５０に対して移動することにより、平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の駆動力又は変位量を取り出すことができるようにしている。この連結部材５０ｄで取り出される駆動力又は変位量は、図４Ｄの上記出力部材５０ｂから取り出される変位量は半分程度であるが、駆動力は同じである。【００７１】
また、図４Ｆには、中間の固定枠５ａ（例えば、図４Ｅの左から４個目の固定枠５ａ）のみから駆動力又は変位量を取り出す構成の一例を示している。すなわち、他方の端部（例えば図４Ｄの右端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１もケーシング５０に固定具５０ａで固定している。この場合には、連結部材５０ｄのみがケーシング５０に対して移動して、平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の駆動力又は変位量を取り出すことができるようにしている。なお、後述するように、この図４Ｆは、図４Ｂと図４Ｃの電圧印加のパターンを組み合わせた場合の電圧印加方法を示しており、図４Ｄの出力部材５０ｂから取り出される中央での駆動の変位量は図４Ｅの場合と同じでも、図４Ｄの出力部材５０ｂから取り出される駆動力を、図４Ｅの場合と比して、２倍にすることができる。【００７２】
これらいずれの場合についても、本発明に含まれる。【００７３】
以上のように、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層により変位を拡大できるもので、電解質托体層６，７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１を得ることができる。【００７４】
（第３実施形態）
図５Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４２の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。図５Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４２では、前述の図４Ａで示した平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０と異なり、電荷を加えた状態で固定枠間の変位がゼロとなるように、積層する際のリンク部材１に対して、予め変位δ１を与えておくように連結することが可能でかつ電気的に導通可能な非絶縁体の変形リンク部材９を使用している。図４Ａで示した第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の４個の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０のそれぞれでは、直方体の板状のリンク部材１の一端部で導電性高分子膜２ａと２ｂに接続されるとともに、他端部で導電性高分子膜４ｂと４ａに接続されている。これに対して、この第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４２の４個の平板積層型導電性高分子アクチュエータのそれぞれが、平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０と異なる点は、第１のアクチュエータユニット４２Ａの導電性高分子膜２ａと２ｂは例えば直方体の棒状の絶縁性のリンク部材１ａを介して互いに接続されるとともに、第２のアクチュエータユニット４２Ｂの導電性高分子膜４ｂと４ａは例えば直方体の棒状のリンク部材１ａを介して互いに接続されおり、リンク部材１ａが２個あることと、これらの隣接する２個のリンク部材１ａ同士を変形リンク部材９で、予め、図５Ａに示すように、位置を上下に変位δ１だけずらせた状態で連結していることである。第１のアクチュエータユニット４２Ａと第２のアクチュエータユニット４２Ｂとは、第１実施形態の第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂと同様に電解質托体層６を挟持している。また、第１のアクチュエータユニット４２Ａと第２のアクチュエータユニット４２Ｂとで構成される１つのアクチュエータを４個並列配置するときに、それぞれの間に、第２実施形態と同様に電解質托体層７を挟持している。【００７５】
より具体的には、変形リンク部材９は、例えば直方体の棒状の部材より構成されている。このような変形リンク部材９の下端の左側の側面に、図５Ａの左端のリンク部材１ａを固定するとともに、変形リンク部材９の上端の右側の側面に、図５Ａの左端から２番目のリンク部材１ａを固定するようにしている。なお、リンク部材１ａも、リンク部材１と同様に、絶縁体が好ましい。【００７６】
前述の図４Ａ〜図４Ｃでは、印加する電圧の正負によって、電位がゼロのときと比べて、一方の固定枠３ａに対する他端の固定枠５ａは、両方向に大きく変位する。しかし、利用する場合によっては、正負の印加によっても、固定枠３ａ，５ａの変位は一方向だけの方が望ましいケースも考えられる。【００７７】
そこで、上記した図５Ａのような構造を使用することによって、図５Ｂに示すように、ある電位が加わった際に固定枠３ａ，５ａには大きな変位が生じるが、図５Ｂとは逆電荷の場合には、図５Ｃのように固定枠３ａ，５ａ間の変位がゼロとなるように構成可能である。【００７８】
なお、前述の第２実施形態と全く同様に、この第３実施形態においても、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層において、一方向にのみ変位を拡大でき、電解質托体層６，７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａ，３ｂ，４ｂ，４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を得ることができる。この第３実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を搭載するスペースによっては、或いは、両端の固定枠３ａ，５ａから導出する駆動変位が初期は同じ位置（図５Ｃ参照）で、駆動時に大きく変位量が取る（図５ＢＣ参照）必要がある（図５Ｃ参照）ケースなどでは非常に有効である。【００７９】
（第４実施形態）
図６Ａは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４３の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。図６Ａには、前述の図２Ｂで示した平板積層型導電性高分子アクチュエータを、電解質托体層７を介して並列に積層する際に、図４Ａ、図５Ａとは異なり、例えば直方体の棒状でかつ電気的に絶縁体のリンク部材連結部材１０により、隣接するリンク部材１同士を互いに連結している。このような連結構造の一例としては、リンク部材連結部材１０とリンク部材１とのいずれか一方に係合凸部、他方に係合凹部を設けて、係合凸部を係合凹部に係合させることにより着脱可能に連結させるような構造がよい。なお、複数のリンク部材連結部材１０と複数のリンク部材１を、棒状の単一の部材で構成することも可能である。【００８０】
前述の第２実施形態及び第３実施形態では、主に、導電性高分子アクチュエータの積層により、変位量の増加を図っている。第４実施形態では、導電性高分子アクチュエータを積層することにより、応力の増加を図っている点が特徴である。なお、従来では、バイモルフ型のアクチュエータを複数並べることしか、積層する方法に相当するだけの応力の拡大手段はなく、特に、特許文献１の構成では、積層が困難であった。【００８１】
図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、電極の正負に応じて固定枠３ａ，５ａが変位する。ただし、固定枠３ａ，５ａの変位量は、隣接するリンク部材１同士をリンク部材連結部材１０により互いに連結しているため、一つの導電性高分子膜の変位量と同等である。しかし、駆動力に関しては、収縮する導電性高分子膜の数だけ倍増するのである。図６Ｂ及び図６Ｃの場合には、４つの固定枠３ａ，５ａ（収縮する４つの導電性高分子膜）の駆動力の合計として、１つの固定枠（収縮する１つの導電性高分子膜）の駆動力の８倍である。【００８２】
以上のように、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層により応力を拡大できるもので、電解質托体層６，７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４３を得ることができる。特に、変位量の拡大は必要ではないが、大きな応力が必要となるようなケースでは、非常に効果的な構成である。【００８３】
（変形例）
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。【００８４】
また、上記種々の実施形態において、以下のような場合にも、本発明の同様な効果を得られる。【００８５】
図４Ａ〜図６Ｃにおいて、各々の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａへ印加する電圧は同等なように示してあるが、この限りではない。例えば、必要な応力、或いは、必要な変位量に応じて、電圧を掛ける導電性高分子膜を選択するか、又は、電圧の極性又は大きさを導電性高分子膜毎に適切に調整することも有効な方法である。【００８６】
また、図４Ｆには、図４Ｂと図４Ｃの電圧印加のパターンを組み合わせた場合を示しているが、両端のリンク部材１をケーシング５０に固定具５０ａでそれぞれ固定することにより、中央での駆動の変位量は同じでも、駆動の応力を、図４Ｅと比して２倍にする構成も一例として可能である。ケーシング５０は、絶縁性でも、導電性も良い。【００８７】
ただし、後述するような図７Ａ及び図７Ｂに示した配線の場合は、電圧を掛ける導電性高分子膜を選択することは困難なため、配線を変更することが必要である。【００８８】
また、図４Ｆの中央部の電解質托体層は、両側の導電性高分子膜の電圧の極性が同じなため、十分には機能しない。しかしながら、いずれの場合も、電圧を印加するスピードに応じて、応力、或いは、変位量の変化をコントロールできる。【００８９】
また、図４Ａ〜図６Ｃにおいて、すべての面で対向する、或いは、隣り合う導電性高分子膜の電極が必ず逆になるように配置しているが、必要に応じて、その限りではない。しかし、隣り合う導電性高分子膜の電極が必ず逆になるような配置以外の配置の場合には、省エネ、省スペースな効率的な駆動というメリットは減少する。【００９０】
また、図４Ａと図５Ａに示した変位拡大のための構成と、図６Ａに示した応力拡大のための構成は、固定枠連結部材８でアクチュエータを積層するか、リンク部材連結部材１０でアクチュエータを連結するかの差異であり、これらは共存可能である。例えば、図６Ｄのように、図４Ｂの構成のパターンと図６Ｂの構成のパターンとを組み合わせた場合を示しているが、収縮する導電性高分子膜の１枚分と比して、駆動の応力は３倍に、変位量は６倍にする構成も一例として可能である。なお、図６Ｄにおける構成では、リンク部材連結部材１０の代用として、第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の下方に位置しかつ図示しているようにケーシング５０と固定枠３ａを固定するケーシング固定部材５１にて導電性高分子アクチュエータ装置４１を相互に連結することで、リンク部材連結部材１０の機能を代用することが可能である。ケーシング固定部材５１は、絶縁性でも、導電性も良い。この場合には、ケーシング固定部材５１は、棒状の部材より構成し、両端を固定具５０ｅでケーシング５０にそれぞれ固定するとともに、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の図６Ｄの左端の固定枠３ａと固定的に連結されている。各導電性高分子アクチュエータ装置４１の他の固定枠５ａ，３ｂはケーシング固定部材５１に固定されていないので、自由に移動可能となっている。一方、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の上方には、出力軸部材５０ｇを配置している。出力軸部材５０ｇは、絶縁性でも、導電性も良い。出力軸部材５０ｇは、棒状の部材より構成し、ケーシング５０の開口部５０ｆにおいて、図６Ｄの上下方向に移動自在に配置されている。出力軸部材５０ｇは、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の図６Ｄの右端の固定枠５ａと固定的に連結されて、各導電性高分子アクチュエータ装置４１からの駆動力と変位量を取り出せるようにしている。また、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の左端のリンク部材１同士をリンク部材連結部材１０でそれぞれ固定的に連結している。【００９１】
いずれの場合にも、リンク部材連結部材１０もケーシング固定部材５１も、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａとの衝突を避けるため、構成上は、固定枠３ａ、５ａの外側に配置する必要がある。また、図６Ｄにおいて、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向より、それらの厚さ方向が強調された（それらの長手方向よりも、それらの厚さ方向を大きく拡大して描いた）図になっているが、実際には、それらの厚さ方向は、アクチュエータを積層した結果でも、例えば約１ｍｍ弱の大きさに過ぎず、長手方向は例えば約５ｍｍ強の大きさである。つまり、適用分野に応じて必要となる駆動力及び必要となる変位量に応じて、アクチュエータを適切に組み合わせるように積層することで、自由に最適な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を構成可能であることも大きなメリットである。【００９２】
また、図７Ａに示すように、隣接するアクチュエータの隣接する固定枠５ａ，３ａ同士を固定枠連結部材８で連結する場合（図４Ａ参照）、及び図７Ｂに示すように、リンク部材１をリンク部材連結部材１０で互いに連結する場合（図６Ａ参照）のそれぞれにおいて、配線を概直線状の電極で構成することが可能である。これらのアクチュエータでは、伸長する導電性高分子膜と収縮する導電性高分子膜とが交互に配置されているため、一見、電極の配線は困難になると思われる。しかしながら、駆動時の固定枠３ａ，５ａの配列から判断して、図７Ａ及び図７Ｂのように、概直線状の電極が使用できるメリット、特に製造プロセスにおいては、非常に大きな簡素化が図れる点が有効である。【００９３】
また、固定枠３ａ，５ａの代わりに、図８Ａのように、両端固定枠１１とフレキシブル固定枠１２で構成するようにしてもよい。すなわち、可撓性材料より構成された四角形枠体のフレキシブル固定枠１２の図８Ａの上下端部に剛体の固定枠１１を固定して構成されており、フレキシブル固定枠１２が可撓性を有することにより、自在にねじり可能とするように構成している。このような構成の場合には、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの座屈を防止するために導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの伸縮方向のみ両端固定枠１１とフレキシブル固定枠１２で規定しており、図８Ｂに示すように、ねじり方向はフリーであっても良い。その結果、図８Ｃに示したように、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの基本的な構成から、さらに、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを２個積層して形成した平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成も含めて、紐状に柔らかく、ねじりに対応できるアクチュエータとして構成することができる。その結果、曲面形状の物体に沿ってアクチュエータを設置する場合、或いは、アクチュエータの導電性高分子膜の面に対して垂直な方向からの外力が加えられる場合などには、上記した構成のアクチュエータは、非常に効果がある。例えば、アクチュエータを人工筋肉として人工骨の周辺に沿って設置する際に、図８Ａの上記平板積層型導電性高分子アクチュエータならば、複雑な配置が容易であり、かつ、人工筋肉として外力に対しても柔軟な特性を有することで、人の筋肉に近くなる。また、ここで導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａと接する両端固定枠１１が導電性であり、それ以外のフレキシブル固定枠１２が絶縁体から構成する場合には、前述までは各々の導電性高分子膜に配線する必要があったが、固定枠の導電性の有る部分（両端固定枠１１）での配線が可能となり、より製造が簡単、確実になる。また、駆動による配線部分への信頼性も向上する。なお、この場合にも、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの場合と異なり、スペーサ３ｂ、５ｂの構成が複雑となるため、図８Ｃにおけるフレキシブル固定枠１２同士が、隣接して接することを前提に構成している。図８Ｄにおいて、図８ＣのＤ−Ｄ線の断面図を示しているが、図８Ｄに破線Ｂで表現したように、フレキシブル固定枠１２同士が隣接して接している必要がある。なお、固定枠３ａ，５ａにおいても、上下端部を導体で構成し、上下端部を連結する上下方向沿いの柱部などの他の枠体部を絶縁体で構成しても、上記したような利点を得ることができる。【００９４】
また、図９に示すように、第１〜第４導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａに加えて、第５及び第６導電性高分子膜２ｃ，２ｄと、第３リンク部材として絶縁性の連続リンク部材１３を設けることで、第１と第２導電性高分子膜２ａと２ｂとに一端部（例えば図９の左端部）が接続されるとともに第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａとに他端部（例えば図９の右端部）が接続された第１リンク部材１（図３Ｂを参照）と、第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａとに一端部（例えば図９の左端部）が接続されるとともに第５と第６導電性高分子膜２ｃと２ｄとに他端部（例えば図９の右端部）が接続された第２リンク部材１（図３Ｃにおいて、第１と第２導電性高分子膜２ａと２ｂを第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａと読替えるとともに、第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａを第５と第６導電性高分子膜２ｃと２ｄと読替えた状態を参照。）とに対して働くトルクを抑制することも可能である。すなわち、連続リンク部材１３がなければ、図３Ｂに示すように第１と第４導電性高分子膜２ａ，４ａは収縮し第２と第３導電性高分子膜２ｂ，４ｂは伸張するので、第１と第２導電性高分子膜２ａ，２ｂと第３と第４導電性高分子膜４ｂ，４ａとの間にまたがって設けられた第１リンク部材１は反時計方向に回転するようなトルクを発生する。一方、連続リンク部材１３がなければ、第４と第６導電性高分子膜４ａ，２ｃは収縮し第３と第５導電性高分子膜４ｂ，２ｄは伸張するので、第３と第４導電性高分子膜４ｂ，４ａと第５と第６導電性高分子膜２ｃ，２ｄとの間にまたがって設けられた第２リンク部材１は時計方向に回転するようなトルクを発生する。そこで、連続リンク部材１３により、第１リンク部材１と第２リンク部材１とを連結すれば、トルクがお互いに打ち消し合って、トルクを抑制することが可能となる。なお、第５及び第６導電性高分子膜２ｃ，２ｄはそれぞれ導電性高分子膜２ａ，２ｂと同様なものである。例えば、図３Ｂにおいて、応力を発生するアクチュエータとして機能する際には、第１リンク部材１と第２リンク部材１には導電性高分子膜の面に平行な方向において、逆方向の応力が働くことになる。そこで、図９のように、第１リンク部材１と第２リンク部材１に接続しかつ第３リンク部材として機能する連続リンク部材１３を設けることにより、連続リンク部材１３へのトルクは発生しない構成が実現できる。このような構成は、応力を増強させるケースでは、非常に有効となる。【００９５】
また、図１０には、前述した第１及び第２リンク部材１に発生するトルク、又は、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向に対して垂直な方向からの外力に対して、第１及び第２リンク部材１の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向に対して垂直な方向への動きを制限するための構成を示している。すなわち、この構成においては、ロッド１５を第１固定枠３ａ或いは第２固定枠５ａに対して長手方向沿いに配置するとともにロッド１５の両端部が第１固定枠３ａ或いは第２固定枠５ａの上下両端部に固定的に支持し、さらに、第１リンク部材１或いは第２リンク部材１がロッド１５に対して移動自在となるように第１リンク部材１或いは第２リンク部材１に開口１Ａを設けてこの開口１Ａにロッド１５を貫通させるようにしている。このように構成することにより、第１固定枠３ａ或いは第２固定枠５ａに対して、ロッド１５の長手方向に沿った方向にのみ第１及び第２リンク部材１が移動するように構成としている。このような構成は、前述した図８Ａから図８Ｄに示した構成におけるフレキシブル固定枠１２に相当する役割を、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａに対しても機能することが可能となる。つまり、リンク部材１の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの厚さ方向への動きによって、隣接する導電性高分子膜２ａ，４ｂ同士又は隣接する導電性高分子膜２ｂ，４ａ同士が接触することを防ぐ効果があり、電気的なショートを防止して、安定した駆動を保障することに有効である。【００９６】
また、図１１には、図４Ａ、図５Ａ、そして図６Ａと異なり、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの面に沿った方向に、複数のアクチュエータを積層する構成の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔを示している。すなわち、図２Ｄ及び図２Ｅの平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓを長手方向沿いに積層して配置し、上側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの下端の固定枠３ａと下側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの上端の固定枠３ａとを絶縁性の固定枠連結部材１６で連結するとともに、上側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの下端の固定枠５ａと下側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの上端の固定枠５ａとを固定枠連結部材１６で連結するように構成している。固定枠連結部材１６は、例えば直方体の棒状部材などで構成している。単膜の導電性高分子において、製造可能な大きさに制限がある場合、或いは、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向に対して垂直な方向からの外力への弾性を適切に設ける必要が有る場合などには、上記した図１１の構成の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔは有効な構成である。勿論、図１１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔの構成は、図４Ａ〜図６Ｄと同様に導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの面に対して垂直な方向に、さらに別の図１１の構成の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔを積層することも同時に可能な構成である。つまり、導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔとして、長い寸法ではなく、短い単膜を大量に製造して利用することにより、製造上の効率化を図ることができ、或いは、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａへの外力を分散させることができて、製品としての頑強性を高める効果がある。【００９７】
なお、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａは電圧印加により伸縮する特性があるが逆に、伸縮させると発電することも知られている。そこで、図４Ａ〜図６Ｄに示したような積層したアクチュエータの固定枠３ａ，５ｂを、複雑な形状を有する面に接触させて固定枠３ａ，５ｂが上記複雑な形状を有する面に沿って位置するように、上記積層したアクチュエータを上記複雑な形状を有する面に押し付けるようにする。その結果の上記積層したアクチュエータの発電による電圧分布から、複雑な形状を電子情報として取り出すことが可能で、形状センサとしての使途も有効である。勿論、図１Ａのような平板積層型導電性高分子アクチュエータの半分のアクチュエータユニット４０Ａのような構成であっても、第１リンク部材１の位置をセンシングすることにも利用でき、従来の与圧が不要な、一次元方向の双方向での位置センサとしての使途となることも有効である。【００９８】
なお、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの間に図示する電解質托体層６，７としては、ゲル状のイオン液体を示すが、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａとは接するのみで、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの伸縮に応じて変形、或いは、スライドするものとする。また、ゲル状でなくても、イオン液体の中に平板積層型導電性アクチュエータ全体を浸すような構成でも、同様な効果は得られる。【００９９】
なお、第１及び第２固定枠３ａ，５ａは、ゲル状のイオン液体と一体化した構成とすることも可能である。ゲル状イオン液体自身は変形し易いが、その中に、背骨のように、固定枠に相当する支持体を設けることができる。この場合、平板積層型導電性アクチュエータの構成部品を減少させることが可能となり、製造プロセス含めて簡素化が可能となる。【０１００】
なお、以上の説明では、特許文献１とは逆に、導電性高分子膜に陽イオンが挿入されて導電性高分子膜が伸長し、逆に陰イオンが導電性高分子膜から離脱して導電性高分子膜が収縮することを前提にしている。しかしながら、導電性高分子膜の種類又はイオン液体の種類又は組み合わせによっては、特許文献１と同様に陽イオンではなく、陰イオンにより同様な現象が発生することがある。この場合も、本発明により、同様な効果が得られる。【０１０１】
（第５実施形態）
図１５Ａ〜図１５Ｎに、本発明の第５実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータ及びその変形例をそれぞれ示す。  図１５Ａ〜図１５Ｎでは、第７導電性高分子膜２ａｂは、図２、図３等で示した第１導電性高分子膜２ａと第４導電性高分子膜４ａとを、一枚の導電性高分子膜で構成したものである。言い換えれば、第１導電性高分子膜２ａと第４導電性高分子膜４ａとを連結した長さにほぼ等しい長さの長尺な一枚の導電性高分子膜を第７導電性高分子膜２ａｂとして用意し、その長尺な一枚の導電性高分子膜（第７導電性高分子膜２ａｂ）の中央部よりも一方の側を第１導電性高分子膜２ａとし、他方の側を第４導電性高分子膜４ａとして機能させるものである。第８導電性高分子膜４ａｂは、第２導電性高分子膜２ｂと第３導電性高分子膜４ｂを一枚の導電性高分子膜で構成したものである。言い換えれば、第２導電性高分子膜２ｂと第３導電性高分子膜４ｂとを連結した長さにほぼ等しい長さの長尺な別の一枚の導電性高分子膜を第８導電性高分子膜４ａｂとして用意し、その長尺な別の一枚の導電性高分子膜（第８導電性高分子膜４ａｂ）の中央部よりも一方の側を第２導電性高分子膜２ｂとし、他方の側を第３導電性高分子膜４ｂとして機能させるものである。図１５Ａに示すように、第７導電性高分子膜２ａｂ及び第８導電性高分子膜４ａｂのそれぞれには、中央部に、一方の側縁から幅方向に切り込まれた切欠２ｈ，４ｈを備えている。【０１０２】
また、絶縁性の第４リンク部材１ｒは、三角柱形状の構造体１ｃを２個、中央部で互いに連結したような形状で、三角柱形状の構造体１ｃ，１ｃ間の対向する一対の切欠１ｈ，１ｈを中央部に有して大略Ｈ字状に構成されている。【０１０３】
第４リンク部材１ｒは、一方の切欠１ｈ（例えば、図１５Ａの左側の切欠１ｈ）に第７導電性高分子膜２ａｂの切欠２ｈを挿入して組み合わせるとともに（図１５Ｂ参照）、他方の切欠１ｈ（例えば、図１５Ａの右側の切欠１ｈ）に第８導電性高分子膜４ａｂの切欠４ｈを挿入して組み合わせて（図１５Ｃ参照）、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが互いに接触しないように保持し（図１５Ｄ参照）、電圧制御回路を内蔵した電源回路５４は、スイッチ５２を介して、一方の電極を第７導電性高分子膜２ａｂに、片方の電極を第８導電性高分子膜４ａｂにそれぞれ接続して構成している。絶縁性の三角柱形状の構造体１ｃで、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが互いに接近する図１５Ｄの上下の部分で、互いに接触するのを確実に防止できるようにしている。【０１０４】
また、これとは別に、第５実施形態の変形例にかかる第６リンク部材１ｔとして、図１５Ｅ及び図１５Ｆに示すように、第４リンク部材１ｒにさらに第５リンク部材（固定リンク部材）１ｓを組み合わせて、２個のリンク部材で構成することもできる。この場合は、絶縁性の第５リンク部材１ｓを、長さの異なる２個の三角柱形状の構造体１ｋを一方の端部で互いに連結しかつ他方の端部から切り込まれた切欠１ｊを有して大略Ｕ字状に構成している。このような第５リンク部材１ｓの切欠１ｊを、図１５Ｄの状態で第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが接触する可能性のある部分に挿入して、絶縁性の三角柱形状の構造体１ｋで、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが接触するのを確実に防止できるようにしている。このようにすれば、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが、２個の絶縁性の三角柱形状の構造体１ｃと２個の絶縁性の三角柱形状の構造体１ｋとで、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分で、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが接触するのを確実に防止することができる。【０１０５】
この第５実施形態では、リンク部材を、１個の絶縁リンク部材１ｒのみ（図１５Ａ〜図１５Ｄ）で構成するか、又は、第５実施形態の変形例として、絶縁性の第４リンク部材１ｒ及び第５リンク部材（固定リンク部材）１ｓ（図１５Ｅ及び図１５Ｆ）との２個のリンク部材で構成するようにしている。【０１０６】
絶縁性の第４及び第５リンク部材１ｒ，１ｓのそれぞれは、テフロン（登録商標）又はチーク材等からなる固体の部品である。第４リンク部材１ｒと第５リンク部材１ｓは共に、前述したように、概略三角柱の形状をした２つの部材１ｃ，１ｋを、前者は中央付近で、後者は端部で互いに接続した形状をなしている。【０１０７】
図１５Ａ〜図１５Ｄには、印加電圧の極性の異なる第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂ間での絶縁性能の向上と、印加電圧の極性が同じ導電性高分子膜２ａ，２ｂ及び４ａ，４ｂ同士を一体化したことによる配線の簡易化を実現する例を示している。【０１０８】
第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂには、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分において、電気的なショートを避けるための切り欠き形状２ｈ，４ｈがそれぞれ設けられている。図１５Ａにおいて、実線で切り欠いて示した部分が、この切り欠き形状である。【０１０９】
図１５Ｂの中央の図のように、第４リンク部材１ｒを介して第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂが互いに交差するように接続される場合には、絶縁性の第４リンク部材１ｒの２つの切り欠き部分（凹部）１ｈを活用して、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂを組み合わせるようにしている。  ここで、絶縁の第４リンク部材１ｒは、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとそれぞれ接触する部分（例えば、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分、そして、絶縁性の第４リンク部材１ｒと第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとがそれぞれ接触している部分の端部に位置して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとのそれぞれの曲がりが直線的に移行する部分）は、曲面形状をなしている。すなわち、各三角柱形状の構造体１ｃの角部は、全て湾曲した、なだらかな形状となっており、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとの伸縮時の応力による第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとへの屈曲部分での集中応力を回避して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂの切断等のトラブルを回避できる構成としている。【０１１０】
次に、図１５Ｄを用いて、配線を簡易できることを説明する。前述の図３Ａに示した場合と比較して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとの２つの端部に両極を接続するだけで、配線が構築できる。よって、アクチュエータとしての製造工数の大幅な削減が可能である。なお、図１５Ｄにおいては、配線図の明確化のために、固定枠等の部材は省略して図示している。【０１１１】
また、第５実施形態の変形例によれば、第５リンク部材１ｓにより、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとを固定する点が増えることにより、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとの位置ずれを防止することができる。特に、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが緩んだ際にも、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分が互いに分離することがないように、第４リンク部材１ｒに対して第５リンク部材１ｓを取り付けることにより、第５リンク部材１ｓが、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとを第４リンク部材１ｒに対して押さえつける役割（固定させる機能）を果たすことができる。【０１１２】
図１５Ｅ及び図１５Ｆにおいては、上記したように、絶縁性の第４リンク部材１ｒに加えて、固定リンク部材としての第５リンク部材１ｓを備えており、絶縁性の第４リンク部材１ｒと第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂを外側から固定するようにした構成が示されている。元来、この第５実施形態にかかるアクチュエータでは、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂは、第７導電性高分子膜２ａｂを構成する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂが、また、第８導電性高分子膜４ａｂを構成する第４導電性高分子膜４ａと第３導電性高分子膜４ｂとに対して、図２Ａで示した固定枠３ａ、５ａにより、テンションが常に作用した状態で維持されている。しかし、アクチュエータに外力又は振動が加わった際には、いずれかの又は全ての導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂのテンションが緩む場合も想定される。このような場合に、第５リンク部材１ｓを配置しておれば、第５リンク部材１ｓにより、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂが絶縁性の第４リンク部材１ｒから離脱しないように、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂを確実に保持することができる。【０１１３】
ここで、図１５Ｈ及び図１５Ｉにおいて、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂと絶縁性第４リンク部材１ｒに関する寸法的な構成について説明する。第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂに関して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとは対称に配置されている場合を想定し、図１５Ｈには、代表例として第７導電性高分子膜２ａｂのみを記載している。第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂが交差するときに互いに絶縁すること、つまり、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとの接触を回避することが重要であり、そのためには、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂにそれぞれ切欠２ｈ，４ｈが必要で、各切欠２ｈ，４ｈの幅はΔＷ、各奥行きは第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂの幅方向の中心位置からΔＨだけ中心軸を超えて、各々設けている。また、絶縁性の第４リンク部材１ｒにおいては、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとの接触を回避すべく、２つの三角柱形状の構造体１ｃの連結部分にΔＡのギャップを設けた、くびれ部分１ｅを有する。第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂにおいて、ΔＷ／２は、通常の工業製造物の寸法誤差を考慮して、２００μｍ以上が必要である。一例として、ΔＷを０．５ｍｍとして試作したところ、絶縁性能には問題が無かった。一方、絶縁性の第４リンク部材１ｒでは、くびれ部分１ｅの幅ΔＡは、強度的な観点から、１ｍｍ以上が望ましい。上記試作でも１ｍｍで作製したが、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとの伸縮による応力では、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとが破壊したりする問題は発生しなかった。そして、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとにおける、ΔＨは、上述のΔＡに依存して寸法が決定され、ΔＨ＝ΔＡ／２＋２００μｍが望ましい。ΔＨは７００μｍで試作しても、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの動き、又は、面の対向が不十分になることは少なく、たとえ不十分となっても、電解質托体層内のイオンの移動には影響が小さいことが予想される。ここで、ΔＨが例え７００μｍであっても、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの両方が７００μｍ分ずつだけ位置がずれた場合には、計１４００μｍだけ対向する面が減少することになる。電解質托体層の厚みは３０〜５０μｍで、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの幅は５ｍｍであるため、２８％程度の面が対向しない計算になる。しかしながら、実際には、以下の２つの理由で、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの動きに影響が無いと予想される。すなわち、１つ目の理由としては、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂは、共に、固定枠で両端が固定されており、固定枠自体が面で対向する位置にて動作可能な構成としており、実際に導電性高分子膜に駆動時に応力が掛かった際に、リンク部材でのΔＨのずれは自動的に修正され、面で対向する位置に修復されたものと考えられる。２つ目の理由としては、電解質托体層が第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの全面に接触しており、対面していない部分が残っていたとしても、その電解質托体層内のイオンにも電圧が印加されてイオンが移動し、第７及び第８導電性高分子��２ａｂと４ａｂの動きに対する影響が非常に小さくなるためと予想される。【０１１４】
なお、図１５Ａ〜図１５Ｆにおいて、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂは、Ｘ字形状に、両端部が少し離れたように図示されているが、これは、組立又は配線を明示するためのもので、固定枠３ａ、５ａにより完成した時点では、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂは電解質托体層６を挟んで、概略平行な位置となる。すなわち、一例して、図１５Ｇに示した通りである。【０１１５】
なお、固定枠３ａ、５ａに設定するように組み立てた様子を図１５Ｊに示すと同時に、図１５Ｊには、絶縁体のリンク部材連結部材１０ａも図示している。絶縁性の第５リンク部材１ｓに係合凹部１ｕを設け、リンク部材連結部材１０ａには、係合凹部１ｕが係合する係合凸部１０ｕを両端部に設けている。図６Ａと同様に、後述の図１５Ｌのように、隣接するアクチュエータにおいて、リンク部材連結部材１０ａの一方の端部の係合凸部１０ｕを一方のアクチュエータの第５リンク部材１ｓの係合凹部１ｕに係合するとともに、リンク部材連結部材１０ａの他方の端部の係合凸部１０ｕを他方のアクチュエータの第５リンク部材１ｓの係合凹部１ｕに係合するように構成する。この結果、リンク部材連結部材１０ａにより、隣接するアクチュエータにおいて、所定間隔をあけて、互いに連結配置することが可能となっている。このように、リンク部材連結部材１０ａは、先のリンク部材連結部材１０と同様に、隣接する導電性高分子膜同士の接触を防止する機能を有している。【０１１６】
これらのリンク部材連結部材１０ａにおいて工夫した技術的なポイントは、
（１）本来、交差して接触回避が困難な第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂにおける絶縁機能と固定機能との両方を、第４リンク部材１ｒ、又は、第４リンク部材１ｒ及び第５リンク部材１ｓのような簡単な部材で実現できること、
（２）絶縁性の第４リンク部材１ｒとリンク部材連結部材１０ａとの接続も容易に可能な形状であること、
（３）第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂの切欠２ｈ，４ｈは、例えばプレス加工又はレーザー加工で簡単に加工成形できること、
（４）絶縁性の第４リンク部材１ｒには、電解質托体層６、７を形成しているゲル状のイオン液体に対して耐腐食性の機能を有する材料として、テフロン（登録商標）等を選定すること、
が重要である。【０１１７】
なお、図１５Ｋ、図１５Ｌ、図１５Ｍについては、上記の構成及びその構成における動作を示しており、先の実施形態における図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃと同様な断面図である。すなわち、図１５Ｋは、本発明にかかる第５実施形態の変形例にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示した配線図である。図１５Ｌは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、スイッチ５２をオンした際の電圧と変位の方向を示した図である。図１５Ｍは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、図１５Ｌの電圧の印加方向とは逆方向に電圧を印加した場合の図である。電圧制御回路を内蔵した電源回路５４は、スイッチ５２を介して、一方の電極を導電性高分子膜２ａｂに、片方の電極を導電性高分子膜４ａｂにそれぞれ接続している。【０１１８】
以上のように本第５実施形態により、印加電圧の極性の異なる導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂ間での絶縁性能の向上と、印加電圧の極性が同じ導電性高分子膜同士を一体化したことによる配線の簡易化を実現、リンク部材１ｒ，１ｓにおける接続時の屈曲部分での集中応力を回避して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂの切断等のトラブルを回避できる構成としている点が特徴である。【０１１９】
なお、第４リンク部材１ｒの三角柱形状の構造体１ｃ及び第５リンク部材１ｓの三角柱形状の構造体１ｋは、それぞれ、三角柱の形状で構成されているが、これに限られるものではなく、同様な絶縁性機能を有するものならば、任意の形状でもよい。【０１２０】
（応用例）
また、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）をロボットハンド１００のアクチュエータに適用することができる。【０１２１】
図１２Ａは、特許第３７２３８１８号における図３Ａを引用したロボットハンド９０の斜視図である。駆動源となるアクチュエータ３−１，３−２，３−３が記載されているが、これらのアクチュエータ３−１，３−２，３−３の部品として、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）の一例として、前述の図６Ａから図６Ｄで示したような構成、特に図６Ｄの組み合わせを基本的な構成として使用することにより、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、大きな応力を提供することが、省スペース状態で、実現可能である。【０１２２】
具体的には、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示した平面型多関節駆動機構のようにアクチュエータ（本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置））３−１，３−２が伸縮することにより、ロボットハンド９０の指１００を曲げたり伸ばしたり可能となる。この構成において、後述するように平板積層型導電性高分子アクチュエータ３−１，３−２として応力又は変位量の増加が必要である。が、さらにここでは、複数の骨材１、例えば、３個の長方形板状の骨材１−１，１−２，１−３と、１つの長尺な長方形板状の連結部材２を有しており、その厚さ方向のトルクにより、指１００を屈曲させている。【０１２３】
より詳細な説明として、図１２Ｄに示したように、図１２Ｂ及び図１２Ｃの平面型多関節駆動機構をモデル化して実寸を記入している。この図１２Ｄのモデルにおいて、実際の設計数値の一例について説明する。このロボットハンド９０により、軽重量物として１ｋｇｆの物体を把持するとする、と仮定する。この際に必要な把持力は、ロボットハンド９０の指１００の表面（カバー）９０ａの素材にも依存するが、約２００ｇｒと想定する。その結果、指１００の先端部分に作用する荷重と指１００の支点との間の距離が５０ｍｍであるのに対して、指１００の厚み方向の支点間の距離が２．５ｍｍである。このことから、平面型多関節駆動機構における変位拡大率は、（５０ｍｍ／２．５ｍｍ）＝２０倍とみなせる。よって、応力は２０分の１になるため、把持力２００ｇｆを出力するには、アクチュエータ３−２からは、４ｋｇｆの応力が必要となる。逆に、把持するための必要変位量を１関節当たり１０ｍｍ程度と仮定し、アクチュエータ３−２の変位量は２０分の１の０．５ｍｍだけでよい。【０１２４】
一方、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、一例として、図６Ｄの構成を用いることができる。ただし、把持に必要な応力と変位量のために、図６Ｄにおいては図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを３個使用して図４Ａのような構成（図４Ａでは図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを４個使用している図であるが、その図から、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを１個だけ取り去った構成）とし、その図４Ａのような構成を３組、使用して図６Ｄの構成にすることで、変位量を６倍にするとともに応力を３倍にしている。これに対して、図１２Ｄにおいては、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを５個使用して図４Ａのような構成（図４Ａでは図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを４個使用している図であるが、その図に、さらに図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを１個追加した構成）とし、その図４Ａのような構成を１００組、使用して図６Ｄの構成にすることで、変位量は１０倍の０．５ｍｍ、応力は１００倍の４ｋｇｒに設計することができる。なお、ここで、一例として、導電性高分子膜の応力としては、導電性高分子膜の幅が５ｍｍのときに約２０ｇｒが得られるとする。よって、今回の図１２Ａの構成では、導電性高分子膜の幅が２倍の１０ｍｍを使用すると、その応力は約４０ｇｒとし、さらに電圧印加時の導電性高分子膜の発生変位は約０．２％とし、図２Ｄの構成において、導電性高分子膜の長さが２５ｍｍの場合には、導電性高分子膜の変位量δは約５０μｍとなり、つまり、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータが一組で、その変位量としては２δの０．１ｍｍ（＝２×５０μｍ）が得られることになる。【０１２５】
以上の一例において、使用される平板積層型導電性高分子アクチュエータの概略寸法は、幅は１０ｍｍ、長さは約５０ｍｍ強であるが、厚さは１０ｍｍ程度となる。人の手の指のサイズと比べて、少し長い指になるが、太さは等しいサイズで実現できることが分かる。【０１２６】
さらに、図１２Ａの構成において、指１００は２本が対向して合計４本の指１００の構成としているが、これに限られずに、人間の手の指のように、親指と概略対向して４本の指が並んでおり、親指としては、変位は小さいが応力が必要となり、親指と概略対向する残りの４本としては、変位量は大きい場合が考えられる。このような構成では、親指に応力重視の平板積層型導電性高分子アクチュエータを使用し、他の４本の指は、応力は４分の一で良いので変位量を４倍にして、手として全体をバランスさせることも考えられる。その場合にも、親指に概略対向する他の４本すべてが必ずしも同時に動作する必要性もなく、電圧制御により、人差し指から小指に向けて順に電圧を印加することも可能である。さらに、各々の指においても関節があり、根元から順に先端を変位させることなども容易に実現可能である。【０１２７】
なお、親指等で指の幅に余裕があり、かつ非常に大きな応力が必要な場合には、平板積層型導電性高分子アクチュエータを、単純に導電性高分子膜の幅の方向に並列に設置することで、応力は設置数に応じ比例して増大できることは言うまでもない。【０１２８】
また、前述の特性に加えて、静音、軽量、省電力であることから、ウェアラブル機器に必要なアクチュエータとしても有用であり、例えば、図１３Ａに示したような遠近可変メガネ、又は、デジタルカメラ等のシャッター又はレンズの駆動メカ機構としても好適なものである。図１３Ａには、示すように、特開平６−３６３０号公報における図９を引用したものであるが、この公報に開示の発明の場合には、新しい遠近両用の老眼鏡として、いわゆる遠近焦点可変メガネについて開示されている。このような構成では、眼鏡枠２１０及び固定レンズ２１１に対して、焦点可変のための可動レンズ２０９の移動は、手動（手でノブ２１５をスライド操作すること）が前提である。【０１２９】
これに対して、本発明では、レンズを移動させるために本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）を用いることができる。例えば、図１３Ｂに示したように、左右両側のメガネフレーム部分（テンプル）８０ａ，８０ｂに設けたコントローラ１７ａ，１７ｂ内に、上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）とその制御回路、小型バッテリィ、及びタッチスイッチを備える。コントローラ１７ａ，１７ｂの各々から導出しているレンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂは、その基端が上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）に連結され、先端が左右両側のメガネフレームのリム８２ａ，８２ｂにそれぞれスライド可能に支持された可動レンズ８１ａ，８１ｂ（例えば、図１３Ａの可動レンズ２０９に相当。）に連結されている。左右両側のメガネフレームのリム８２ａ，８２ｂには、固定レンズ８３ａ，８３ｂ（例えば、図１３Ａの固定レンズ２１１に相当。）が固定されている。左右両側のメガネフレームのリム８２ａ，８２ｂ及び固定レンズ８３ａ，８３ｂに対して、可動レンズ８１ａ，８１ｂは、それぞれ、光軸方向沿いに移動可能に支持されている（例えば、図１３Ａのようにスライド可能な構造で支持されている）。このような構造によって、左右のコントローラ１７ａ，１７ｂのタッチスイッチをそれぞれオンすることにより、小型バッテリィから制御回路を介して上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）に電位が印加されて、レンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂが出入りし、所定の焦点位置にスムーズにレンズ８１ａ，８１ｂをそれぞれ移動させることが可能となり、遠近自動焦点メガネを実現できるのである。この場合にも、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、収縮方向及び伸長方向の双方向において、大きな変位量を出すことができ、剛性及び駆動力を有するアクチュエータ（アクチュエータ装置）が実現可能である。この部品として本発明の平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）として、特に前述の図４Ａから図４Ｃで示したような構成で使用することで、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、大きな変位量を提供することが省スペースで実現可能である。【０１３０】
ここで、凹レンズと凸レンズの組み合わせによる、遠近焦点可変の原理について述べる。一般的に、焦点距離ｆ１とｆ２のレンズの組み合わせによる合成焦点距離Ｆは、レンズ間の距離Δを用いて、次式により求まる。１／Ｆ＝１／ｆ１＋１／ｆ２＋Δ／（ｆ１・ｆ２）。そこで、同じ焦点距離ｆの凸レンズ（＋ｆ）と凹レンズ（−ｆ）の合成焦点距離Ｆは、次式により求まる。１／Ｆ＝１／ｆ−１／ｆ＋Δ／（ｆ・ｆ）。つまり、Ｆ＝ｆ２／Δ。凸レンズと凹レンズが重なった状態、すなわち、Δ＝０の場合には、合成焦点距離Ｆは無限となり、裸眼の状況となる。そして、徐々に、連続的にレンズ間の距離Δを大きくしていくことにより、ズームレンズとして機能して、距離Δを制御することにより、必要なズーミング設定が可能である。上式から、大きな焦点距離ｆの凹凸レンズのみの組み合わせにより、小さな距離Δによって、大きな可変焦点Ｆが得られることが分かる。特に、可変できる焦点Ｆが、レンズ間の距離Δの一次関数である点が有用で、焦点可変がリニアとなるため制御が簡素化できる。【０１３１】
具体的には、図１３Ｃには、市販品でも入手可能なレンズ仕様の一例を載せている。それぞれの片面が平面である凸レンズＬＡと凹レンズＬＢが共に同じ焦点距離５０ｍｍを有しており、かつ、外径と曲率半径もそれぞれ同じものを選択している。その結果、凸レンズＬＡの曲率を有する面（図１３Ｃの左側の曲面）と凹レンズＬＢの曲率を有する面（図１３Ｃの右側の曲面）とを重ね合わせると、凸レンズＬＡと凹レンズＬＡの外側両面が平面のガラス円筒状になり、屈折歪もなく、裸眼と同じ状況を作ることができる。ただし、凹レンズＬＢと凸レンズＬＡの厚みは、各々、６．６６ｍｍと２．３４ｍｍであるため、その際の円筒の厚みは９ｍｍとなる。ここで、合成焦点距離Ｆを、老眼鏡として度数で２程度まで可変するものを製作するため、凹レンズＬＢと凸レンズＬＡｓの間の距離Δは、上式から５ｍｍとなる。度数は、焦点距離の逆数である。その結果、図１３Ｃの凹レンズＬＢと凸レンズＬＡを使用する場合には、図１３Ｂにおいてコントローラ１７ａ，１７ｂから導出しているレンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂの変位量は、５ｍｍ必要となる。また、凹レンズＬＢと凸レンズＬＡを保持するための応力としては、ガラスレンズの場合で２枚で１５ｇｒ程度となる。なお、プラスチックレンズ、或いは、フレネルレンズを使用する場合には、必要応力は、１５ｇｒより小さくて良い。【０１３２】
前述のロボットハンドの場合と異なり、平板積層型導電性高分子アクチュエータの設計としては、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータとして、幅５ｍｍの導電性高分子膜を用いて、応力としては２０ｇｒが得られるので、レンズの重さに対しては十分な応力である。また、前述のように、図２Ｄの構成において、導電性高分子膜の長さが２５ｍｍの場合には、導電性高分子膜の変位量δは約５０μｍとなり、つまり、固定枠３ａ，５ａの長手方向が約５０ｍｍ相当の図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータが一組で、変位量は２δの０．１ｍｍ（＝２×５０μｍ）である。そこで、図１３Ｂの遠近自動焦点メガネを度数２まで可変に実現するには、前述のように変位量として５ｍｍ必要なため、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを図４Ａの組み合わせとして５０組が必要である。従って、積層方向の厚さは、約５ｍｍとなる。また、平板積層型導電性高分子アクチュエータのみの重さも約２ｇｒ以下となり、その他の制御回路、小型バッテリィ、及びタッチスイッチを含めても、レンズフレーム部分（テンプル）に設置しても気にならない大きさと重さである。必要に応じて、小型バッテリィ、或いは、制御回路まで含めて、メガネフレーム部分（テンプル）から分離して胸ポケット等への携帯型にすることも可能である。【０１３３】
特に、従来の小型のアクチュエータとして圧電素子又はステッピングモータと比して、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータは、静音化が図れるのも大きな特徴である。メガネフレームのように最も聴覚又は触覚として敏感な位置にて使用する家電機器としては、静音化は重要なメリットと言える。【０１３４】
また、この図１３Ｂの上記実施形態では、左右のレンズを個別に制御を行っているが、これは実際の老眼のニーズとして左右の必要度数が異なるケースが多いことに起因している。【０１３５】
また、上述の説明では、度数はゼロから２に可変する場合に、変位量が５ｍｍとなることを示したが、焦点可変がレンズ間の距離Δに対してリニアとなるため、例えば、度数を１だけ変化するのみの場合には、変位量は５ｍｍの半分の２．５ｍｍでよい点も特徴的である。導電性高分子膜の変位量は、電圧に対してノンリニアであり、ヒステリシスを有するのであるが、レンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂにおける変位量はリニアで良い点が、制御全体を簡素化するのに貢献している。なお、老眼鏡として、度数は３〜４程度までが必要限界であり、４０歳半ばから５０歳代での多くのユーザでは、遠中近（遠距離用、中距離用、近距離用）として度数はゼロ、１、２と言った３段階あれば有用なケースが多い。勿論、度数が３以上の場合にも、レンズの焦点距離をより短いものを選択する、或いは、レンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂの変位量を大きくすることで、対応可能である。【０１３６】
また、特開平６−３６３０号公報の場合には手動であったが、本発明のように電気制御することが可能となるので、メガネフレームに距離センサを搭載して、ユーザが見ている対象の置かれた距離を距離センサで自動的に測定し、距離センサで測定された情報を基にコントローラ１７ａ，１７ｂでレンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂを駆動制御して、メガネの度数も自動的に可変することも有益であり、実現可能である。ただし、この際には、可動レンズを可変する速度が大き過ぎたり、逆に、可動レンズを可変する速度が小さ過ぎると、不快感につながるので、適切な変位量への可変速度を制御する必要がある。【０１３７】
なお、前述の図１２Ａのロボットハンドの場合には把持する方向に応力が必要で、逆の方向には大きな応力は特には必要ではなかったが、図１３Ｂの遠近自動焦点メガネの場合には、変位の双方向にて応力は必要である点でも、本発明に係る平板積層型導電性高分子アクチュエータの効果があることは特筆すべきである。【０１３８】
今後、ウェアラブル機器の場合には、静音、軽量、省電力が最重要なファクタであるため、従来の圧電素子又は空圧のアクチュエータでは困難であったが、ウェアラブル機器は、本発明のアクチュエータ（アクチュエータ装置）の最適な利用対象である。【０１３９】
将来的には、ロボットハンド又は遠近自動焦点メガネが家庭用品として大きく普及すると予想され、その際に柔らかい機器であることも重要なファクタである。導電性高分子膜自身が有する弾性体としての特性により、ロボットハンドの人との衝突、又は、遠近自動焦点メガネのレンズへの衝撃を吸収することも大切である。その観点からも、家電機器のアクチュエータとしても本発明は最適な利用対象である。【０１４０】
また、一例として、図２Ａのリンク部材１では、第１リンク部材と第２リンク部材とが同一部材で一体に構成された１つのリンク部材として説明したが、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材ではなく、異なる部材でそれぞれ構成しかつ互いに連結されて１つの部材となるように構成してもよい。【０１４１】
なお、以上の説明では、特許文献１に開示された導電性高分子を用いたアクチュエータの動作原理に従い、導電性高分子膜に陰イオンが挿入されて伸長し、逆に陰イオンが離脱して収縮することを前提にしているが、導電性高分子膜の種類又はイオン液体の種類又は組み合わせによっては、陰イオンではなく陽イオンにより同様な現象が発生することがある。この場合も、本発明により、同様な効果が得られる。【０１４２】
なお、分子構造レベルでの構成も、同様に可能である。印刷と類似したプロセスにより、平板積層型導電性高分子膜の形成は容易である。【０１４３】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。【０１４４】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。【０１４５】
（本発明と先行文献との差異）
図１４Ａ〜図１４Ｅに、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報の開示されている構成を示す。図１４Ｆ及び図１４Ｇには、本発明の第１実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータに、先行文献における構成を適応した一例として断面図を示している。【０１４６】
以下、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を説明すると共に、本発明との差異、及び本発明の効果を述べる。【０１４７】
図１４Ａ及び図１４Ｂに、特開平３−２４３１７４号公報に開示された構成を示す。図１４Ａ及び図１４Ｂでは、伸長板２９１と収縮板２９２とが交互に配置されている。伸長板２９１は、Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ等の希土類と、Ｆｅ，Ｃｏ等の磁性体との合金、すなわち磁気の発生に従い伸長する超磁歪合金でそれぞれ構成されており、ソレノイド２９３が通電されたとき、伸長板２９１は長さ方向に生じる磁場により伸長される。収縮板２９２は、磁気の発生に従い収縮するＳｍとＦｅの合金やＮｉ等の超磁歪合金でそれぞれ構成されており、ソレノイド２９３が通電されたとき、収縮板２９２は長さ方向に生じる磁場により収縮される。以下、その作用について、説明する。【０１４８】
伸長板２９１が伸長し、伸長板２９１の上端位置が上昇する。その上昇に伴い、上方に移動した収縮板２９２が収縮する。これにより、収縮板２９２の下端位置が、伸長板２９１の伸長量と収縮板２９２の収縮量と加算した量だけ上昇する。よって、交互に配置された伸長板２９１と収縮板２９２とが、伸長と収縮することにより、全体的に上昇していく。なお、この場合に、伸長板２９１と収縮板２９２のそれぞれは平板状の部材である。【０１４９】
図１４Ｃ〜図１４Ｅには、特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す。環状の接合部材３２５ａ，３２５ｂ，３２５ｃ，３２５ｄ，３２５ｅ，３２５ｆにより接続された、直径が異なる管状の固体素子（圧電積層体）３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆは、個々の固体素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆの伸縮を積算して拡大することができ、弁のハウジング３０３と管状の弁体３０４間の変位量として外部への応力となる。この固体素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆの特徴は、断面平面が図１４Ｄに示すように円環形状をしていることである。【０１５０】
次に、図１４Ｆ及び図１４Ｇには、本発明の図４Ａ及び図４Ｂに示した構成にやや類似した構成であって、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成に基づき容易に想到できる構成、及び、その構成による動作について、仮想的に考察した図である。具体的には、本発明の図４Ａ及び図４Ｂに示した構成の、リンク部材１が配置されている位置よりも、一方向、例えば、図４Ａの下側の構成のみを抽出して構成したアクチュエータの断面図を図１４Ｆ及び図１４Ｇに示している。図１４Ｆ及び図１４Ｇにおいて、１０１は連結部材、１０２ｂと１０４ａは導電性高分子膜、１０６及び１０７は電解質托体層、１０８は連結部材である。【０１５１】
本発明で対象としている導電性高分子膜は、その収縮する方向には膜のテンションで応力を出すことができる。しかしながら、一般に、導電性高分子膜は、伸長した場合に、容易に座屈してしまう性質がある。図１４Ｇに、その様子を図示している。収縮する導電性高分子膜１０４ａは引っ張り応力を発揮することができるが、逆に、伸長しようとする導電性高分子膜１０２ｂの押圧力を利用しようとすると、導電性高分子膜１０２ｂが座屈してしまうことになる。したがって、図１４Ｆの構成では、導電性高分子膜１０４ａ，１０２ｂを積層しているにも係わらず、アクチュエータ全体の変位量を拡大する効果は全く得られないことになる。【０１５２】
なお、図１４Ｃ〜図１４Ｅに示した特開昭６３−２８９９７５号公報では、固体素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆは管状の部材のため、座屈には比較的強い特性がある。同様に、管状の導電性高分子膜と置き換えたとしても、座屈を抑制する効果は少し期待できるが、実用的ではない。具体的には、円環状であるため、積層数に直径上の制限がある。つまり、座屈を抑制するためには、アクチュエータが大きくなってしまうために、実用的ではない。また、対面する導電性高分子膜の面積が半径方向で異なるため、制御する上でも課題が多い。【０１５３】
本発明者らは、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報では開示されていない、伸長及び収縮する材料に導電性高分子膜を用いた場合に、発生する課題の、伸長した導電性高分子膜が座屈するということを見出した。そして、ホ発明の上記第１〜５の実施形態に示すように、リンク部材と固定枠とを用いた構成とすることによって、導電性高分子膜を利用したアクチュエータの変位を確実に拡大、又は、応力を確実に拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明に係る平板積層型導電性高分子アクチュエータ及び平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置、並びにその作動方法は、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により変位を拡大、或いは、応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能なアクチュエータを得ることができるものであり、人工筋肉アクチュエータ等として有用であるとともに、それを用いてロボットのロボットアーム又はロボットハンドの駆動部として好適なものである。【０１５５】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
2009119069.tif 000038
【図１２Ｂ】
2009119069.tif 000039
【図１２Ｃ】
2009119069.tif 000040
【図１２Ｄ】
2009119069.tif 000041
【図１３Ａ】
2009119069.tif 000042
【図１３Ｂ】
2009119069.tif 000043
【図１３Ｃ】
2009119069.tif 000044
【図１４Ａ】
2009119069.tif 000045
【図１４Ｂ】
2009119069.tif 000046
【図１４Ｃ】
2009119069.tif 000047
【図１４Ｄ】
2009119069.tif 000048
【図１４Ｅ】
2009119069.tif 000049
【図１４Ｆ】
2009119069.tif 000050
【図１４Ｇ】
2009119069.tif 000051
【図１５Ａ】
2009119069.tif 000052
【図１５Ｂ】
2009119069.tif 000053
【図１５Ｃ】
2009119069.tif 000054
【図１５Ｄ】
2009119069.tif 000055
【図１５Ｅ】
2009119069.tif 000056
【図１５Ｆ】
2009119069.tif 000057
【図１５Ｇ】
2009119069.tif 000058
【図１５Ｈ】
2009119069.tif 000059
【図１５Ｉ】
2009119069.tif 000060
【図１５Ｊ】
2009119069.tif 000061
【図１５Ｋ】
2009119069.tif 000062
【図１５Ｌ】
2009119069.tif 000063
【図１５Ｍ】
2009119069.tif 000064
【図１５Ｎ】
2009119069.tif 000065
【図１６Ａ】
2009119069.tif 000066
【図１６Ｂ】
2009119069.tif 000067
【図１６Ｃ】
2009119069.tif 000068
【図１７Ａ】
2009119069.tif 000069
【図１７Ｂ】
2009119069.tif 000070
【図１７Ｃ】
2009119069.tif 000071
【図１８】
2009119069.tif 000072
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月18日(2009.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１リンク部材は、上記第１及び第２導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁し、上記第２リンク部材は、上記第３及び第４導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁している請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に与える電位差と、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に与える電位差とを、酸化還元反応による上記第１〜上記第４導電性高分子膜の膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成し、上記第３及び第４の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成している請求項３に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を上記電解質托体層を介して接続し、上記導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮するように構成された平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記固定枠を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記リンク部材を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを少なくとも３個接続する際に、一つおきの上記固定枠に備えた導電性高分子膜同士を概直線的に連結して荷電する構成とした請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項９】
上記第１及び第４導電性高分子膜を一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第３及び第２導電性高分子膜を別の一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材とが一体に接続されて１つの絶縁性のリンク部材で構成し、上記絶縁性のリンク部材により、上記一枚の導電性高分子膜と上記別の一枚の導電性高分子膜とが中心部で互いに交差しかつ互いに接触しないように保持している、請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項１０】
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材、又は、異なる部材でかつ互いに連結された部材より構成されている請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、隣接する上記複数の導電性高分子アクチュエータの上記固定枠と上記固定枠との間にスペーサを備える請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を屈曲可能な指の駆動源として配置したロボットハンド。
【請求項１３】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置により可動レンズをレンズフレームに対して移動させるメガネ。
【請求項１４】
平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法であり、
上記導電性高分子アクチュエータは、
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成される導電性高分子アクチュエータであって、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張させて、
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和を、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位にする平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法。
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月17日(2009.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板積層型導電性高分子アクチュエータ及び平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置、並びにその作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少子高齢化のような社会背景に伴い、家庭用ロボット等の人の近傍にて動作する、或いは、人と協調して作業をする機械に対するニーズは高まっている。その際、複雑な作業へのしなやかな動き、又は、人との衝突時の安全性といった観点から、人間の筋肉のような柔軟な特性を有する人工筋肉アクチュエータへの期待が高まっている。人工筋肉アクチュエータとしては空圧を使用したもの等、種々の材料又は制御方式が提案されている。その中の一つとして近年、導電性高分子を用いたアクチュエータが考案されている。
【０００３】
導電性高分子を用いたアクチュエータの一例としては、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ示すようなバイモルフ型の変形を利用するアクチュエータが提案されている。このアクチュエータは、図１６Ａに示すように、導電性高分子膜であるポリアニリン膜体１５０ａ、１５０ｂにより固体電解質成形体１５１を挟み込む構成となっている。スイッチ１５２をオンすることで、電源１５３において設定された電位差がポリアニリン膜体１５０ａ、１５０ｂ間に与えられ、図１６Ｂに示されるように、一方のポリアニリン膜体１５０ｂには陰イオンが挿入されて伸長し、他方のポリアニリン膜体１５０ａからは陰イオンが離脱して収縮し、結果としてバイモルフ型の変形が発生するようになる。電位差が逆の場合には、図１６Ｃに示すように、図１６Ｂとは逆方向に変形する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この構成では、電極として作用する二つの導電性高分子膜の変位量の差により変形を発生させているが、一方で、電解質托体層を液体若しくはゲル状の物質とすることで、両電極の影響がお互いに影響しないようにし、片方の導電性高分子の変位のみを取り出して伸縮変形を行うアクチュエータとする構成も知られている。この場合、変形に利用しない電極については、導電性高分子である必要はなく、主に金属電極が用いられているが、金属電極上に導電性高分子を設けることも可能である。
【０００５】
このような導電性高分子アクチュエータは、１．５Ｖ〜５．０Ｖの比較的低電圧で筋肉に匹敵するような応力を発生することから、人工筋肉としての実用化が期待されている。
【０００６】
なお、液体若しくはゲル状の電解質托体層としては、室温で溶融している塩として定義されるイオン液体が使用される。イオン液体は新たな機能性液体として注目されているが、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム又はビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが知られており、陽イオンと陰イオンの電荷が非局在化することで両者間のクーロン力が小さく、室温で液体であり得る。蒸気圧が低く蒸発損失がほとんど無く、難燃性であり、熱及び酸化安定性に優れるものが多く、潤滑性能も高い。このイオン液体を絶縁シートに塗布する、或いは、イオン液体自身をゲル化することで、電解質托体層を形成させる。
【０００７】
また、導電性高分子が膜状であることから、導電性高分子膜を筒形状に構成することで導電性高分子膜の座屈を防止し、剛性を持たせることが提案されている。図１７Ａに示すように、伸長と収縮の２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂを円周方向に交互に並べて、各々が交差するように、内側筒状部材６１ａと外側筒状部材６１ｂの端部に連結させることにより、一方の伸長時に片方が負荷を負担することで、剛性を持たせている。図１７Ｂには、円周方向の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの配置の一例を示している。さらに、図１７Ｃに示すように、この筒状部材を導電性高分子６２ａ及び６２ｂで構成して、変位量を増大させる方法も示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
さらに、図１８に示すように、導電性高分子膜７０ａ及び７０ｂをクロスして積層した構成において、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するリンク機構７１により接続することで、予圧を与える必要なく、伸長方向の駆動力と、収縮方向の剛性を持つアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１６９３９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５３９６号公報
【特許文献３】特許第３８１７２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述した構成のアクチュエータにも課題がある。
【００１１】
特許文献１の方法では、バイモルフ型の変形を利用するために、さらに導電性高分子膜を積層させることによる変位の拡大、或いは、応力の拡大を自由に変更することが困難である。変位の拡大には、導電性高分子膜の長さを変え、応力の拡大には導電性高分子膜の幅を拡大する必要があるが、複数枚の導電性高分子膜を積層することは不可能である。特に、特許文献１の構成は、積層が困難である構成である。
【００１２】
特許文献２の方法では、導電性高分子膜を筒形状にして剛性を持たせた上で、図１７Ａに示すように筒状部材６１ａ，６１ｂの円周方向に伸長と収縮する２種類の膜６０ａ，６０ｂを幅方向に交互に並べた構成となっている。このため、特許文献１の図１６Ａに示すような導電性高分子膜が厚さ方向に面で対向して配置されている場合と大きく異なり、電解質托体層を介しての効率的なイオンの挿入及び離脱が困難であるという課題を有している。これは、図１７Ｂに示すような配置ではなくて、もっと円周方向に高い密度で配置したと仮定しても、隣接する導電性高分子膜間でのイオンの移動は、高分子膜が面で対向する構成と比し、効率が低下する。従って、アクチュエータとして十分な応力と変位を出力することが困難である。また、図１７Ｃに示された構成では、具体的な筒状部材に相当する支持体に関する記述がないため、導電性高分子膜６２ａ及び６２ｂの座屈が発生するため、アクチュエータとしては機能しない。
【００１３】
特許文献３の方法では、伸長と収縮の両方で、予圧を与えることなく伸長方向の駆動力と収縮方向の剛性を実現できているが、駆動力の取り出せる方向が垂直に交差する２方向に分散している点、及び積層する導電性高分子の膜７０ａ及び７０ｂの枚数を増加させても変位は増加しないという欠点がある。
【００１４】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により、変位を拡大することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータ及び平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置、並びにその作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】
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、以下のように構成する。
【００１６】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
よって、本発明によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により、変位を拡大することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータに関するもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により効率的なイオン移動が行え、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能なアクチュエータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分のアクチュエータユニットの外観を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分を側面から示した図１ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分を側面から示した図１ＡのＣ−Ｃ線の断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータと比して、スペーサが無い平板積層型導電性高分子アクチュエータに関して、その概半分を示した斜視図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータの概半分を側面から示した図１ＤのＥ−Ｅ線の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの外観を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの導電性高分子膜に垂直な長手方向の図２ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの導電性高分子膜に垂直な長手方向の図２ＡのＣ−Ｃ線の断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータと比して、スペーサが無い平板積層型導電性高分子アクチュエータを示した斜視図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを側面から示した図２ＤのＥ−Ｅ線の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示すゼロ電位状態（初期状態）での配線図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータへのスイッチをオンした際の電圧と変位の方向を示した図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａの本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータに対して、図３Ｂの電圧とは逆方向に印加した場合の図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａの本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、図４Ｂとは逆電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の第２実施形態の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の第２実施形態の別の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の第２実施形態のさらに別の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａの本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、図５Ｂとは逆電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す、図６Ｂとは逆電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の第４実施形態の変形例における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例であって、図４Ｂの構成のパターンと図６Ｂの構成のパターンを組み合わせた場合を示す、ある電位状態の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図４Ａの本発明の上記第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の配線の一例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６Ａの本発明の上記第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の配線の一例を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の他の実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの外観の一例を示す斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータがねじられた状態を示す斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを２個積層して平板積層型導電性高分子アクチュエータを構成した状態での斜視図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図８Ｃの平板積層型導電性高分子アクチュエータの図８ＣのＤ−Ｄ線断面図である。
【図９】図９は、本発明のさらに他の実施の形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す断面図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図１０】図１０は、本発明のさらに他の実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明のさらに他の実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を示す断面図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の上記実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例を４指型把持ハンドに適用する場合の斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの４指型把持ハンドの関節駆動機構の一部断面の側面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１２Ａの４指型把持ハンドの関節駆動機構の変形状態を表す一部断面の側面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、図１２Ａの４指型把持ハンドの関節駆動機構の実寸例を示す一部断面の側面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、従来のレンズ可変メガネの斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の上記実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置の一例をメガネに適用する場合の斜視図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１３Ｂの本発明の上記実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置のメガネに使用可能な凹レンズと凸レンズの側面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、特開平３−２４３１７４号公報に開示された構成を示す縦断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａの特開平３−２４３１７４号公報に開示された構成を示す縦断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す縦断面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、図１４Ｃの特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す、一部破断した横断面図である。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、図１４Ｃの特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す縦断面図である。
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成より、容易に想到できる構成及びその構成による動作について、仮想的に考察した例の構成を示す縦断面図である。
【図１４Ｇ】図１４Ｇは、図１４Ｆの構成による動作を示す縦断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第５実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータを示す分解説明図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを一部組み立てた状態での分解説明図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを組み立てた状態での説明図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１５Ｃの平板積層型導電性高分子アクチュエータにおいて配線をさらに取り付けた状態での説明図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、図１５Ｃの平板積層型導電性高分子アクチュエータに、さらに、別のリンク部材を追加して第５実施形態の変形例とした平板積層型導電性高分子アクチュエータの組み立てる状態を示す分解説明図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、第５実施形態の変形例にかかる図１５Ｅの平板積層型導電性高分子アクチュエータを組み立てた状態を示す説明図である。
【図１５Ｇ】図１５Ｇは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータにおいて配線をさらに取り付けた状態での説明図である。
【図１５Ｈ】図１５Ｈは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を説明するための一枚の導電性高分子膜の図である。
【図１５Ｉ】図１５Ｉは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を説明するための第４リンク部材の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１５Ｊ】図１５Ｊは、図１５Ｆの平板積層型導電性高分子アクチュエータを固定枠に設定して組み立てた状態を示す説明図である。
【図１５Ｋ】図１５Ｋは、本発明にかかる第５実施形態の変形例にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示した配線図である。
【図１５Ｌ】図１５Ｌは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、スイッチ５２をオンした際の電圧と変位の方向を示した図である。
【図１５Ｍ】図１５Ｍは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、図１５Ｌの電圧の印加方向とは逆方向に電圧を印加した場合の図である。
【図１５Ｎ】図１５Ｎは、本発明の第５実施形態の変形例における多数の平板積層型導電性高分子アクチュエータで構成されたアクチュエータ装置の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、バイモルフ型の変形を利用する従来のアクチュエータの一例を示す概略断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、スイッチをオンした状態での、図１６Ａのバイモルフ型の変形を利用する従来のアクチュエータを示す概略断面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図１６Ｂと電位差が逆の場合の、図１６Ａのバイモルフ型の変形を利用する従来のアクチュエータを示す概略断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、導電性高分子膜を筒形状に構成した、従来のアクチュエータを示す概略断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７Ａの従来のアクチュエータにおいて円周方向の導電性高分子膜の配置の一例を示す図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、図１７Ａの従来のアクチュエータにおいて筒状部材を導電性高分子膜で構成して変位量を増大させる方法を示す図である。
【図１８】図１８は、従来の別のアクチュエータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細を説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００２０】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２１】
このような構成によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００２２】
本発明の第２態様によれば、上記第１リンク部材は、上記第１及び第２導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁し、上記第２リンク部材は、上記第３及び第４導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁している第１の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２３】
このような構成によれば、各々の導電性高分子膜に適切な電圧を印加することが可能で応力又は変位量を適切にコントロールすることができ、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００２４】
本発明の第３態様によれば、上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に与える電位差と、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に与える電位差とを、酸化還元反応による上記第１〜上記第４導電性高分子膜の膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加したことを特徴とする第１〜２のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２５】
このような構成によれば、各々の導電性高分子膜に適切な電圧を印加することで、アクチュエータとしての剛性を維持しつつ、応力又は変位量を適切にコントロールすることができる平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００２６】
本発明の第４態様によれば、上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成し、上記第３及び第４の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成している第３の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２７】
このような構成によれば、導電性高分子膜に印加する電圧をほぼ一定にすることでき、アクチュエータとしての剛性を維持しつつ、応力又は変位量のコントロールを簡素化することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００２８】
本発明の第５態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を上記電解質托体層を介して接続し、上記導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮するように構成された平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。
【００２９】
このような構成によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層により変位を拡大、或いは、応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００３０】
本発明の第６態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記固定枠を互いに連結することで構成した第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。
【００３１】
このような構成によれば、高密度な積層により変位を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００３２】
本発明の第７態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記リンク部材を互いに連結することで構成した第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。
【００３３】
このような構成によれば、高密度な積層により応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００３４】
本発明の第８態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを少なくとも３個接続する際に、一つおきの上記固定枠に備えた導電性高分子膜同士を概直線的に連結して荷電する構成とした第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。
【００３５】
このような構成によれば、積層により複雑化する配線に関して、駆動時の変位に依存せず、概直接的な配線による簡易な構成と製造プロセスを実現できる平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００３６】
本発明の第９態様によれば、上記第１及び第４導電性高分子膜を一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第３及び第２導電性高分子膜を別の一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材とが一体に接続されて１つの絶縁性のリンク部材で構成し、上記絶縁性のリンク部材により、上記一枚の導電性高分子膜と上記別の一枚の導電性高分子膜とが中心部で互いに交差しかつ互いに接触しないように保持している、第１又は２の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３７】
このような構成によれば、印加電圧の極性の異なる導電性高分子膜間での絶縁性能の向上と、印加電圧の極性が同じ導電性高分子膜同士を一体化したことによる配線の簡易化を実現、リンク部材における接続時の屈曲部分での集中応力を回避して、導電性高分子膜の切断等のトラブルを回避できる構成が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００３８】
本発明の第１０態様によれば、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材、又は、異なる部材でかつ互いに連結された部材より構成されている第１〜７のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。
【００３９】
本発明の第１１態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、隣接する上記複数の導電性高分子アクチュエータの上記固定枠と上記固定枠との間にスペーサを備える第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を提供する。
【００４０】
このような構成によれば、スペーサにより上記固定枠と上記固定枠とが互いに円滑に摺動することができる。
【００４１】
本発明の第１２態様によれば、第５〜１１のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を屈曲可能な指の駆動源として配置したロボットハンドを提供する。
【００４２】
本発明の第１３態様によれば、第５〜１１のいずれか１つの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置により可動レンズをレンズフレームに対して移動させるメガネを提供する。
【００４３】
本発明の第１４の態様によれば、
平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法であり、
上記導電性高分子アクチュエータは、
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成される導電性高分子アクチュエータであって、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張させて、
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和を、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位にする平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法を提供する。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
図１Ａ〜図３Ｃは、本発明にかかる第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ及びその作動方法の一例を示した図である。この第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０の全体構造は図２Ａの斜視図である。導電性高分子アクチュエータ４０は、それを構成する部品としてのアクチュエータユニットを、複数個例えば２個、積層し、かつ、その間に電解質托体層（例えば、第１電解質托体層と第２電解質托体層）６を挟み込んで構成している。すなわち、具体的には、第１アクチュエータユニット４０Ａを２個積層し（別の図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａは、後述するように、第２アクチュエータユニット４０Ｂと称しており、図では、アクチュエータユニット４０Ａとアクチュエータユニット４０Ｂとを積層し）、かつ、その間に電解質托体層６を挟み込んで導電性高分子アクチュエータ４０を構成している。
【００４６】
図１Ａは、上記第１アクチュエータユニット４０Ａの斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａを側面から示したＢ−Ｂ線の断面図である。図１Ｃは、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａを側面から示したＣ−Ｃ線の断面側面図である。
【００４７】
図１Ａにおいて、２ａ、２ｂは酸化還元反応に伴って膨張収縮変形する導電性高分子製の矩形、例えば長方形の伸縮体で、膜状の導電性高分子膜（例えば、上記第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜）である。導電性高分子膜２ａ、２ｂをそれぞれ構成する導電性高分子としては、ポリピロール、若しくは、ポリアニリン等が利用可能であるが、ポリピロールは変位量が大きい点で望ましい。また、導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みはそれぞれ５μｍから３０μｍ程度であるのが望ましい。材質にも大きく依存するが、導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みは、５μｍより薄いと強度的に弱く、３０μｍより厚いと内部までイオンの出入りが困難となるため発生変位が小さくなり、同時に動作速度も低下するため、適切ではない。第１実施形態の１つの実例では、厚さ１５μｍ、長さ２５ｍｍ、幅５ｍｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。
【００４８】
図１Ｂは、図１Ａに示した平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０の第１アクチュエータユニット４０Ａに関して、導電性高分子膜２ａ、２ｂに垂直な長手方向沿いの図１ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。導電性高分子膜２ａ、２ｂは直方体の板状でかつ電気的に絶縁体のリンク部材（例えば、第１リンク部材）１を介して互いに接続され、各々の端部は四角形の絶縁性の固定枠（例えば、上記第１固定枠）３ａの図１Ａの上下の端部にそれぞれ固定して保持されている。ここでは、一例として、固定枠を絶縁性としたが、これに限られるものではなく、固定枠が非絶縁体である場合には、電極又は導電性高分子膜、特に電解質托体層と固定枠との間に絶縁部材を配置すればよい。よって、導電性高分子膜２ａ、２ｂは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、固定枠３ａ内で張力で緊張状態に保持されている。そのため、導電性高分子膜２ａ、２ｂは座屈することなく、また導電性高分子膜２ａ、２ｂの長手方向に対して垂直な方向（導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚み方向）からの外力Ｆに対しても、導電性高分子膜２ａ、２ｂの張力により一定に保持されている。なお、固定枠３ａの長手方向沿いの側部の表面には、四角柱の棒状のスペーサ３ｂを有している。スペーサ３ｂには、例えば、摩擦抵抗の少なく、耐腐食性の高い材料として、テフロン（登録商標）を使用して構成することが望ましい。このように、摩擦抵抗の少ない材料をスペーサ３ｂに使用することにより、スペーサ３ｂが、その対向して接触する部材との接触面が滑りやすく構成している。スペーサ３ｂは、製作の簡易化のために絶縁体を使用するのが好ましい。もし、スペーサ３ｂが非絶縁体である場合には、電極又は導電性高分子膜、特に電解質托体層とスペーサ３ｂとの間に絶縁部材が必要となる。
【００４９】
図１Ｄは、図１Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの第１アクチュエータユニット４０Ａと比して、スペーサ３ｂが無いアクチュエータユニット４０Ｂを示した斜視図である。図１Ｅは、図１Ｄの第２アクチュエータユニット４０Ｂを側面から示したＥ−Ｅ線の断面図である。第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとは、スペーサ３ｂを除くと、全く同一形状及び同一構造である。
【００５０】
この第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０は、基本的には、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａを２個用意し、図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａの表面側に、別の図１Ａの第１アクチュエータユニット４０Ａ（以下、第２アクチュエータユニット４０Ｂと称する。）の表面側を重ね合わせることにより、スペーサ３ｂ，３ｂ同士が摺動可能に接触しながら、積層されて構成するようにしている。
【００５１】
なお、以下の説明においては、第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとの動作を区別して説明するために、以下のように、対応関係がある。第２アクチュエータユニット４０Ｂの導電性高分子膜２ａ、２ｂは導電性高分子膜４ｂ，４ａ（例えば、上記第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜）として図示している。また、固定枠３ａは固定枠（例えば、上記第２固定枠）５ａとして図示している。また、スペーサ３ｂはスペーサ５ｂとして図示している。また、リンク部材１は２つの第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとで共有するため、そのままリンク部材１として図示している。図２Ａのリンク部材１（例えば、第１リンク部材と第２リンク部材とが一体に接続されて構成されたリンク部材）は、図１Ａのリンク部材１と同じものである。その一端部（図２Ａでは奥側の端部）が第１アクチュエータユニット４０Ａの導電性高分子膜２ａ、２ｂとに接続される一方、その他端部（図２Ａでは手前側の端部）が第２アクチュエータユニット４０Ｂの導電性高分子膜４ｂ，４ａとに接続されるように構成されている。導電性高分子膜４ｂ，４ａと固定枠５ａとスペーサ５ｂとは、単に参照符号を変えただけであり、その基本的な構造又は材料又は機能などは、第１アクチュエータユニット４０Ａのそれぞれの部材と同一のものである。
【００５２】
図２Ａは、第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂとで構成される上記第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０の外観を示した斜視図である。図２Ｂは導電性高分子アクチュエータ４０の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向沿いのＢ−Ｂ線の断面図である。図２Ｃは導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向沿いのＣ−Ｃ線の断面図である。
【００５３】
図２Ａでは、図１Ａに示したリンク部材１（例えば第２リンク部材）を介して、導電性高分子膜４ａと４ｂとが互いに接続されるように構成している。さらに、図２Ｂに示したように、リンク部材１の上側では、ゲル状のイオン液体である電解質托体層６を、導電性高分子膜２ａと導電性高分子膜４ｂに接するように設置している。また、リンク部材１の下側では、同様に、ゲル状のイオン液体である電解質托体層６を、導電性高分子膜２ｂと導電性高分子膜４ａに接するように設置している。それぞれの電解質托体層６の厚みは５μｍから５０μｍ程度が望ましい。電解質托体層６の厚みが５μｍより厚いと導電性高分子膜を密に配置することができない。逆に、電解質托体層６の厚みが５０μｍより薄過ぎると、電解質托体層６中に含まれるイオンが少なくなり、駆動力又は変位量が低下する。ここで、電解質托体層６はゲル状であるので、接する導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａとはそれぞれ接合しておらず、スライドすることが可能となっている。第１実施形態では、１つの具体例として、厚さ３０μｍの電解質托体層６を使用している。なお、図２Ｃに示すように、固定枠３ａのスペーサ３ｂと同様に、固定枠５ａには両側に四角柱の棒状スペーサ５ｂを有しており、固定枠３ａと固定枠５ａの間は、スペーサ３ｂとスペーサ５ｂとによって、電解質托体層６の厚さに相当する間隙で維持される構成となっている。つまり、スペーサ３ｂ，５ｂのそれぞれの高さは電解質托体層６の厚さの約半分である。また、固定枠３ａに固定されたスペーサ３ｂと、固定枠５ａに固定されたスペーサ５ｂとが、互いに摺動自在に接触している。
【００５４】
図２Ｂに示すように、固定枠３ａと固定枠５はリンク部材１で拘束されているが、導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａの伸縮方向に自由にそれぞれ移動できる構成である点が特徴である。
【００５５】
図２Ｄは、図２Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータと比して、スペーサ３ｂとスペーサ５ｂが無い平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓを示した斜視図である。図２Ｅは、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓを側面から示したＥ−Ｅ線の断面図である。このような構成では、スペーサ３ｂ、５ｂが無いため、電解質托体層６の厚さに相当する分は、固定枠３ａ、５ａの厚みを大きくして、固定枠３ａと５ａとが摺動自在に直接接触することで対応することになる。この場合には、構造が簡単になるメリットがある。しかしながら、固定枠３ａ、５ａ自身を摩擦係数の低い材料で構成する必要があり、後述するような固定枠３ａ、５ａ同士を滑ることなく連結して固定するとき、テフロン（登録商標）等の摩擦係数の小さい材料では、樹脂系の接着剤を使用すると接合し難い傾向が有るため、小さな開口等を設けてボルト締めのような形式で固定する必要が生じる場合がある。以降は、構造が簡単になるメリットの大きさを優先して、スペーサ３ｂ、５ｂが無い場合にて説明する。
【００５６】
図３Ａは、本発明にかかる第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示した配線図である。図３Ｂは、図３Ａの導電性高分子アクチュエータにおいて、スイッチをオンした際の電圧と変位の方向を示した図である。図３Ｃは、図３Ａの導電性高分子アクチュエータにおいて、図３Ｂの電圧の印加方向とは逆方向に電圧を印加した場合の図である。電圧制御回路を内蔵した電源回路５４は、スイッチ５２を介して、一方の電極を導電性高分子膜２ｂ及び４ｂに、片方の電極を導電性高分子膜２ａ及び４ａにそれぞれ接続している。以下、導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａの駆動に関して、ここでは、陽イオンの出入りに起因するものとして説明することとする。なお、導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａが伸縮する要因として、陰イオンの出入り、陽イオンの出入り、高分子構造の変化等があるが、ポリピロール等の材料では陽イオンの出入りが主たる変形メカニズムと言われている。このメカニズムについては、使用する導電性高分子又はイオン液体の種類に依存する。
【００５７】
図３Ｂに示すように、電解質托体層６とのイオン交換による導電性高分子膜２ａ，４ｂ，２ｂ，４ａの伸縮によって、リンク部材１を駆動することが可能となる。導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ｂと４ａは各々、伸長と収縮を交互に行い、常に変位量が等しくなるように設定することで、与圧を必要とせず、座屈することなく、リンク部材１を往復の双方向で剛性と駆動力を発生させることが可能となっている。ここで、導電性高分子膜２ａと２ｂの変位量及び導電性高分子膜４ｂと４ａの変位量が、それぞれ、常に等しくなるように設定する方法としては、導電性高分子膜２ａと２ｂの間及び導電性高分子膜４ｂと４ａの間にそれぞれ与える電位差を、酸化還元反応による導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ｂと４ａのそれぞれの膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加するのが有効である。或いは、上記方法としては、導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ｂと４ａを同じ長さ、同じ材料で構成し、導電性高分子膜２ａと２ｂの間及び導電性高分子膜４ｂと４ａの間にそれぞれ与える電圧の絶対値を同等にすることが有効である。なお、導電性高分子膜２ａと２ｂ及び４ｂと４ａのそれぞれの特性の差異又は寸法が異なる場合には、各導電性高分子膜２ａと２ｂ及び４ｂと４ａに与える電圧の大きさ又は時間変化を最適に制御することで同様な効果を得ることは可能である。
【００５８】
図３Ｂにおいて、電源回路５４から、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂにマイナスの電位が掛かり、導電性高分子膜２ａ及び４ａにはプラス電位が掛かっている。このとき、陽イオンが、負電極側の導電性高分子膜２ｂ及び４ｂに引き寄せられて、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂの内部に入り込む。この過程に伴って、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂはそれぞれ長手方向に伸長する。一方、導電性高分子膜２ａ及び４ａは正電極側なので、導電性高分子膜２ａ及び４ａの内部の陽イオンは電解質托体層６中に移動するため、導電性高分子膜２ａ及び４ａはそれぞれ長手方向に収縮する。ここで、前述した図１Ｂの場合と同様に、導電性高分子膜２ａと２ｂ及び導電性高分子膜４ａと４ｂは、伸長と収縮による変位量が等しくなるようにそれぞれ設定しておく。その結果、リンク部材１を中心として、固定枠３ａ及び５は、相対的に導電性高分子膜の伸縮方向に変位する。図３Ａの固定枠３ａ及び５の初期位置と比較して、仮にリンク部材１を固定しているとすると、図３Ｂでは、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠３ａは初期位置より下方に移動するとともに、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠５は初期位置より上方に移動することになる。よって、固定枠３ａ及び５の相対的な変位量は、一つの導電性高分子膜の変位量の約２倍である。なお、駆動力に関しては、一つの導電性高分子膜の駆動力の約１倍、つまり同等である。また、固体枠３と５による伸長に対する応力として、圧縮方向の外力に対しては収縮している導電性高分子膜２ａと４ａにより剛性を有し、引張方向の外力に対しては伸長している導電性高分子膜４ａと４ｂにより剛性を維持されることが特徴である。
【００５９】
図３Ｃでは、逆に、電源回路５４から、導電性高分子膜２ｂ及び４ｂにプラスの電位が、導電性高分子膜２ａ及び４ａにはマイナス電位が掛かっており、変位方向は図３Ｂとは逆になる。すなわち、図３Ａの固定枠３ａ及び５の初期位置と比較して、仮にリンク部材１を固定しているとすると、図３Ｃでは、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠３ａは初期位置より上方に移動するとともに、一つの導電性高分子膜の変位量だけ固定枠５は初期位置より下方に移動することになる。なお、変位量と駆動力、そして剛性に関しては、それぞれ、図３Ｂと同じである。
【００６０】
特に、第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータでは、電解質托体層６を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａと４ｂ及び導電性高分子膜２ｂと４ａが、それぞれ、面で対向する構成となっていることも特徴であり、さらに伸長と収縮を繰り返して駆動力を発生する場合には、面で対向する導電性高分子膜２ａと４ｂ及び２ｂと４ａがいわゆるコンデンサにおけるチャージと同様に、お互いの導電性高分子膜２ａと４ｂ及び２ｂと４ａの内部に残留するイオンの往復が発生して、電源回路５４からの電気エネルギの消耗を最小限に抑えるとも言われている。従って、このような配置構成は、省スペースであると同時に、省エネで効率的な駆動が可能な最良の構成とも言える点が、特徴である。
【００６１】
以上のように、第１実施形態によれば、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層６を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａと４ｂ及び２ｂと４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータを得ることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明にかかる第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の一例として断面図を示している。なお、前述した第１実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明は省略する。また、図４Ｆについては後述する。
【００６３】
図４Ａには、前述の図２Ｂで示した平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０を、電解質托体層７をそれぞれ介して並列に積層し、隣接する高分子アクチュエータ４０の一方側の隣接する固定枠３ａと５とを固定する電気的に絶縁体の固定枠連結部材８により固定枠を連結している。その際に、各々の導電性高分子膜への電極配線の図は、図３Ａと同様であるため省略しているが、第１実施形態と同様に、面で対向すること、及び、隣り合う導電性高分子膜の電極が必ず逆になるように配置していることが特徴である。固定枠連結部材８は、棒状部材であって、隣接する高分子アクチュエータ４０の一方側の隣接する固定枠３ａと５とを固定する機能を有するものであれば、任意の部材でよい。
【００６４】
図４Ｂでは、各導電性高分子膜への電圧を印加し、各導電性高分子膜の伸長と収縮、各導電性高分子膜の変位をそれぞれ示している。図４Ｃは、図４Ｂの逆電位である。いずれの場合も、前述の第１実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータと同様に、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、電解質托体層６と７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能となっている。
【００６５】
なお、図４Ａ〜図４Ｃにおいて、電解質托体層７は、電解質托体層６と比して、厚さが大きいように描画されているが、この限りではない。前述のように電解質托体層６と同様に電解質托体層７の厚みは５μｍから５０μｍ程度が望ましく、電解質托体層７の厚みが５０μｍより厚いと導電性高分子膜を密に配置することができない。逆に、電解質托体層７の厚みが５μｍより薄過ぎると、電解質托体層７中に含まれるイオンが少なくなり、駆動力又は変位量が低下する。
【００６６】
第２実施形態の１つの具体的な例では、厚さ１５μｍの導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａを使用し、厚さ３０μｍの電解質托体層６と厚さ５０μｍの電解質托体層７を使用している。本来、製造上の部品の共通化の観点では、電解質托体層７も電解質托体層６と同じ厚さにすべきである。しかし、ここでは、固定枠連結部材８により固定枠５ａが片支持（例えば、図４Ａの固定枠５ａの下側のみを固定枠連結部材８で支持する状態）となり、固定枠連結部材８のない固定枠５ａ側（例えば、固定枠連結部材８で支持されていない、図４Ａの固定枠５ａの上側）の不安定性が高くなり、隣接する固定枠５ａ同士が駆動中に微小距離だけ分離する可能性も有るので、電解質托体層７は、電解質托体層６の厚みと比べて少し厚さの大きいものを使用して、間隙の拡大に柔軟性を設けている（微小距離だけ分離しても許容できるようにしている）。
【００６７】
なお、図４Ｂに示したように両端の固定枠（図４Ｂの左端の固定枠３ａと右端の固定枠５ａ）から得られる変位量は、一つの導電性高分子膜の変位量δに対して、収縮する導電性高分子膜の数だけ倍増するのである。図４Ｂ及び図４Ｃの場合には、収縮する導電性高分子膜が８枚あるため、８倍の変位量（８×δ）である。なお、駆動力に関しては、一つの導電性高分子膜の駆動力の約１倍、つまり同等である。
【００６８】
なお、両端の固定枠（図４Ｂの左端の固定枠３ａと右端の固定枠５ａ）からの駆動力又は変位量を利用するだけではなく、中間の複数の固定枠の駆動力又は変位量を利用するアクチュエータ又はアクチュエータ装置の場合には、各導電性高分子膜の種類若しくは寸法、各導電性高分子膜へ印加する電位、又は、電解質托体層の種類若しくは量等を、任意に変えて設定することで実現できる。
【００６９】
図４Ｄには、ケーシング５０内に設けた平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０として、片側のリンク部材１から駆動力又は変位量を取り出す構成の一例を示している。すなわち、ケーシング５０内に、図４Ａの第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１を配置するとともに、一方の端部（例えば図４Ｄの左端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１をケーシング５０に固定具５０ａで固定する一方、他方の端部（例えば図４Ｄの右端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１に出力部材５０ｂを連結している。出力部材５０ｂは、ケーシング５０の開口部５０ｃで自在に移動可能となっている。よって、図４Ａの第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１において、他方の端部（例えば図４Ｄの右端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１に連結された出力部材５０ｂから、平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の駆動力又は変位量を取り出すことができるようにしている。
【００７０】
また、図４Ｅには、上記片側のリンク部材１に加えて、中間の固定枠５ａ（例えば、図４Ｅの左から４個目の固定枠５ａ）から駆動力又は変位量を取り出す構成の一例を示している。すなわち、図４Ｄの構成に加えて、図４Ｅの左から４個目の固定枠５ａに、ケーシング５０を移動自在に貫通する棒状の連結部材５０ｄを固定し、連結部材５０ｄは、固定枠５ａと一体的に長手方向沿いにケーシング５０に対して移動することにより、平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の駆動力又は変位量を取り出すことができるようにしている。この連結部材５０ｄで取り出される駆動力又は変位量は、図４Ｄの上記出力部材５０ｂから取り出される変位量は半分程度であるが、駆動力は同じである。
【００７１】
また、図４Ｆには、中間の固定枠５ａ（例えば、図４Ｅの左から４個目の固定枠５ａ）のみから駆動力又は変位量を取り出す構成の一例を示している。すなわち、他方の端部（例えば図４Ｄの右端）の高分子アクチュエータ４０のリンク部材１もケーシング５０に固定具５０ａで固定している。この場合には、連結部材５０ｄのみがケーシング５０に対して移動して、平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の駆動力又は変位量を取り出すことができるようにしている。なお、後述するように、この図４Ｆは、図４Ｂと図４Ｃの電圧印加のパターンを組み合わせた場合の電圧印加方法を示しており、図４Ｄの出力部材５０ｂから取り出される中央での駆動の変位量は図４Ｅの場合と同じでも、図４Ｄの出力部材５０ｂから取り出される駆動力を、図４Ｅの場合と比して、２倍にすることができる。
【００７２】
これらいずれの場合についても、本発明に含まれる。
【００７３】
以上のように、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層により変位を拡大できるもので、電解質托体層６，７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１を得ることができる。
【００７４】
（第３実施形態）
図５Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４２の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。図５Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４２では、前述の図４Ａで示した平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０と異なり、電荷を加えた状態で固定枠間の変位がゼロとなるように、積層する際のリンク部材１に対して、予め変位δ１を与えておくように連結することが可能でかつ電気的に導通可能な非絶縁体の変形リンク部材９を使用している。図４Ａで示した第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の４個の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０のそれぞれでは、直方体の板状のリンク部材１の一端部で導電性高分子膜２ａと２ｂに接続されるとともに、他端部で導電性高分子膜４ｂと４ａに接続されている。これに対して、この第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４２の４個の平板積層型導電性高分子アクチュエータのそれぞれが、平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０と異なる点は、第１のアクチュエータユニット４２Ａの導電性高分子膜２ａと２ｂは例えば直方体の棒状の絶縁性のリンク部材１ａを介して互いに接続されるとともに、第２のアクチュエータユニット４２Ｂの導電性高分子膜４ｂと４ａは例えば直方体の棒状のリンク部材１ａを介して互いに接続されおり、リンク部材１ａが２個あることと、これらの隣接する２個のリンク部材１ａ同士を変形リンク部材９で、予め、図５Ａに示すように、位置を上下に変位δ１だけずらせた状態で連結していることである。第１のアクチュエータユニット４２Ａと第２のアクチュエータユニット４２Ｂとは、第１実施形態の第１アクチュエータユニット４０Ａと第２アクチュエータユニット４０Ｂと同様に電解質托体層６を挟持している。また、第１のアクチュエータユニット４２Ａと第２のアクチュエータユニット４２Ｂとで構成される１つのアクチュエータを４個並列配置するときに、それぞれの間に、第２実施形態と同様に電解質托体層７を挟持している。
【００７５】
より具体的には、変形リンク部材９は、例えば直方体の棒状の部材より構成されている。このような変形リンク部材９の下端の左側の側面に、図５Ａの左端のリンク部材１ａを固定するとともに、変形リンク部材９の上端の右側の側面に、図５Ａの左端から２番目のリンク部材１ａを固定するようにしている。なお、リンク部材１ａも、リンク部材１と同様に、絶縁体が好ましい。
【００７６】
前述の図４Ａ〜図４Ｃでは、印加する電圧の正負によって、電位がゼロのときと比べて、一方の固定枠３ａに対する他端の固定枠５ａは、両方向に大きく変位する。しかし、利用する場合によっては、正負の印加によっても、固定枠３ａ，５ａの変位は一方向だけの方が望ましいケースも考えられる。
【００７７】
そこで、上記した図５Ａのような構造を使用することによって、図５Ｂに示すように、ある電位が加わった際に固定枠３ａ，５ａには大きな変位が生じるが、図５Ｂとは逆電荷の場合には、図５Ｃのように固定枠３ａ，５ａ間の変位がゼロとなるように構成可能である。
【００７８】
なお、前述の第２実施形態と全く同様に、この第３実施形態においても、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層において、一方向にのみ変位を拡大でき、電解質托体層６，７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａ，３ｂ，４ｂ，４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を得ることができる。この第３実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を搭載するスペースによっては、或いは、両端の固定枠３ａ，５ａから導出する駆動変位が初期は同じ位置（図５Ｃ参照）で、駆動時に大きく変位量が取る（図５ＢＣ参照）必要がある（図５Ｃ参照）ケースなどでは非常に有効である。
【００７９】
（第４実施形態）
図６Ａは、本発明の第４実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４３の一例を示すゼロ電位状態（初期状態）の図であって、図２Ｂと同様な切断線での断面図である。図６Ａには、前述の図２Ｂで示した平板積層型導電性高分子アクチュエータを、電解質托体層７を介して並列に積層する際に、図４Ａ、図５Ａとは異なり、例えば直方体の棒状でかつ電気的に絶縁体のリンク部材連結部材１０により、隣接するリンク部材１同士を互いに連結している。このような連結構造の一例としては、リンク部材連結部材１０とリンク部材１とのいずれか一方に係合凸部、他方に係合凹部を設けて、係合凸部を係合凹部に係合させることにより着脱可能に連結させるような構造がよい。なお、複数のリンク部材連結部材１０と複数のリンク部材１を、棒状の単一の部材で構成することも可能である。
【００８０】
前述の第２実施形態及び第３実施形態では、主に、導電性高分子アクチュエータの積層により、変位量の増加を図っている。第４実施形態では、導電性高分子アクチュエータを積層することにより、応力の増加を図っている点が特徴である。なお、従来では、バイモルフ型のアクチュエータを複数並べることしか、積層する方法に相当するだけの応力の拡大手段はなく、特に、特許文献１の構成では、積層が困難であった。
【００８１】
図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、電極の正負に応じて固定枠３ａ，５ａが変位する。ただし、固定枠３ａ，５ａの変位量は、隣接するリンク部材１同士をリンク部材連結部材１０により互いに連結しているため、一つの導電性高分子膜の変位量と同等である。しかし、駆動力に関しては、収縮する導電性高分子膜の数だけ倍増するのである。図６Ｂ及び図６Ｃの場合には、４つの固定枠３ａ，５ａ（収縮する４つの導電性高分子膜）の駆動力の合計として、１つの固定枠（収縮する１つの導電性高分子膜）の駆動力の８倍である。
【００８２】
以上のように、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、高密度な積層により応力を拡大できるもので、電解質托体層６，７を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａが面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４３を得ることができる。特に、変位量の拡大は必要ではないが、大きな応力が必要となるようなケースでは、非常に効果的な構成である。
【００８３】
（変形例）
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００８４】
また、上記種々の実施形態において、以下のような場合にも、本発明の同様な効果を得られる。
【００８５】
図４Ａ〜図６Ｃにおいて、各々の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａへ印加する電圧は同等なように示してあるが、この限りではない。例えば、必要な応力、或いは、必要な変位量に応じて、電圧を掛ける導電性高分子膜を選択するか、又は、電圧の極性又は大きさを導電性高分子膜毎に適切に調整することも有効な方法である。
【００８６】
また、図４Ｆには、図４Ｂと図４Ｃの電圧印加のパターンを組み合わせた場合を示しているが、両端のリンク部材１をケーシング５０に固定具５０ａでそれぞれ固定することにより、中央での駆動の変位量は同じでも、駆動の応力を、図４Ｅと比して２倍にする構成も一例として可能である。ケーシング５０は、絶縁性でも、導電性も良い。
【００８７】
ただし、後述するような図７Ａ及び図７Ｂに示した配線の場合は、電圧を掛ける導電性高分子膜を選択することは困難なため、配線を変更することが必要である。
【００８８】
また、図４Ｆの中央部の電解質托体層は、両側の導電性高分子膜の電圧の極性が同じなため、十分には機能しない。しかしながら、いずれの場合も、電圧を印加するスピードに応じて、応力、或いは、変位量の変化をコントロールできる。
【００８９】
また、図４Ａ〜図６Ｃにおいて、すべての面で対向する、或いは、隣り合う導電性高分子膜の電極が必ず逆になるように配置しているが、必要に応じて、その限りではない。しかし、隣り合う導電性高分子膜の電極が必ず逆になるような配置以外の配置の場合には、省エネ、省スペースな効率的な駆動というメリットは減少する。
【００９０】
また、図４Ａと図５Ａに示した変位拡大のための構成と、図６Ａに示した応力拡大のための構成は、固定枠連結部材８でアクチュエータを積層するか、リンク部材連結部材１０でアクチュエータを連結するかの差異であり、これらは共存可能である。例えば、図６Ｄのように、図４Ｂの構成のパターンと図６Ｂの構成のパターンとを組み合わせた場合を示しているが、収縮する導電性高分子膜の１枚分と比して、駆動の応力は３倍に、変位量は６倍にする構成も一例として可能である。なお、図６Ｄにおける構成では、リンク部材連結部材１０の代用として、第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４１の下方に位置しかつ図示しているようにケーシング５０と固定枠３ａを固定するケーシング固定部材５１にて導電性高分子アクチュエータ装置４１を相互に連結することで、リンク部材連結部材１０の機能を代用することが可能である。ケーシング固定部材５１は、絶縁性でも、導電性も良い。この場合には、ケーシング固定部材５１は、棒状の部材より構成し、両端を固定具５０ｅでケーシング５０にそれぞれ固定するとともに、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の図６Ｄの左端の固定枠３ａと固定的に連結されている。各導電性高分子アクチュエータ装置４１の他の固定枠５ａ，３ｂはケーシング固定部材５１に固定されていないので、自由に移動可能となっている。一方、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の上方には、出力軸部材５０ｇを配置している。出力軸部材５０ｇは、絶縁性でも、導電性も良い。出力軸部材５０ｇは、棒状の部材より構成し、ケーシング５０の開口部５０ｆにおいて、図６Ｄの上下方向に移動自在に配置されている。出力軸部材５０ｇは、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の図６Ｄの右端の固定枠５ａと固定的に連結されて、各導電性高分子アクチュエータ装置４１からの駆動力と変位量を取り出せるようにしている。また、各導電性高分子アクチュエータ装置４１の左端のリンク部材１同士をリンク部材連結部材１０でそれぞれ固定的に連結している。
【００９１】
いずれの場合にも、リンク部材連結部材１０もケーシング固定部材５１も、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａとの衝突を避けるため、構成上は、固定枠３ａ、５ａの外側に配置する必要がある。また、図６Ｄにおいて、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向より、それらの厚さ方向が強調された（それらの長手方向よりも、それらの厚さ方向を大きく拡大して描いた）図になっているが、実際には、それらの厚さ方向は、アクチュエータを積層した結果でも、例えば約１ｍｍ弱の大きさに過ぎず、長手方向は例えば約５ｍｍ強の大きさである。つまり、適用分野に応じて必要となる駆動力及び必要となる変位量に応じて、アクチュエータを適切に組み合わせるように積層することで、自由に最適な平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を構成可能であることも大きなメリットである。
【００９２】
また、図７Ａに示すように、隣接するアクチュエータの隣接する固定枠５ａ，３ａ同士を固定枠連結部材８で連結する場合（図４Ａ参照）、及び図７Ｂに示すように、リンク部材１をリンク部材連結部材１０で互いに連結する場合（図６Ａ参照）のそれぞれにおいて、配線を概直線状の電極で構成することが可能である。これらのアクチュエータでは、伸長する導電性高分子膜と収縮する導電性高分子膜とが交互に配置されているため、一見、電極の配線は困難になると思われる。しかしながら、駆動時の固定枠３ａ，５ａの配列から判断して、図７Ａ及び図７Ｂのように、概直線状の電極が使用できるメリット、特に製造プロセスにおいては、非常に大きな簡素化が図れる点が有効である。
【００９３】
また、固定枠３ａ，５ａの代わりに、図８Ａのように、両端固定枠１１とフレキシブル固定枠１２で構成するようにしてもよい。すなわち、可撓性材料より構成された四角形枠体のフレキシブル固定枠１２の図８Ａの上下端部に剛体の固定枠１１を固定して構成されており、フレキシブル固定枠１２が可撓性を有することにより、自在にねじり可能とするように構成している。このような構成の場合には、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの座屈を防止するために導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの伸縮方向のみ両端固定枠１１とフレキシブル固定枠１２で規定しており、図８Ｂに示すように、ねじり方向はフリーであっても良い。その結果、図８Ｃに示したように、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータの基本的な構成から、さらに、図８Ａの平板積層型導電性高分子アクチュエータを２個積層して形成した平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成も含めて、紐状に柔らかく、ねじりに対応できるアクチュエータとして構成することができる。その結果、曲面形状の物体に沿ってアクチュエータを設置する場合、或いは、アクチュエータの導電性高分子膜の面に対して垂直な方向からの外力が加えられる場合などには、上記した構成のアクチュエータは、非常に効果がある。例えば、アクチュエータを人工筋肉として人工骨の周辺に沿って設置する際に、図８Ａの上記平板積層型導電性高分子アクチュエータならば、複雑な配置が容易であり、かつ、人工筋肉として外力に対しても柔軟な特性を有することで、人の筋肉に近くなる。また、ここで導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａと接する両端固定枠１１が導電性であり、それ以外のフレキシブル固定枠１２が絶縁体から構成する場合には、前述までは各々の導電性高分子膜に配線する必要があったが、固定枠の導電性の有る部分（両端固定枠１１）での配線が可能となり、より製造が簡単、確実になる。また、駆動による配線部分への信頼性も向上する。なお、この場合にも、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの場合と異なり、スペーサ３ｂ、５ｂの構成が複雑となるため、図８Ｃにおけるフレキシブル固定枠１２同士が、隣接して接することを前提に構成している。図８Ｄにおいて、図８ＣのＤ−Ｄ線の断面図を示しているが、図８Ｄに破線Ｂで表現したように、フレキシブル固定枠１２同士が隣接して接している必要がある。なお、固定枠３ａ，５ａにおいても、上下端部を導体で構成し、上下端部を連結する上下方向沿いの柱部などの他の枠体部を絶縁体で構成しても、上記したような利点を得ることができる。
【００９４】
また、図９に示すように、第１〜第４導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａに加えて、第５及び第６導電性高分子膜２ｃ，２ｄと、第３リンク部材として絶縁性の連続リンク部材１３を設けることで、第１と第２導電性高分子膜２ａと２ｂとに一端部（例えば図９の左端部）が接続されるとともに第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａとに他端部（例えば図９の右端部）が接続された第１リンク部材１（図３Ｂを参照）と、第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａとに一端部（例えば図９の左端部）が接続されるとともに第５と第６導電性高分子膜２ｃと２ｄとに他端部（例えば図９の右端部）が接続された第２リンク部材１（図３Ｃにおいて、第１と第２導電性高分子膜２ａと２ｂを第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａと読替えるとともに、第３と第４導電性高分子膜４ｂと４ａを第５と第６導電性高分子膜２ｃと２ｄと読替えた状態を参照。）とに対して働くトルクを抑制することも可能である。すなわち、連続リンク部材１３がなければ、図３Ｂに示すように第１と第４導電性高分子膜２ａ，４ａは収縮し第２と第３導電性高分子膜２ｂ，４ｂは伸張するので、第１と第２導電性高分子膜２ａ，２ｂと第３と第４導電性高分子膜４ｂ，４ａとの間にまたがって設けられた第１リンク部材１は反時計方向に回転するようなトルクを発生する。一方、連続リンク部材１３がなければ、第４と第６導電性高分子膜４ａ，２ｃは収縮し第３と第５導電性高分子膜４ｂ，２ｄは伸張するので、第３と第４導電性高分子膜４ｂ，４ａと第５と第６導電性高分子膜２ｃ，２ｄとの間にまたがって設けられた第２リンク部材１は時計方向に回転するようなトルクを発生する。そこで、連続リンク部材１３により、第１リンク部材１と第２リンク部材１とを連結すれば、トルクがお互いに打ち消し合って、トルクを抑制することが可能となる。なお、第５及び第６導電性高分子膜２ｃ，２ｄはそれぞれ導電性高分子膜２ａ，２ｂと同様なものである。例えば、図３Ｂにおいて、応力を発生するアクチュエータとして機能する際には、第１リンク部材１と第２リンク部材１には導電性高分子膜の面に平行な方向において、逆方向の応力が働くことになる。そこで、図９のように、第１リンク部材１と第２リンク部材１に接続しかつ第３リンク部材として機能する連続リンク部材１３を設けることにより、連続リンク部材１３へのトルクは発生しない構成が実現できる。このような構成は、応力を増強させるケースでは、非常に有効となる。
【００９５】
また、図１０には、前述した第１及び第２リンク部材１に発生するトルク、又は、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向に対して垂直な方向からの外力に対して、第１及び第２リンク部材１の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向に対して垂直な方向への動きを制限するための構成を示している。すなわち、この構成においては、ロッド１５を第１固定枠３ａ或いは第２固定枠５ａに対して長手方向沿いに配置するとともにロッド１５の両端部が第１固定枠３ａ或いは第２固定枠５ａの上下両端部に固定的に支持し、さらに、第１リンク部材１或いは第２リンク部材１がロッド１５に対して移動自在となるように第１リンク部材１或いは第２リンク部材１に開口１Ａを設けてこの開口１Ａにロッド１５を貫通させるようにしている。このように構成することにより、第１固定枠３ａ或いは第２固定枠５ａに対して、ロッド１５の長手方向に沿った方向にのみ第１及び第２リンク部材１が移動するように構成としている。このような構成は、前述した図８Ａから図８Ｄに示した構成におけるフレキシブル固定枠１２に相当する役割を、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａに対しても機能することが可能となる。つまり、リンク部材１の導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの厚さ方向への動きによって、隣接する導電性高分子膜２ａ，４ｂ同士又は隣接する導電性高分子膜２ｂ，４ａ同士が接触することを防ぐ効果があり、電気的なショートを防止して、安定した駆動を保障することに有効である。
【００９６】
また、図１１には、図４Ａ、図５Ａ、そして図６Ａと異なり、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの面に沿った方向に、複数のアクチュエータを積層する構成の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔを示している。すなわち、図２Ｄ及び図２Ｅの平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓを長手方向沿いに積層して配置し、上側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの下端の固定枠３ａと下側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの上端の固定枠３ａとを絶縁性の固定枠連結部材１６で連結するとともに、上側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの下端の固定枠５ａと下側の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４０Ｓの上端の固定枠５ａとを固定枠連結部材１６で連結するように構成している。固定枠連結部材１６は、例えば直方体の棒状部材などで構成している。単膜の導電性高分子において、製造可能な大きさに制限がある場合、或いは、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの長手方向に対して垂直な方向からの外力への弾性を適切に設ける必要が有る場合などには、上記した図１１の構成の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔは有効な構成である。勿論、図１１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔの構成は、図４Ａ〜図６Ｄと同様に導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの面に対して垂直な方向に、さらに別の図１１の構成の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔを積層することも同時に可能な構成である。つまり、導電性高分子アクチュエータ装置４０Ｔとして、長い寸法ではなく、短い単膜を大量に製造して利用することにより、製造上の効率化を図ることができ、或いは、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａへの外力を分散させることができて、製品としての頑強性を高める効果がある。
【００９７】
なお、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａは電圧印加により伸縮する特性があるが逆に、伸縮させると発電することも知られている。そこで、図４Ａ〜図６Ｄに示したような積層したアクチュエータの固定枠３ａ，５ｂを、複雑な形状を有する面に接触させて固定枠３ａ，５ｂが上記複雑な形状を有する面に沿って位置するように、上記積層したアクチュエータを上記複雑な形状を有する面に押し付けるようにする。その結果の上記積層したアクチュエータの発電による電圧分布から、複雑な形状を電子情報として取り出すことが可能で、形状センサとしての使途も有効である。勿論、図１Ａのような平板積層型導電性高分子アクチュエータの半分のアクチュエータユニット４０Ａのような構成であっても、第１リンク部材１の位置をセンシングすることにも利用でき、従来の与圧が不要な、一次元方向の双方向での位置センサとしての使途となることも有効である。
【００９８】
なお、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの間に図示する電解質托体層６，７としては、ゲル状のイオン液体を示すが、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａとは接するのみで、導電性高分子膜２ａ，２ｂ，４ｂ，４ａの伸縮に応じて変形、或いは、スライドするものとする。また、ゲル状でなくても、イオン液体の中に平板積層型導電性アクチュエータ全体を浸すような構成でも、同様な効果は得られる。
【００９９】
なお、第１及び第２固定枠３ａ，５ａは、ゲル状のイオン液体と一体化した構成とすることも可能である。ゲル状イオン液体自身は変形し易いが、その中に、背骨のように、固定枠に相当する支持体を設けることができる。この場合、平板積層型導電性アクチュエータの構成部品を減少させることが可能となり、製造プロセス含めて簡素化が可能となる。
【０１００】
なお、以上の説明では、特許文献１とは逆に、導電性高分子膜に陽イオンが挿入されて導電性高分子膜が伸長し、逆に陰イオンが導電性高分子膜から離脱して導電性高分子膜が収縮することを前提にしている。しかしながら、導電性高分子膜の種類又はイオン液体の種類又は組み合わせによっては、特許文献１と同様に陽イオンではなく、陰イオンにより同様な現象が発生することがある。この場合も、本発明により、同様な効果が得られる。
【０１０１】
（第５実施形態）
図１５Ａ〜図１５Ｎに、本発明の第５実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータ及びその変形例をそれぞれ示す。  図１５Ａ〜図１５Ｎでは、第７導電性高分子膜２ａｂは、図２、図３等で示した第１導電性高分子膜２ａと第４導電性高分子膜４ａとを、一枚の導電性高分子膜で構成したものである。言い換えれば、第１導電性高分子膜２ａと第４導電性高分子膜４ａとを連結した長さにほぼ等しい長さの長尺な一枚の導電性高分子膜を第７導電性高分子膜２ａｂとして用意し、その長尺な一枚の導電性高分子膜（第７導電性高分子膜２ａｂ）の中央部よりも一方の側を第１導電性高分子膜２ａとし、他方の側を第４導電性高分子膜４ａとして機能させるものである。第８導電性高分子膜４ａｂは、第２導電性高分子膜２ｂと第３導電性高分子膜４ｂを一枚の導電性高分子膜で構成したものである。言い換えれば、第２導電性高分子膜２ｂと第３導電性高分子膜４ｂとを連結した長さにほぼ等しい長さの長尺な別の一枚の導電性高分子膜を第８導電性高分子膜４ａｂとして用意し、その長尺な別の一枚の導電性高分子膜（第８導電性高分子膜４ａｂ）の中央部よりも一方の側を第２導電性高分子膜２ｂとし、他方の側を第３導電性高分子膜４ｂとして機能させるものである。図１５Ａに示すように、第７導電性高分子膜２ａｂ及び第８導電性高分子膜４ａｂのそれぞれには、中央部に、一方の側縁から幅方向に切り込まれた切欠２ｈ，４ｈを備えている。
【０１０２】
また、絶縁性の第４リンク部材１ｒは、三角柱形状の構造体１ｃを２個、中央部で互いに連結したような形状で、三角柱形状の構造体１ｃ，１ｃ間の対向する一対の切欠１ｈ，１ｈを中央部に有して大略Ｈ字状に構成されている。
【０１０３】
第４リンク部材１ｒは、一方の切欠１ｈ（例えば、図１５Ａの左側の切欠１ｈ）に第７導電性高分子膜２ａｂの切欠２ｈを挿入して組み合わせるとともに（図１５Ｂ参照）、他方の切欠１ｈ（例えば、図１５Ａの右側の切欠１ｈ）に第８導電性高分子膜４ａｂの切欠４ｈを挿入して組み合わせて（図１５Ｃ参照）、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが互いに接触しないように保持し（図１５Ｄ参照）、電圧制御回路を内蔵した電源回路５４は、スイッチ５２を介して、一方の電極を第７導電性高分子膜２ａｂに、片方の電極を第８導電性高分子膜４ａｂにそれぞれ接続して構成している。絶縁性の三角柱形状の構造体１ｃで、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが互いに接近する図１５Ｄの上下の部分で、互いに接触するのを確実に防止できるようにしている。
【０１０４】
また、これとは別に、第５実施形態の変形例にかかる第６リンク部材１ｔとして、図１５Ｅ及び図１５Ｆに示すように、第４リンク部材１ｒにさらに第５リンク部材（固定リンク部材）１ｓを組み合わせて、２個のリンク部材で構成することもできる。この場合は、絶縁性の第５リンク部材１ｓを、長さの異なる２個の三角柱形状の構造体１ｋを一方の端部で互いに連結しかつ他方の端部から切り込まれた切欠１ｊを有して大略Ｕ字状に構成している。このような第５リンク部材１ｓの切欠１ｊを、図１５Ｄの状態で第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが接触する可能性のある部分に挿入して、絶縁性の三角柱形状の構造体１ｋで、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが接触するのを確実に防止できるようにしている。このようにすれば、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが、２個の絶縁性の三角柱形状の構造体１ｃと２個の絶縁性の三角柱形状の構造体１ｋとで、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分で、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが接触するのを確実に防止することができる。
【０１０５】
この第５実施形態では、リンク部材を、１個の絶縁リンク部材１ｒのみ（図１５Ａ〜図１５Ｄ）で構成するか、又は、第５実施形態の変形例として、絶縁性の第４リンク部材１ｒ及び第５リンク部材（固定リンク部材）１ｓ（図１５Ｅ及び図１５Ｆ）との２個のリンク部材で構成するようにしている。
【０１０６】
絶縁性の第４及び第５リンク部材１ｒ，１ｓのそれぞれは、テフロン（登録商標）又はチーク材等からなる固体の部品である。第４リンク部材１ｒと第５リンク部材１ｓは共に、前述したように、概略三角柱の形状をした２つの部材１ｃ，１ｋを、前者は中央付近で、後者は端部で互いに接続した形状をなしている。
【０１０７】
図１５Ａ〜図１５Ｄには、印加電圧の極性の異なる第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂ間での絶縁性能の向上と、印加電圧の極性が同じ導電性高分子膜２ａ，２ｂ及び４ａ，４ｂ同士を一体化したことによる配線の簡易化を実現する例を示している。
【０１０８】
第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂには、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分において、電気的なショートを避けるための切り欠き形状２ｈ，４ｈがそれぞれ設けられている。図１５Ａにおいて、実線で切り欠いて示した部分が、この切り欠き形状である。
【０１０９】
図１５Ｂの中央の図のように、第４リンク部材１ｒを介して第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂが互いに交差するように接続される場合には、絶縁性の第４リンク部材１ｒの２つの切り欠き部分（凹部）１ｈを活用して、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂを組み合わせるようにしている。  ここで、絶縁の第４リンク部材１ｒは、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとそれぞれ接触する部分（例えば、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分、そして、絶縁性の第４リンク部材１ｒと第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとがそれぞれ接触している部分の端部に位置して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとのそれぞれの曲がりが直線的に移行する部分）は、曲面形状をなしている。すなわち、各三角柱形状の構造体１ｃの角部は、全て湾曲した、なだらかな形状となっており、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとの伸縮時の応力による第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとへの屈曲部分での集中応力を回避して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂの切断等のトラブルを回避できる構成としている。
【０１１０】
次に、図１５Ｄを用いて、配線を簡易できることを説明する。前述の図３Ａに示した場合と比較して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとの２つの端部に両極を接続するだけで、配線が構築できる。よって、アクチュエータとしての製造工数の大幅な削減が可能である。なお、図１５Ｄにおいては、配線図の明確化のために、固定枠等の部材は省略して図示している。
【０１１１】
また、第５実施形態の変形例によれば、第５リンク部材１ｓにより、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとを固定する点が増えることにより、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとの位置ずれを防止することができる。特に、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが緩んだ際にも、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとが交差する部分が互いに分離することがないように、第４リンク部材１ｒに対して第５リンク部材１ｓを取り付けることにより、第５リンク部材１ｓが、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとを第４リンク部材１ｒに対して押さえつける役割（固定させる機能）を果たすことができる。
【０１１２】
図１５Ｅ及び図１５Ｆにおいては、上記したように、絶縁性の第４リンク部材１ｒに加えて、固定リンク部材としての第５リンク部材１ｓを備えており、絶縁性の第４リンク部材１ｒと第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂを外側から固定するようにした構成が示されている。元来、この第５実施形態にかかるアクチュエータでは、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂは、第７導電性高分子膜２ａｂを構成する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂが、また、第８導電性高分子膜４ａｂを構成する第４導電性高分子膜４ａと第３導電性高分子膜４ｂとに対して、図２Ａで示した固定枠３ａ、５ａにより、テンションが常に作用した状態で維持されている。しかし、アクチュエータに外力又は振動が加わった際には、いずれかの又は全ての導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂのテンションが緩む場合も想定される。このような場合に、第５リンク部材１ｓを配置しておれば、第５リンク部材１ｓにより、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂが絶縁性の第４リンク部材１ｒから離脱しないように、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂを確実に保持することができる。
【０１１３】
ここで、図１５Ｈ及び図１５Ｉにおいて、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂと絶縁性第４リンク部材１ｒに関する寸法的な構成について説明する。第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂに関して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂとは対称に配置されている場合を想定し、図１５Ｈには、代表例として第７導電性高分子膜２ａｂのみを記載している。第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂが交差するときに互いに絶縁すること、つまり、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとの接触を回避することが重要であり、そのためには、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂにそれぞれ切欠２ｈ，４ｈが必要で、各切欠２ｈ，４ｈの幅はΔＷ、各奥行きは第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂの幅方向の中心位置からΔＨだけ中心軸を超えて、各々設けている。また、絶縁性の第４リンク部材１ｒにおいては、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとの接触を回避すべく、２つの三角柱形状の構造体１ｃの連結部分にΔＡのギャップを設けた、くびれ部分１ｅを有する。第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂにおいて、ΔＷ／２は、通常の工業製造物の寸法誤差を考慮して、２００μｍ以上が必要である。一例として、ΔＷを０．５ｍｍとして試作したところ、絶縁性能には問題が無かった。一方、絶縁性の第４リンク部材１ｒでは、くびれ部分１ｅの幅ΔＡは、強度的な観点から、１ｍｍ以上が望ましい。上記試作でも１ｍｍで作製したが、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとの伸縮による応力では、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとが破壊したりする問題は発生しなかった。そして、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂとにおける、ΔＨは、上述のΔＡに依存して寸法が決定され、ΔＨ＝ΔＡ／２＋２００μｍが望ましい。ΔＨは７００μｍで試作しても、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの動き、又は、面の対向が不十分になることは少なく、たとえ不十分となっても、電解質托体層内のイオンの移動には影響が小さいことが予想される。ここで、ΔＨが例え７００μｍであっても、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの両方が７００μｍ分ずつだけ位置がずれた場合には、計１４００μｍだけ対向する面が減少することになる。電解質托体層の厚みは３０〜５０μｍで、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの幅は５ｍｍであるため、２８％程度の面が対向しない計算になる。しかしながら、実際には、以下の２つの理由で、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの動きに影響が無いと予想される。すなわち、１つ目の理由としては、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂは、共に、固定枠で両端が固定されており、固定枠自体が面で対向する位置にて動作可能な構成としており、実際に導電性高分子膜に駆動時に応力が掛かった際に、リンク部材でのΔＨのずれは自動的に修正され、面で対向する位置に修復されたものと考えられる。２つ目の理由としては、電解質托体層が第７及び第８導電性高分子膜２ａｂと４ａｂの全面に接触しており、対面していない部分が残っていたとしても、その電解質托体層内のイオンにも電圧が印加されてイオンが移動し、第７及び第８導電性高分子��２ａｂと４ａｂの動きに対する影響が非常に小さくなるためと予想される。
【０１１４】
なお、図１５Ａ〜図１５Ｆにおいて、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂは、Ｘ字形状に、両端部が少し離れたように図示されているが、これは、組立又は配線を明示するためのもので、固定枠３ａ、５ａにより完成した時点では、第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂは電解質托体層６を挟んで、概略平行な位置となる。すなわち、一例して、図１５Ｇに示した通りである。
【０１１５】
なお、固定枠３ａ、５ａに設定するように組み立てた様子を図１５Ｊに示すと同時に、図１５Ｊには、絶縁体のリンク部材連結部材１０ａも図示している。絶縁性の第５リンク部材１ｓに係合凹部１ｕを設け、リンク部材連結部材１０ａには、係合凹部１ｕが係合する係合凸部１０ｕを両端部に設けている。図６Ａと同様に、後述の図１５Ｌのように、隣接するアクチュエータにおいて、リンク部材連結部材１０ａの一方の端部の係合凸部１０ｕを一方のアクチュエータの第５リンク部材１ｓの係合凹部１ｕに係合するとともに、リンク部材連結部材１０ａの他方の端部の係合凸部１０ｕを他方のアクチュエータの第５リンク部材１ｓの係合凹部１ｕに係合するように構成する。この結果、リンク部材連結部材１０ａにより、隣接するアクチュエータにおいて、所定間隔をあけて、互いに連結配置することが可能となっている。このように、リンク部材連結部材１０ａは、先のリンク部材連結部材１０と同様に、隣接する導電性高分子膜同士の接触を防止する機能を有している。
【０１１６】
これらのリンク部材連結部材１０ａにおいて工夫した技術的なポイントは、
（１）本来、交差して接触回避が困難な第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂにおける絶縁機能と固定機能との両方を、第４リンク部材１ｒ、又は、第４リンク部材１ｒ及び第５リンク部材１ｓのような簡単な部材で実現できること、
（２）絶縁性の第４リンク部材１ｒとリンク部材連結部材１０ａとの接続も容易に可能な形状であること、
（３）第７及び第８導電性高分子膜２ａｂ及び４ａｂの切欠２ｈ，４ｈは、例えばプレス加工又はレーザー加工で簡単に加工成形できること、
（４）絶縁性の第４リンク部材１ｒには、電解質托体層６、７を形成しているゲル状のイオン液体に対して耐腐食性の機能を有する材料として、テフロン（登録商標）等を選定すること、
が重要である。
【０１１７】
なお、図１５Ｋ、図１５Ｌ、図１５Ｍについては、上記の構成及びその構成における動作を示しており、先の実施形態における図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃと同様な断面図である。すなわち、図１５Ｋは、本発明にかかる第５実施形態の変形例にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータとその導電性高分子アクチュエータへ電圧を印加する一例を示した配線図である。図１５Ｌは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、スイッチ５２をオンした際の電圧と変位の方向を示した図である。図１５Ｍは、図１５Ｋの導電性高分子アクチュエータにおいて、図１５Ｌの電圧の印加方向とは逆方向に電圧を印加した場合の図である。電圧制御回路を内蔵した電源回路５４は、スイッチ５２を介して、一方の電極を導電性高分子膜２ａｂに、片方の電極を導電性高分子膜４ａｂにそれぞれ接続している。
【０１１８】
以上のように本第５実施形態により、印加電圧の極性の異なる導電性高分子膜２ａｂ，４ａｂ間での絶縁性能の向上と、印加電圧の極性が同じ導電性高分子膜同士を一体化したことによる配線の簡易化を実現、リンク部材１ｒ，１ｓにおける接続時の屈曲部分での集中応力を回避して、第７導電性高分子膜２ａｂと第８導電性高分子膜４ａｂの切断等のトラブルを回避できる構成としている点が特徴である。
【０１１９】
なお、第４リンク部材１ｒの三角柱形状の構造体１ｃ及び第５リンク部材１ｓの三角柱形状の構造体１ｋは、それぞれ、三角柱の形状で構成されているが、これに限られるものではなく、同様な絶縁性機能を有するものならば、任意の形状でもよい。
【０１２０】
（応用例）
また、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）をロボットハンド１００のアクチュエータに適用することができる。
【０１２１】
図１２Ａは、特許第３７２３８１８号における図３Ａを引用したロボットハンド９０の斜視図である。駆動源となるアクチュエータ３−１，３−２，３−３が記載されているが、これらのアクチュエータ３−１，３−２，３−３の部品として、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）の一例として、前述の図６Ａから図６Ｄで示したような構成、特に図６Ｄの組み合わせを基本的な構成として使用することにより、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、大きな応力を提供することが、省スペース状態で、実現可能である。
【０１２２】
具体的には、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示した平面型多関節駆動機構のようにアクチュエータ（本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置））３−１，３−２が伸縮することにより、ロボットハンド９０の指１００を曲げたり伸ばしたり可能となる。この構成において、後述するように平板積層型導電性高分子アクチュエータ３−１，３−２として応力又は変位量の増加が必要である。が、さらにここでは、複数の骨材１、例えば、３個の長方形板状の骨材１−１，１−２，１−３と、１つの長尺な長方形板状の連結部材２を有しており、その厚さ方向のトルクにより、指１００を屈曲させている。
【０１２３】
より詳細な説明として、図１２Ｄに示したように、図１２Ｂ及び図１２Ｃの平面型多関節駆動機構をモデル化して実寸を記入している。この図１２Ｄのモデルにおいて、実際の設計数値の一例について説明する。このロボットハンド９０により、軽重量物として１ｋｇｆの物体を把持するとする、と仮定する。この際に必要な把持力は、ロボットハンド９０の指１００の表面（カバー）９０ａの素材にも依存するが、約２００ｇｒと想定する。その結果、指１００の先端部分に作用する荷重と指１００の支点との間の距離が５０ｍｍであるのに対して、指１００の厚み方向の支点間の距離が２．５ｍｍである。このことから、平面型多関節駆動機構における変位拡大率は、（５０ｍｍ／２．５ｍｍ）＝２０倍とみなせる。よって、応力は２０分の１になるため、把持力２００ｇｆを出力するには、アクチュエータ３−２からは、４ｋｇｆの応力が必要となる。逆に、把持するための必要変位量を１関節当たり１０ｍｍ程度と仮定し、アクチュエータ３−２の変位量は２０分の１の０．５ｍｍだけでよい。
【０１２４】
一方、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、一例として、図６Ｄの構成を用いることができる。ただし、把持に必要な応力と変位量のために、図６Ｄにおいては図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを３個使用して図４Ａのような構成（図４Ａでは図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを４個使用している図であるが、その図から、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを１個だけ取り去った構成）とし、その図４Ａのような構成を３組、使用して図６Ｄの構成にすることで、変位量を６倍にするとともに応力を３倍にしている。これに対して、図１２Ｄにおいては、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを５個使用して図４Ａのような構成（図４Ａでは図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを４個使用している図であるが、その図に、さらに図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを１個追加した構成）とし、その図４Ａのような構成を１００組、使用して図６Ｄの構成にすることで、変位量は１０倍の０．５ｍｍ、応力は１００倍の４ｋｇｒに設計することができる。なお、ここで、一例として、導電性高分子膜の応力としては、導電性高分子膜の幅が５ｍｍのときに約２０ｇｒが得られるとする。よって、今回の図１２Ａの構成では、導電性高分子膜の幅が２倍の１０ｍｍを使用すると、その応力は約４０ｇｒとし、さらに電圧印加時の導電性高分子膜の発生変位は約０．２％とし、図２Ｄの構成において、導電性高分子膜の長さが２５ｍｍの場合には、導電性高分子膜の変位量δは約５０μｍとなり、つまり、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータが一組で、その変位量としては２δの０．１ｍｍ（＝２×５０μｍ）が得られることになる。
【０１２５】
以上の一例において、使用される平板積層型導電性高分子アクチュエータの概略寸法は、幅は１０ｍｍ、長さは約５０ｍｍ強であるが、厚さは１０ｍｍ程度となる。人の手の指のサイズと比べて、少し長い指になるが、太さは等しいサイズで実現できることが分かる。
【０１２６】
さらに、図１２Ａの構成において、指１００は２本が対向して合計４本の指１００の構成としているが、これに限られずに、人間の手の指のように、親指と概略対向して４本の指が並んでおり、親指としては、変位は小さいが応力が必要となり、親指と概略対向する残りの４本としては、変位量は大きい場合が考えられる。このような構成では、親指に応力重視の平板積層型導電性高分子アクチュエータを使用し、他の４本の指は、応力は４分の一で良いので変位量を４倍にして、手として全体をバランスさせることも考えられる。その場合にも、親指に概略対向する他の４本すべてが必ずしも同時に動作する必要性もなく、電圧制御により、人差し指から小指に向けて順に電圧を印加することも可能である。さらに、各々の指においても関節があり、根元から順に先端を変位させることなども容易に実現可能である。
【０１２７】
なお、親指等で指の幅に余裕があり、かつ非常に大きな応力が必要な場合には、平板積層型導電性高分子アクチュエータを、単純に導電性高分子膜の幅の方向に並列に設置することで、応力は設置数に応じ比例して増大できることは言うまでもない。
【０１２８】
また、前述の特性に加えて、静音、軽量、省電力であることから、ウェアラブル機器に必要なアクチュエータとしても有用であり、例えば、図１３Ａに示したような遠近可変メガネ、又は、デジタルカメラ等のシャッター又はレンズの駆動メカ機構としても好適なものである。図１３Ａには、示すように、特開平６−３６３０号公報における図９を引用したものであるが、この公報に開示の発明の場合には、新しい遠近両用の老眼鏡として、いわゆる遠近焦点可変メガネについて開示されている。このような構成では、眼鏡枠２１０及び固定レンズ２１１に対して、焦点可変のための可動レンズ２０９の移動は、手動（手でノブ２１５をスライド操作すること）が前提である。
【０１２９】
これに対して、本発明では、レンズを移動させるために本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）を用いることができる。例えば、図１３Ｂに示したように、左右両側のメガネフレーム部分（テンプル）８０ａ，８０ｂに設けたコントローラ１７ａ，１７ｂ内に、上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）とその制御回路、小型バッテリィ、及びタッチスイッチを備える。コントローラ１７ａ，１７ｂの各々から導出しているレンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂは、その基端が上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）に連結され、先端が左右両側のメガネフレームのリム８２ａ，８２ｂにそれぞれスライド可能に支持された可動レンズ８１ａ，８１ｂ（例えば、図１３Ａの可動レンズ２０９に相当。）に連結されている。左右両側のメガネフレームのリム８２ａ，８２ｂには、固定レンズ８３ａ，８３ｂ（例えば、図１３Ａの固定レンズ２１１に相当。）が固定されている。左右両側のメガネフレームのリム８２ａ，８２ｂ及び固定レンズ８３ａ，８３ｂに対して、可動レンズ８１ａ，８１ｂは、それぞれ、光軸方向沿いに移動可能に支持されている（例えば、図１３Ａのようにスライド可能な構造で支持されている）。このような構造によって、左右のコントローラ１７ａ，１７ｂのタッチスイッチをそれぞれオンすることにより、小型バッテリィから制御回路を介して上記平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）に電位が印加されて、レンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂが出入りし、所定の焦点位置にスムーズにレンズ８１ａ，８１ｂをそれぞれ移動させることが可能となり、遠近自動焦点メガネを実現できるのである。この場合にも、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、収縮方向及び伸長方向の双方向において、大きな変位量を出すことができ、剛性及び駆動力を有するアクチュエータ（アクチュエータ装置）が実現可能である。この部品として本発明の平板積層型導電性高分子アクチュエータ（アクチュエータ装置）として、特に前述の図４Ａから図４Ｃで示したような構成で使用することで、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、大きな変位量を提供することが省スペースで実現可能である。
【０１３０】
ここで、凹レンズと凸レンズの組み合わせによる、遠近焦点可変の原理について述べる。一般的に、焦点距離ｆ１とｆ２のレンズの組み合わせによる合成焦点距離Ｆは、レンズ間の距離Δを用いて、次式により求まる。１／Ｆ＝１／ｆ１＋１／ｆ２＋Δ／（ｆ１・ｆ２）。そこで、同じ焦点距離ｆの凸レンズ（＋ｆ）と凹レンズ（−ｆ）の合成焦点距離Ｆは、次式により求まる。１／Ｆ＝１／ｆ−１／ｆ＋Δ／（ｆ・ｆ）。つまり、Ｆ＝ｆ２／Δ。凸レンズと凹レンズが重なった状態、すなわち、Δ＝０の場合には、合成焦点距離Ｆは無限となり、裸眼の状況となる。そして、徐々に、連続的にレンズ間の距離Δを大きくしていくことにより、ズームレンズとして機能して、距離Δを制御することにより、必要なズーミング設定が可能である。上式から、大きな焦点距離ｆの凹凸レンズのみの組み合わせにより、小さな距離Δによって、大きな可変焦点Ｆが得られることが分かる。特に、可変できる焦点Ｆが、レンズ間の距離Δの一次関数である点が有用で、焦点可変がリニアとなるため制御が簡素化できる。
【０１３１】
具体的には、図１３Ｃには、市販品でも入手可能なレンズ仕様の一例を載せている。それぞれの片面が平面である凸レンズＬＡと凹レンズＬＢが共に同じ焦点距離５０ｍｍを有しており、かつ、外径と曲率半径もそれぞれ同じものを選択している。その結果、凸レンズＬＡの曲率を有する面（図１３Ｃの左側の曲面）と凹レンズＬＢの曲率を有する面（図１３Ｃの右側の曲面）とを重ね合わせると、凸レンズＬＡと凹レンズＬＡの外側両面が平面のガラス円筒状になり、屈折歪もなく、裸眼と同じ状況を作ることができる。ただし、凹レンズＬＢと凸レンズＬＡの厚みは、各々、６．６６ｍｍと２．３４ｍｍであるため、その際の円筒の厚みは９ｍｍとなる。ここで、合成焦点距離Ｆを、老眼鏡として度数で２程度まで可変するものを製作するため、凹レンズＬＢと凸レンズＬＡｓの間の距離Δは、上式から５ｍｍとなる。度数は、焦点距離の逆数である。その結果、図１３Ｃの凹レンズＬＢと凸レンズＬＡを使用する場合には、図１３Ｂにおいてコントローラ１７ａ，１７ｂから導出しているレンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂの変位量は、５ｍｍ必要となる。また、凹レンズＬＢと凸レンズＬＡを保持するための応力としては、ガラスレンズの場合で２枚で１５ｇｒ程度となる。なお、プラスチックレンズ、或いは、フレネルレンズを使用する場合には、必要応力は、１５ｇｒより小さくて良い。
【０１３２】
前述のロボットハンドの場合と異なり、平板積層型導電性高分子アクチュエータの設計としては、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータとして、幅５ｍｍの導電性高分子膜を用いて、応力としては２０ｇｒが得られるので、レンズの重さに対しては十分な応力である。また、前述のように、図２Ｄの構成において、導電性高分子膜の長さが２５ｍｍの場合には、導電性高分子膜の変位量δは約５０μｍとなり、つまり、固定枠３ａ，５ａの長手方向が約５０ｍｍ相当の図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータが一組で、変位量は２δの０．１ｍｍ（＝２×５０μｍ）である。そこで、図１３Ｂの遠近自動焦点メガネを度数２まで可変に実現するには、前述のように変位量として５ｍｍ必要なため、図２Ｄの平板積層型導電性高分子アクチュエータを図４Ａの組み合わせとして５０組が必要である。従って、積層方向の厚さは、約５ｍｍとなる。また、平板積層型導電性高分子アクチュエータのみの重さも約２ｇｒ以下となり、その他の制御回路、小型バッテリィ、及びタッチスイッチを含めても、レンズフレーム部分（テンプル）に設置しても気にならない大きさと重さである。必要に応じて、小型バッテリィ、或いは、制御回路まで含めて、メガネフレーム部分（テンプル）から分離して胸ポケット等への携帯型にすることも可能である。
【０１３３】
特に、従来の小型のアクチュエータとして圧電素子又はステッピングモータと比して、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータは、静音化が図れるのも大きな特徴である。メガネフレームのように最も聴覚又は触覚として敏感な位置にて使用する家電機器としては、静音化は重要なメリットと言える。
【０１３４】
また、この図１３Ｂの上記実施形態では、左右のレンズを個別に制御を行っているが、これは実際の老眼のニーズとして左右の必要度数が異なるケースが多いことに起因している。
【０１３５】
また、上述の説明では、度数はゼロから２に可変する場合に、変位量が５ｍｍとなることを示したが、焦点可変がレンズ間の距離Δに対してリニアとなるため、例えば、度数を１だけ変化するのみの場合には、変位量は５ｍｍの半分の２．５ｍｍでよい点も特徴的である。導電性高分子膜の変位量は、電圧に対してノンリニアであり、ヒステリシスを有するのであるが、レンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂにおける変位量はリニアで良い点が、制御全体を簡素化するのに貢献している。なお、老眼鏡として、度数は３〜４程度までが必要限界であり、４０歳半ばから５０歳代での多くのユーザでは、遠中近（遠距離用、中距離用、近距離用）として度数はゼロ、１、２と言った３段階あれば有用なケースが多い。勿論、度数が３以上の場合にも、レンズの焦点距離をより短いものを選択する、或いは、レンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂの変位量を大きくすることで、対応可能である。
【０１３６】
また、特開平６−３６３０号公報の場合には手動であったが、本発明のように電気制御することが可能となるので、メガネフレームに距離センサを搭載して、ユーザが見ている対象の置かれた距離を距離センサで自動的に測定し、距離センサで測定された情報を基にコントローラ１７ａ，１７ｂでレンズ駆動ロッド１８ａ，１８ｂを駆動制御して、メガネの度数も自動的に可変することも有益であり、実現可能である。ただし、この際には、可動レンズを可変する速度が大き過ぎたり、逆に、可動レンズを可変する速度が小さ過ぎると、不快感につながるので、適切な変位量への可変速度を制御する必要がある。
【０１３７】
なお、前述の図１２Ａのロボットハンドの場合には把持する方向に応力が必要で、逆の方向には大きな応力は特には必要ではなかったが、図１３Ｂの遠近自動焦点メガネの場合には、変位の双方向にて応力は必要である点でも、本発明に係る平板積層型導電性高分子アクチュエータの効果があることは特筆すべきである。
【０１３８】
今後、ウェアラブル機器の場合には、静音、軽量、省電力が最重要なファクタであるため、従来の圧電素子又は空圧のアクチュエータでは困難であったが、ウェアラブル機器は、本発明のアクチュエータ（アクチュエータ装置）の最適な利用対象である。
【０１３９】
将来的には、ロボットハンド又は遠近自動焦点メガネが家庭用品として大きく普及すると予想され、その際に柔らかい機器であることも重要なファクタである。導電性高分子膜自身が有する弾性体としての特性により、ロボットハンドの人との衝突、又は、遠近自動焦点メガネのレンズへの衝撃を吸収することも大切である。その観点からも、家電機器のアクチュエータとしても本発明は最適な利用対象である。
【０１４０】
また、一例として、図２Ａのリンク部材１では、第１リンク部材と第２リンク部材とが同一部材で一体に構成された１つのリンク部材として説明したが、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材ではなく、異なる部材でそれぞれ構成しかつ互いに連結されて１つの部材となるように構成してもよい。
【０１４１】
なお、以上の説明では、特許文献１に開示された導電性高分子を用いたアクチュエータの動作原理に従い、導電性高分子膜に陰イオンが挿入されて伸長し、逆に陰イオンが離脱して収縮することを前提にしているが、導電性高分子膜の種類又はイオン液体の種類又は組み合わせによっては、陰イオンではなく陽イオンにより同様な現象が発生することがある。この場合も、本発明により、同様な効果が得られる。
【０１４２】
なお、分子構造レベルでの構成も、同様に可能である。印刷と類似したプロセスにより、平板積層型導電性高分子膜の形成は容易である。
【０１４３】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【０１４４】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【０１４５】
（本発明と先行文献との差異）
図１４Ａ〜図１４Ｅに、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報の開示されている構成を示す。図１４Ｆ及び図１４Ｇには、本発明の第１実施形態にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータに、先行文献における構成を適応した一例として断面図を示している。
【０１４６】
以下、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を説明すると共に、本発明との差異、及び本発明の効果を述べる。
【０１４７】
図１４Ａ及び図１４Ｂに、特開平３−２４３１７４号公報に開示された構成を示す。図１４Ａ及び図１４Ｂでは、伸長板２９１と収縮板２９２とが交互に配置されている。伸長板２９１は、Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ等の希土類と、Ｆｅ，Ｃｏ等の磁性体との合金、すなわち磁気の発生に従い伸長する超磁歪合金でそれぞれ構成されており、ソレノイド２９３が通電されたとき、伸長板２９１は長さ方向に生じる磁場により伸長される。収縮板２９２は、磁気の発生に従い収縮するＳｍとＦｅの合金やＮｉ等の超磁歪合金でそれぞれ構成されており、ソレノイド２９３が通電されたとき、収縮板２９２は長さ方向に生じる磁場により収縮される。以下、その作用について、説明する。
【０１４８】
伸長板２９１が伸長し、伸長板２９１の上端位置が上昇する。その上昇に伴い、上方に移動した収縮板２９２が収縮する。これにより、収縮板２９２の下端位置が、伸長板２９１の伸長量と収縮板２９２の収縮量と加算した量だけ上昇する。よって、交互に配置された伸長板２９１と収縮板２９２とが、伸長と収縮することにより、全体的に上昇していく。なお、この場合に、伸長板２９１と収縮板２９２のそれぞれは平板状の部材である。
【０１４９】
図１４Ｃ〜図１４Ｅには、特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成を示す。環状の接合部材３２５ａ，３２５ｂ，３２５ｃ，３２５ｄ，３２５ｅ，３２５ｆにより接続された、直径が異なる管状の固体素子（圧電積層体）３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆは、個々の固体素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆの伸縮を積算して拡大することができ、弁のハウジング３０３と管状の弁体３０４間の変位量として外部への応力となる。この固体素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆの特徴は、断面平面が図１４Ｄに示すように円環形状をしていることである。
【０１５０】
次に、図１４Ｆ及び図１４Ｇには、本発明の図４Ａ及び図４Ｂに示した構成にやや類似した構成であって、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報に開示された構成に基づき容易に想到できる構成、及び、その構成による動作について、仮想的に考察した図である。具体的には、本発明の図４Ａ及び図４Ｂに示した構成の、リンク部材１が配置されている位置よりも、一方向、例えば、図４Ａの下側の構成のみを抽出して構成したアクチュエータの断面図を図１４Ｆ及び図１４Ｇに示している。図１４Ｆ及び図１４Ｇにおいて、１０１は連結部材、１０２ｂと１０４ａは導電性高分子膜、１０６及び１０７は電解質托体層、１０８は連結部材である。
【０１５１】
本発明で対象としている導電性高分子膜は、その収縮する方向には膜のテンションで応力を出すことができる。しかしながら、一般に、導電性高分子膜は、伸長した場合に、容易に座屈してしまう性質がある。図１４Ｇに、その様子を図示している。収縮する導電性高分子膜１０４ａは引っ張り応力を発揮することができるが、逆に、伸長しようとする導電性高分子膜１０２ｂの押圧力を利用しようとすると、導電性高分子膜１０２ｂが座屈してしまうことになる。したがって、図１４Ｆの構成では、導電性高分子膜１０４ａ，１０２ｂを積層しているにも係わらず、アクチュエータ全体の変位量を拡大する効果は全く得られないことになる。
【０１５２】
なお、図１４Ｃ〜図１４Ｅに示した特開昭６３−２８９９７５号公報では、固体素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ，３０２ｆは管状の部材のため、座屈には比較的強い特性がある。同様に、管状の導電性高分子膜と置き換えたとしても、座屈を抑制する効果は少し期待できるが、実用的ではない。具体的には、円環状であるため、積層数に直径上の制限がある。つまり、座屈を抑制するためには、アクチュエータが大きくなってしまうために、実用的ではない。また、対面する導電性高分子膜の面積が半径方向で異なるため、制御する上でも課題が多い。
【０１５３】
本発明者らは、特開平３−２４３１７４号公報及び特開昭６３−２８９９７５号公報では開示されていない、伸長及び収縮する材料に導電性高分子膜を用いた場合に、発生する課題の、伸長した導電性高分子膜が座屈するということを見出した。そして、ホ発明の上記第１〜５の実施形態に示すように、リンク部材と固定枠とを用いた構成とすることによって、導電性高分子膜を利用したアクチュエータの変位を確実に拡大、又は、応力を確実に拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明に係る平板積層型導電性高分子アクチュエータ及び平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置、並びにその作動方法は、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により変位を拡大、或いは、応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により、省エネ、省スペースな効率的な駆動が可能なアクチュエータを得ることができるものであり、人工筋肉アクチュエータ等として有用であるとともに、それを用いてロボットのロボットアーム又はロボットハンドの駆動部として好適なものである。
【０１５５】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１リンク部材は、上記第１及び第２導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁し、上記第２リンク部材は、上記第３及び第４導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁している請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に与える電位差と、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に与える電位差とを、酸化還元反応による上記第１〜上記第４導電性高分子膜の膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成し、上記第３及び第４の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成している請求項３に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を上記電解質托体層を介して接続し、上記導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮するように構成された平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記固定枠を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記リンク部材を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを少なくとも３個接続する際に、一つおきの上記固定枠に備えた導電性高分子膜同士を概直線的に連結して荷電する構成とした請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項９】
上記第１及び第４導電性高分子膜を一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第３及び第２導電性高分子膜を別の一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材とが一体に接続されて１つの絶縁性のリンク部材で構成し、上記絶縁性のリンク部材により、上記一枚の導電性高分子膜と上記別の一枚の導電性高分子膜とが中心部で互いに交差しかつ互いに接触しないように保持している、請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項１０】
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材、又は、異なる部材でかつ互いに連結された部材より構成されている請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、隣接する上記複数の導電性高分子アクチュエータの上記固定枠と上記固定枠との間にスペーサを備える請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を屈曲可能な指の駆動源として配置したロボットハンド。
【請求項１３】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置により可動レンズをレンズフレームに対して移動させるメガネ。
【請求項１４】
平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法であり、
上記導電性高分子アクチュエータは、
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成される導電性高分子アクチュエータであって、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張させて、
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和を、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位にする平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2009119069.tif 000073
【図１Ｂ】
2009119069.tif 000074
【図１Ｃ】
2009119069.tif 000075
【図１Ｄ】
2009119069.tif 000076
【図１Ｅ】
2009119069.tif 000077
【図２Ａ】
2009119069.tif 000078
【図２Ｂ】
2009119069.tif 000079
【図２Ｃ】
2009119069.tif 000080
【図２Ｄ】
2009119069.tif 000081
【図２Ｅ】
2009119069.tif 000082
【図３Ａ】
2009119069.tif 000083
【図３Ｂ】
2009119069.tif 000084
【図３Ｃ】
2009119069.tif 000085
【図４Ａ】
2009119069.tif 000086
【図４Ｂ】
2009119069.tif 000087
【図４Ｃ】
2009119069.tif 000088
【図４Ｄ】
2009119069.tif 000089
【図４Ｅ】
2009119069.tif 000090
【図４Ｆ】
2009119069.tif 000091
【図５Ａ】
2009119069.tif 000092
【図５Ｂ】
2009119069.tif 000093
【図５Ｃ】
2009119069.tif 000094
【図６Ａ】
2009119069.tif 000095
【図６Ｂ】
2009119069.tif 000096
【図６Ｃ】
2009119069.tif 000097
【図６Ｄ】
2009119069.tif 000098
【図７Ａ】
2009119069.tif 000099
【図７Ｂ】
2009119069.tif 000100
【図８Ａ】
2009119069.tif 000101
【図８Ｂ】
2009119069.tif 000102
【図８Ｃ】
2009119069.tif 000103
【図８Ｄ】
2009119069.tif 000104
【図９】
2009119069.tif 000105
【図１０】
2009119069.tif 000106
【図１１】
2009119069.tif 000107
【図１２Ａ】
2009119069.tif 000108
【図１２Ｂ】
2009119069.tif 000109
【図１２Ｃ】
2009119069.tif 000110
【図１２Ｄ】
2009119069.tif 000111
【図１３Ａ】
2009119069.tif 000112
【図１３Ｂ】
2009119069.tif 000113
【図１３Ｃ】
2009119069.tif 000114
【図１４Ａ】
2009119069.tif 000115
【図１４Ｂ】
2009119069.tif 000116
【図１４Ｃ】
2009119069.tif 000117
【図１４Ｄ】
2009119069.tif 000118
【図１４Ｅ】
2009119069.tif 000119
【図１４Ｆ】
2009119069.tif 000120
【図１４Ｇ】
2009119069.tif 000121
【図１５Ａ】
2009119069.tif 000122
【図１５Ｂ】
2009119069.tif 000123
【図１５Ｃ】
2009119069.tif 000124
【図１５Ｄ】
2009119069.tif 000125
【図１５Ｅ】
2009119069.tif 000126
【図１５Ｆ】
2009119069.tif 000127
【図１５Ｇ】
2009119069.tif 000128
【図１５Ｈ】
2009119069.tif 000129
【図１５Ｉ】
2009119069.tif 000130
【図１５Ｊ】
2009119069.tif 000131
【図１５Ｋ】
2009119069.tif 000132
【図１５Ｌ】
2009119069.tif 000133
【図１５Ｍ】
2009119069.tif 000134
【図１５Ｎ】
2009119069.tif 000135
【図１６Ａ】
2009119069.tif 000136
【図１６Ｂ】
2009119069.tif 000137
【図１６Ｃ】
2009119069.tif 000138
【図１７Ａ】
2009119069.tif 000139
【図１７Ｂ】
2009119069.tif 000140
【図１７Ｃ】
2009119069.tif 000141
【図１８】
2009119069.tif 000142
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月15日(2010.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１リンク部材は、上記第１及び第２導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁し、上記第２リンク部材は、上記第３及び第４導電性高分子膜のそれぞれの端部を保持しかつ電気的に絶縁している請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に与える電位差と、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に与える電位差とを、酸化還元反応による上記第１〜上記第４導電性高分子膜の膨張と収縮の変位が等しくなるよう印加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成し、上記第３及び第４の導電性高分子膜を同じ長さでかつ同じ材料で構成している請求項３に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を上記電解質托体層を介して接続し、上記導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮するように構成された平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記固定枠を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、上記リンク部材を互いに連結することで構成した請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを少なくとも３個接続する際に、一つおきの上記固定枠に備えた導電性高分子膜同士を概直線的に連結して荷電する構成とした請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項９】
上記第１及び第４導電性高分子膜を一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第３及び第２導電性高分子膜を別の一枚の導電性高分子膜で構成し、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材とが一体に接続されて１つの絶縁性のリンク部材で構成し、上記絶縁性のリンク部材により、上記一枚の導電性高分子膜と上記別の一枚の導電性高分子膜とが中心部で互いに交差しかつ互いに接触しないように保持している、請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項１０】
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材は、同一部材、又は、異なる部材でかつ互いに連結された部材より構成されている請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の導電性高分子アクチュエータを複数接続する際に、隣接する上記複数の導電性高分子アクチュエータの上記固定枠と上記固定枠との間にスペーサを備える請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置を屈曲可能な指の駆動源として配置したロボットハンド。
【請求項１３】
請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置により可動レンズをレンズフレームに対して移動させるメガネ。
【請求項１４】
平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法であり、
上記導電性高分子アクチュエータは、
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成される導電性高分子アクチュエータであって、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張して、
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和を、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位にする平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備えて、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成され、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張するよう構成し、
上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和が、上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位となることを特徴とする平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
本発明の第１４の態様によれば、
平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法であり、
上記導電性高分子アクチュエータは、
第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第１リンク部材と、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第１固定枠と、
第３導電性高分子膜と第４導電性高分子膜との互いに対向する一方の端部同士が保持される第２リンク部材と、
上記第３導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との他方の端部がそれぞれ保持される第２固定枠と、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜との間に配置された第１電解質托体層と、
上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜との間に配置された第２電解質托体層とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜とが上記第１電解質托体層を介して接続されるとともに、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜とが上記第２電解質托体層を介して接続されるように、上記第１固定枠と上記第２固定枠を隣接させて配置し、
上記第１リンク部材が上記第２リンク部材と接続されて構成される導電性高分子アクチュエータであって、
上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第３導電性高分子膜の一方が膨張し、他方が収縮し、上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第２導電性高分子膜と上記第４導電性高分子膜の一方が収縮し、他方が膨張して、
上記第１リンク部材と上記第２リンク部材の接続により、上記第１固定枠における収縮変位と上記第２固定枠における収縮変位との和を、上記第１固定枠と上記第２固定枠との相対的な変位にする平板積層型導電性高分子アクチュエータの作動方法を提供する。
【国際調査報告】
2009119069.tif 000143
2009119069.tif 000144
2009119069.tif 000145
2009119069.tif 000146