(57)【要約】【課題】  アクチュエータと、前記アクチュエータと対象物との接触状態を検出するセンサとが接続された構成のセンサ付きアクチュエーにおいて、センサに及ぼすアクチュエータの動作による歪みの影響を低減し、センサの検出精度を向上させることができるセンサ付きアクチュエータを提供する。【解決手段】  電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接して設けられた剛体部材を有するセンサ付きアクチュエータであって、前記アクチュエータと前記センサとは、前記アクチュエータの変形に伴って前記センサが変形しないように前記剛体部材を介して接続されていることを特徴とするセンサ付きアクチュエータ。【選択図】  図１
2011072180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接して設けられた剛体部材を有するセンサ付きアクチュエータであって、前記アクチュエータと前記センサとは、前記アクチュエータの変形に伴って前記センサが変形しないように前記剛体部材を介して接続されていることを特徴とするセンサ付きアクチュエータ。
【請求項２】
電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接して設けられた剛体部材を有するセンサ付きアクチュエータであって、前記アクチュエータと前記センサとは、前記剛体部材を介して接続されており、かつ前記剛体部材の弾性率Ｅが０．１ＧＰａ≦Ｅであることを特徴とするセンサ付きアクチュエータ。
【請求項３】
前記アクチュエータと、前記センサに接して設けられた前記剛体部材は直接接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ付きアクチュエータ。
【請求項４】
前記アクチュエータと、前記センサに接して設けられた前記剛体部材がフレーム上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ付きアクチュエータ。
【請求項５】
前記剛体部材の抵抗率ρが１０８Ωｍ≦ρであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載のセンサ付きアクチュエータ。
【請求項６】
前記剛体部材の比誘電率εｒが１＜εｒ≦５であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載のセンサ付きアクチュエータ。
【請求項７】
前記剛体部材の熱伝導率λがλ≦５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載のセンサ付きアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物との距離や接触状態の情報を取得するためのセンサを搭載したセンサ
付きアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータの制御性の向上には、対象物との距離あるいは接触状態に関する情報の検出が重要である。そこで、アクチュエータの対象物に面する側に触覚センサなどのセンサを形成する方法が従来から取られてきた。
【０００３】
高分子アクチュエータとセンサを組み合わせた例としては、特許文献１に開示されている様に、高分子アクチュエータ上に直接電極を形成した構成が知られていた。特許文献１では伸縮動作を示す導電性高分子アクチュエータの膜面上に２つ以上の電極を配置し、該電極間の抵抗値を検出している。これは導電性高分子の伝導率が伸縮量に応じて変化する現象を利用したものであり、アクチュエータの駆動量を検出するための内界センサである。一方で、対象物が接触してアクチュエータに歪みや曲げなどの変位を与えた場合も伝導率が変化することから、センサとしての利用も可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、次のような課題を有している。
【０００６】
高分子アクチュエータに面して形成されたセンサは、対象物との接触による歪みの他に、高分子アクチュエータ自身の形状変化でセンサ形成面が歪む作用を受ける。これによりセンサは、対象物との接触によるセンサ自身の歪みに応じて抵抗値を変化させる一方で、高分子アクチュエータが動作してセンサに歪みを生じさせた場合も抵抗値の変化を引き起こす。このような場合、センサの検出する抵抗値には、対象物との接触による歪みと、高分子アクチュエータの動作に伴う歪みとの両方の影響が重畳される。このため、対象物との正確な接触状態の情報を得ることが難しい。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、アクチュエータと、前記アクチュエータと対象物との接触状態を検出するセンサとが接続された構成のセンサ付きアクチュエーにおいて、センサに及ぼすアクチュエータの動作による歪みの影響を低減し、センサの検出精度を向上させることができるセンサ付きアクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の本発明に係るセンサ付きアクチュエータは、電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接して設けられた剛体部材を有するセンサ付きアクチュエータであって、前記アクチュエータと前記センサとは、前記アクチュエータの変形に伴って前記センサが変形しないように前記剛体部材を介して接続されていることを特徴とするセンサ付きアクチュエータ
第二の本発明に係るセンサ付きアクチュエータは、電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接して設けられた剛体部材を有するセンサ付きアクチュエータであって、前記アクチュエータと前記センサとは、前記剛体部材を介して接続されており、かつ前記剛体部材の弾性率Ｅが０．１ＧＰａ≦Ｅであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクチュエータと、前記アクチュエータと対象物との接触状態を検出するセンサとが接続された構成のセンサ付きアクチュエーにおいて、センサに及ぼすアクチュエータの動作による歪みの影響を低減し、センサの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のセンサ付きアクチュエータの一実施形態の構成を説明する模式図である。
【図２】本発明のセンサ付きアクチュエータの他の実施形態の構成を説明する模式図である。
【図３】本発明のセンサ付きアクチュエータの他の実施形態の構成を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
本発明に係るセンサ付きアクチュエータは、電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接して設けられた剛体部材を有するセンサ付きアクチュエータであって、前記アクチュエータとセンサとは、前記アクチュエータの変形に伴って前記センサが変形しないように前記剛体部材を介して接続されていることを特徴とする。
【００１３】
つぎに、本発明のセンサ付きアクチュエータにおける実施の形態について説明する。
図１は、本発明のセンサ付きアクチュエータの一実施形態の構成を説明する模式図であり、図１（ａ）は対象物（不図示）に面する側から見た模式図、図１（ｂ）は（ａ）の断面線Ａ−Ａ’に対する断面図を示す。
【００１４】
本実施の形態のセンサ付きアクチュエータは、電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接続している剛体部材を有し、前記アクチュエータと、前記センサに接続している剛体部材とがフレーム上に設けられて、アクチュエータとセンサが接続されるように構成されている。センサには、アクチュエータの動作により生じるアクチュエータの歪み・形状変化の影響を受けることの無いように、センサの形成面下に剛体部材が配置される。
【００１５】
図１において、２１はセンサ付きアクチュエータ、２２はアクチュエータ、２３はセンサ、２４はフレーム、２５はアクチュエータ電極、２６はイオン伝導層、２７はセンサ膜、２８はセンサ電極、２９は剛体部材を示す。
【００１６】
図２は、本発明のセンサ付きアクチュエータの他の実施形態の構成を説明する模式図である。図２に示すセンサ付きアクチュエータ２１は、電極とイオン伝導層を有するアクチュエータと、センサと、前記センサに接続している剛体部材を有し、前記アクチュエータと、前記センサに接して設けられた剛体部材は直接接続されている。具体的には、前記アクチュエータの上に、前記センサに接続している剛体部材が設けられ、アクチュエータとセンサが積層して接続されるように構成されている。
また、アクチュエータは、図示せぬ配線により外部電源に接続され、センサは図示せぬ配線により電気信号検出装置に接続されている。
【００１７】
本実施形態において、アクチュエータ２２はイオン伝導層２６とアクチュエータ電極２５からなる積層体からなり、外部電源により電極間に電位差を与えることで、全体として屈曲などの形状変化を示す。
【００１８】
センサ２３は、柔軟なフィルムからなるセンサ膜２７の押圧などによる歪み・形状変化に対して、センサ電極２８間の電気的信号の出力を変化させる。センサ２３は対象物との距離や接触状態を検出するとともに、アクチュエータの動作に対して、対象物に力を作用させる把持点の一部ともなる。
【００１９】
また、アクチュエータ２２と、センサ２３に接して設けられた剛体部材２９がフレーム２４上に設けられ、センサ２３は剛体部材２９上に形成される。剛体部材２９はアクチュエータ２２の動作に伴う形成面下の形状変化に対しても歪むことの無い剛性材料から構成されている。
【００２０】
上記構成を取ることにより、アクチュエータとセンサとは剛体部材を介して接続されており、アクチュエータの動作により生じるセンサの歪みを低減することが可能となる。これにより、センサには対象物との接触に対してのみ歪みを大きく発生させることができるため、センサと対象物との接触に関する情報の精度を向上させることができる。
【００２１】
以下、アクチュエータおよびセンサの各材料および構成について更に詳しく述べる。
（アクチュエータの構成）
本実施形態におけるアクチュエータ２２は、高分子アクチュエータが好ましい。以下、アクチュエータ２２として、高分子アクチュエータ（以降、高分子アクチュエータ２２とも記す。）を用いた例について説明する。高分子アクチュエータ２２はイオン伝導性のアクチュエータである。イオン性物質を含有するイオン伝導層２６の両側表面に、導電材とイオン性物質を含有するアクチュエータ電極２５が形成される。各層は柔軟性を有し、矩形状に構成される。
【００２２】
図１で示すように両電極が向かい合うように挟持された構造においては、電圧印加に対してアクチュエータ全体として屈曲動作を示す。また、イオン伝導層の構成や電極の配置などを設計することで、伸縮動作や捻り動作を示すことも可能である。
高分子アクチュエータ２２は矩形平板状の構成の他、円形、三角形、楕円形、棒状等の平板状、膜状、円筒状、螺旋状、コイル状等の各種構成を任意に選択可能である。
【００２３】
また、高分子アクチュエータ２２は単数あるいは複数の各素子から成る複合構成をとることも可能である。
【００２４】
センサ電極２８の長軸方向と、アクチュエータ２２の長軸方向とが平行であることが好ましい。このような構成とすることで、センサ２３はアクチュエータの歪みの影響を受けづらくなるためである。
（高分子アクチュエータの構成材料）
高分子アクチュエータ２２を構成する部材について、代表的な材料を説明する。
【００２５】
＜イオン伝導層＞
イオン伝導層２６はイオン性物質を含む柔軟材料であり、イオン性物質を含有する非イオン性高分子化合物、あるいはイオン伝導性高分子化合物である。これら材料では電場下で電荷が移動して電流が流れるときに、イオンが電荷の担い手となる。
【００２６】
非イオン性高分子化合物としては、例えば、テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどの含フッ素系ポリマー；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系ポリマー；ポリブダジエン系化合物；エラストマーやゲルなどのポリウレタン系化合物；シリコーン系化合物；熱可塑性のポリスチレン；ポリ塩化ビニル；ポリエチレンテレフタレート等を挙げられる。
【００２７】
これらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また官能基化してもよく、他のポリマーとの共重合体としてもよい。
これらの非イオン性高分子化合物に含有されるイオン性物質としては、例えば、フッ化リチウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸銅、酢酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等を挙げることができる。
【００２８】
また、イオン性物質としてイオン液体を用いれば空気中での駆動における耐久性が向上するためより好ましい。
ここでイオン液体とは、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩であり、例えば０℃、好ましくは−２０℃、さらに好ましくは−４０℃で溶融状態を呈する塩である。また、イオン液体はイオン伝導性が高いものが好ましい。
【００２９】
イオン液体には各種公知のものを使用することができるが、実使用温度域において液体状態を呈する安定なものが好ましい。好適なイオン液体としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩などが挙げられ、単独あるいは複合して用いてもよい。
【００３０】
また、イオン伝導性高分子化合物としては、ポリカチオンやポリアニオンを用いることができる。ポリアニオンの例としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）等の基本骨格を持った公知のポリマーにアニオン性官能基として、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、リン酸基等を導入したもの；含フッ素系のポリマーの骨格にスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基などのアニオン性官能基を導入したパーフルオロスルホン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー、パーフルオロリン酸ポリマー等を挙げることができる。
【００３１】
また、パーフルオロスルホン酸／ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）共重合体（フレミオン（登録商標、旭硝子社）、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）等）を好適に用いることができる。
また、ポリカチオンの例としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）等の公知のポリマーにカチオン性官能基として、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基等を導入したものを挙げることができる。
【００３２】
これらイオン伝導性高分子化合物は、電圧を印加して運動させる時点で、含水状態である必要がある。また、水に代えてイオン液体を含んでいる状態であってもよい。
また、イオン伝導性高分子化合物がポリアニオンである場合は、アニオン性官能基のカウンターカチオンを、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、アルキルアンモニウムイオン等に交換したものを用いることがより好ましい。
また、イオン伝導性高分子化合物がポリカチオンである場合は、カチオン性官能基のカウンターアニオンを、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、芳香族または脂肪族のスルホン酸類、芳香族または脂肪族のカルボン酸類、芳香族または脂肪族のリン酸類等に交換したものを用いることがより好ましい。
【００３３】
＜電極＞
アクチュエータ電極２５は、導電材料と高分子材料（高分子バインダ）の複合体からなる柔軟電極、あるいは導電材料からなる柔軟な薄層電極から成る。
導電材料としては、アクチュエータ性能に悪影響を及ぼさないものならば特に問わない。黒鉛、カーボンブラック、カーボンウイスカー、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルなどの各種炭素材料や、金属（金、白金、パラジウム、ルテニウム、銀、鉄、コバルト、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム等）粉（微粒子）、金属化合物（酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、ＩＴＯ等）、金属繊維、導電性セラミックス材料、導電性高分子材料、等が挙げられる。電極層はこれら導電材料を１種またはそれらの混合物として含有する。
【００３４】
これらの中で、導電性及び比表面積の観点より、ナノ構造を有する炭素材料が好ましく、特に好ましくは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である。また、カーボンナノチューブとイオン液体とのＣＮＴゲルはＣＮＴのバンドルがイオン液体との自己組織化によりゲル化してＣＮＴが効果的に分散しているなどの利点があり、電極材料として極めて好適である。
【００３５】
アクチュエータ電極２５に含まれる高分子バインダとしては、アクチュエータの動作に追従できる柔軟性を有するものであれば特に限定されるものではないが、加水分解性が少なく、大気中で安定であることが好ましい。
【００３６】
このような高分子バインダとしては、イオン伝導層で列挙された材料を用いることができる。また、導電性を有する高分子を用いることもでき、かかる高分子としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレン等を挙げることができる。
【００３７】
尚これらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また官能基化してもよく、他のポリマーとの共重合体としてもよい。
また、上記高分子バインダは、イオン伝導層２６と相溶性の高いポリマーであることが好ましい。イオン伝導層２６との相溶性および接合性が高いことで、強固に密着したアクチュエータ電極２５を構成することが可能となる。このため高分子バインダは、イオン伝導層２６を構成する高分子化合物と、同種、類似または同一のポリマー構造を有するポリマー、または、同種、類似または同一の官能基を有するポリマーであることが好ましい。
【００３８】
また、アクチュエータ電極２５をめっきや蒸着、スパッタなどで薄い金属層として形成してもよい。このような電極をイオン伝導層に直接形成する場合には、アクチュエータ電極２５は導電材のみから形成されると見なしてもよい。このような金属薄層は、電極面内方向の導電性の向上に寄与できる。
【００３９】
（アクチュエータの作製方法）
本実施形態で用いるイオン伝導層２６の作製方法については特に制限はなく、イオン伝導層２６が、非イオン性高分子化合物とイオン液体から構成される場合を例にとって示せば、例えば加熱下においてイオン液体と高分子成分を機械的に混練し、ついで成形する方法；イオン液体及び高分子成分を適当な溶媒に溶解させた後に溶媒を除去し、ついで成形する方法；高分子成分にイオン液体を含浸させ、ついで成形する方法；イオン液体中で高分子成分の製造に用いるモノマーを重合開始剤の存在下に反応させ、ついで成形する方法等が挙げられる。これらは目的に応じ、適宜選択することができる。
【００４０】
上記で、イオン液体及び高分子成分を適当な溶媒に溶解させた後に溶媒を除去する方法における溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチルエチルケトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）等を用いることができる。
【００４１】
本実施形態で用いるアクチュエータ電極２５の作製方法についても特に制限はなく、例えば、イオン伝導層２６を作製する場合に導電材を添加し、同様の手法などでアクチュエータ電極２５を形成することが可能である。
得られたイオン伝導層２６およびアクチュエータ電極２５は任意の形状・サイズに切り揃えられる。高分子アクチュエータ２２を形成する方法としては、特に限定されるものではないが、イオン伝導層２６の両面にアクチュエータ電極２５を挟持するよう配置し、加熱プレス（ホットプレス，熱圧着）する方法を好適に用いることができる。
【００４２】
加熱プレスの温度やプレス圧、時間は、高分子バインダの分解温度以下であれば特に限定されるものではなく、用いる高分子バインダ、アクチュエータを構成する高分子化合物、移動するイオン種等に応じて適宜選択すればよい。例えば、加熱プレスの温度は、３０から１５０℃  であることが好ましい。また、プレス圧は１から１００ｋｇ／ｃｍ２であることが好ましく、１０から５０ｋｇ／ｃｍ２であることがより好ましい。
また、イオン伝導層２６の表面にめっきや蒸着、スパッタなどで薄く金属層を形成する方法であっても構わない。
【００４３】
高分子アクチュエータ２２に、水、イオン性物質、イオン液体、またはこれらの混合物を素子作製後に含ませる場合には、これらの溶液に高分子アクチュエータ２２を含浸させればよい。ここで、含浸させる溶液の濃度、含浸させる時間は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いればよい。
【００４４】
（高分子アクチュエータの駆動）
高分子アクチュエータ２２の両方のアクチュエータ電極２５は、図示せぬリード線を介して外部電源と繋がっている。外部電源は高分子アクチュエータ２２の電極間に電圧あるいは電流を印加して電位差を与える。これにより高分子アクチュエータ２２に形状の変化をもたらす。
【００４５】
電極／イオン伝導層／電極の構造を有するイオン伝導性高分子アクチュエータでは、電位差によるイオン伝導体の層内移動に起因して、２つの電極層の間で体積差が生じる。例えば、イオン液体を含有している場合は、電圧印加に対してイオン液体を構成するアニオンはプラス極に、カチオンはマイナス極に引き寄せられる。これらアニオンとカチオンはイオンの大きさが異なるが、このイオンサイズの違いが電極層の間で体積差を生じさせる一因となる。
【００４６】
このような電極間での形状・体積の変化に付随して、高分子アクチュエータ全体としては一方の電極側に撓むような屈曲の運動を示すことになる。
また、イオン伝導体の移動量および移動速度は、両極間に印加される電圧や電流の値によって異なるため、電気的な制御によって高分子アクチュエータの屈曲運動における変位量や変位速度を制御することが可能である。また、印加する電圧の極性あるいは電流の方向を変えることで、屈曲運動の向きを制御することが可能である。
【００４７】
イオン伝導性型の高分子アクチュエータは、両電極間に０．１から１０Ｖ程度の低い電圧を印加することで屈曲動作を行わせることができる。イオン液体を使用した場合には、イオン液体の電位窓を超えない範囲で電圧印加することで、劣化を抑制することができる。一般的なイオン液体を使用した場合、印加電圧は４Ｖ以下であることがより好ましい。      
【００４８】
外部電源は高分子アクチュエータ２２に対して直流電圧（電流）あるいは交流電圧（電流）を印加する。これら電気信号の入力は一定値の印加、リニア掃引、矩形波や正弦波など任意の形状波形をとることが可能であり、信号の基準や振幅の制御を行うことが可能であってもよい。また、信号の入力時間や信号波形のデューティサイクルなどを任意に設定できてもよい。また、電極の極性を変えるような回路上の切替手段や両極間を短絡させるための短絡手段を設けていても良い。
【００４９】
外部電源はセンサ２３が検出した値から対象物との距離や接触状態の情報を取得し、該情報に基づいて高分子アクチュエータ２２への入力信号を適宜変更するような制御機構を有している。これにより、センサ付きアクチュエータと対象物との間の作用に基づいた、より柔らかで親和性のある動作を行うことが可能となる。
【００５０】
また、センサ付きアクチュエータにはセンサ２３とは別に、高分子アクチュエータ２２の変位や位置の情報を検出するための内界センサが設けられていても良い。
外部電源は、内界センサが検出した高分子アクチュエータ２２の変位や位置の情報に基づいて、高分子アクチュエータ２２への入力信号を適宜変更するような制御機構を有していてもよい。
【００５１】
これら内界センサは高分子アクチュエータ２２の動作に追従して自身に歪みや撓みなどの形状変化を生じさせることで電気的信号の出力を変化させるものである。内界センサとしては、センサ２３と同様な材料から構成され、抵抗やインピーダンスの変化を検出する構成でも良く、また、高分子アクチュエータ２２と同様な材料から構成され、起電圧の変化を検出する構成でも良い。
【００５２】
（高分子アクチュエータの特性）
高分子アクチュエータは柔軟な材料から構成されることから、その弾性率は３００ＭＰａ以下の低い値のものが一般的に用いられる。
【００５３】
島津製作所社製の引張圧縮試験機（ＭＳＴ−１）を使用し、フィルムのひずみ（ε）［ｍｍ／ｍｍ］と、フィルムの断面積あたりの引張力（δ）［ＭＰａ］の関係から、下記数式（１）から弾性率Ｅ（ＭＰａ）を算出する。弾性率はひずみ−引張力曲線の直線部分の傾きとして算出される。
【００５４】
数式（１）        Ｅ＝δ／ε
例えば、後述の実施例１から６において使用したポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ（ＨＦＰ））からなる母材に、イオン液体である１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート（ＢＭＩＢＦ４）を充填させたイオン伝導層と、それらイオン伝導層中にカーボンナノチューブを混入させた電極とから成るアクチュエータにおいては、約１０ＭＰａから１００ＭＰａの弾性率を示した。これは高分子アクチュエータの弾性率として文献などに記載されている値と同程度である。
【００５５】
また、ミネベア社製のロードセルＵＬ−１０ＧＬを用いて高分子アクチュエータの屈曲運動による押圧力（屈曲力）を測定すると、４Ｖまでの電圧印加に対して最大で約５０ｍＮであった。また、文献（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｃａ  Ａｃｔａ  ５３（２００８）５５５５−５５６２）を参考に、高分子アクチュエータにかかる発生歪力を計算すると、約５ＭＰａであった。また、導電性高分子高アクチュエータの発生力としては一般的に数十ＭＰａまでが報告されている。
【００５６】
（センサの構成材料）
センサ２３を構成する部材について、代表的な材料を説明する。
本実施形態において、センサ２３はセンサ膜２７および前記センサ膜２７上に配置された２つのセンサ電極２８を有する。センサ２３は、変位の入力に対して電気的信号の変化を出力するものであればどのようなものでも構わない。
【００５７】
センサ膜２７としては対象物と柔らかく接するために、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリイソブチレンゴム、などの柔軟な高分子母材にカーボンや金属などの導電材料を混入させた感圧導電性ゴムが好適に挙げられる。センサは柔軟な材料から構成されることから、その弾性率は１ＭＰａ以下の低い値のものが用いられる。
【００５８】
これら導電材料としては、センサ性能に悪影響を及ぼさないものならば特に問わない。黒鉛、カーボンブラック、カーボンウイスカー、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルなどの各種炭素材料や、金属（金、白金、パラジウム、ルテニウム、銀、鉄、コバルト、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム等）粉（微粒子）、金属化合物（酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、ＩＴＯ等）、金属繊維、導電性セラミックス材料、導電性高分子材料、等が挙げられる。センサ膜はこれら導電材料を１種またはそれらの混合物として含有する。
【００５９】
センサはセンサ膜が歪んだ時の、これら導電材料の膜中における互いの距離や接触状態の変化を見るものである。これら現象に対するインピーダンスの変化を検出するためには、導電材料の含有量としては１ｗｔ％から２０ｗｔ％程度が好ましい。
【００６０】
センサ電極２８としては、ＳＵＳ、金、白金、銀、銅、アルミなどの各種金属材料またはカーボン材料などの導電材料を含むように構成される。
センサ電極２８はセンサ膜２７を挟持するように配置されても良いし、片側面状に並べて配置されても良い。センサ２３は対象物に面した側では柔軟さを示すことが望ましいため、センサ膜２７が対象物側に露出し、センサ電極２８はセンサ膜２７の内部や反対面に形成されることが好ましい。また、センサ電極２８が対象物側に露出し、その上に別な柔軟なフィルム層を形成してもよい。
【００６１】
感圧導電性ゴムからなるセンサ膜２７に２つ以上のセンサ電極２８を設け、リード線（不図示）を介して電気信号検出装置に接続する。電気信号検出装置は、センサ２３のセンサ膜２７を挟持するセンサ電極２８の間で電気的な出力変動を検出する。このようなセンサに対しては、電気信号検出装置は、直流電圧（電流）印加に対する直流電流（電圧）の取得から直流抵抗を測定する機構を備えてもよく、また、交流電圧（電流）印加に対する交流電流（電圧）の取得からインピーダンスを測定する機構を備えてもよい。またインピーダンスの測定には任意の交流周波数を印加できる機構を備えてもよい。
【００６２】
これら感圧導電性ゴムからなるセンサは、対象物の接触により母材が変形すると、内部の導電粒子間の距離や密着性あるいは導電粒子の形状が変化する。これによりセンサ素子としての電気的信号の出力値が変化するため、対象物との接触状態に関する情報を取得することができる。
【００６３】
通常、センサが対象物の接触に対して歪むと、抵抗成分（Ｒ）が増加する。また、抵抗成分の他に、コンデンサ成分（キャパシタンスＣ）も変化する。また、内部にコイル状物質を含有している場合は、コイル状物質の伸長に対して、コイル成分（リアクタンスＬ）が変化する。これらＬＣＲの各成分の変化に対するインピーダンス全体の変化を持って接触状態の検出が可能である。
【００６４】
また、ＬおよびＣの成分は交流印加時に、センサと対象物の距離に応じて値を変化させる性質を有するため近接センサとしての利用も可能である。このようなセンサとしては、金属やカーボンからなる微小コイルを内部に含んだものなどが知られている。
【００６５】
（センサの駆動）
センサ２３の両方のセンサ電極２８は、図示せぬリード線を介して電気信号検出装置と接続されている。電気信号検出装置はセンサ２３の電極間のインピーダンスを検出する。
【００６６】
センサの歪みによるインピーダンスの変化は、ＬＣＲ各成分の合成値として検出される。これらＬＣＲ成分の取得にはＨｚからＧＨｚ、好ましくはｋＨｚからＭＨｚまでの交流インピーダンスの取得が好ましい。また、等価回路を考えることで、インピーダンス中に含まれるＬＣＲ各成分の分離は可能である。
【００６７】
センサの歪みの発生が対象物との作用によって引き起こされたなら、インピーダンスの値を見ることで接触状態を識別可能である。また、ＬまたはＣ成分の利用により対象物の距離に関する情報の取得も可能である。
また、電気信号検出装置は交流のほか、直流印加に対するＲの変化を見る構成であっても良い。
電気信号検出装置はセンサにより対象物との距離や接触状態の情報を取得し、これら情報を高分子アクチュエータの動作を制御する外部電源へとフィードバックする。
【００６８】
（アクチュエータとセンサの接続）
高分子アクチュエータ２２とセンサ２３とはフレーム２４を介して接続されることで一体的構成となっている。これらフレーム２４としては、プラスチックなどの各種高分子フィルムや金属フィルムなど、どのようなものを用いても構わないが、高分子アクチュエータ２２の動作を妨げることのない柔軟なフィルムであることが好ましく、フレームの弾性率は１００ＭＰａ以下の低い値のものが用いられる。例えば、高分子アクチュエータの弾性率が約１０ＭＰａから１００ＭＰａであると、フレーム２４もその近傍の弾性率を有することが好ましい。フレーム２４と高分子アクチュエータ２２およびセンサ２３の接続は熱圧着や接着、積層などの各種方法をとって構わない。
また、フレーム２４とセンサ２３の接続面には、高分子アクチュエータの動作に対してセンサが歪みの影響を受けないための剛体部材２９が配置されている。
【００６９】
センサの抵抗成分Ｒは、センサ膜２７の歪み・形状変化に起因するものであるため、対象物との接触以外に歪み・形状変化が生じることは好ましくない。対象物との接触以外に歪み・形状変化が生じてＲが変化すると全体のインピーダンスが変化し、ＣやＬの変化が埋もれてしまうなどの問題が生じる。そのため、接触状態のみならず近接状態の検出も不正確になる。一方で、センサ膜２７は高分子アクチュエータ２２と接続して形成されているため、高分子アクチュエータ２２の動作に対する歪み・撓みの影響を受けやすい。剛体部材２９はこれら高分子アクチュエータ２２の動作に伴うセンサの形状変化を低減させる作用を行なう。
【００７０】
剛体部材２９は金属やプラスチックなどどのような材料から構成されても構わないが、高分子アクチュエータの発生力に対して、歪みを生じない剛性材料から形成される。歪みを生じないとは、センサ出力値の±２０％以上の誤差を与えないことを指して言う。
【００７１】
高分子アクチュエータ２２の発生力が最大で数十ＭＰａであることから、これら発生力に対しても歪みを生じない材質であることが必要である。そのため、剛体部材２９の弾性率Ｅは、０．１ＧＰａ≦Ｅ、好ましくは０．１ＧＰａ≦Ｅ≦１００ＧＰａであることが望ましい。これら弾性率Ｅの値は、剛体部材として適用可能である汎用プラスチック、エンジニアリング・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチックなどの材料を含むものである。
【００７２】
また、剛体部材２９はセンサ２３と高分子アクチュエータ２２を電気的に独立させるために、全体として絶縁構造を有していることが好ましい。そのため、剛体部材の抵抗率ρは、１０８Ωｍ≦ρ、好ましくは１０１２≦ρ≦１０１７であることが望ましい。抵抗率ρの値も上記プラスチック材料の特性をカバーするものである。
【００７３】
また、剛体部材２９はセンサ２３が高分子アクチュエータ２２近傍に配置されることで生じる諸影響を低減するような材料から構成されても良い。これら影響として、高分子ア
クチュエータの電極電位の変動に対するセンサへのノイズの混入、高分子アクチュエータの電極とセンサとの間で生じる寄生容量の影響、高分子アクチュエータで発生するジュール熱の影響、などが挙げられ、いずれもＬＣＲ成分の検出において、ノイズやドリフトの要因となる。
【００７４】
そのため、剛体部材２９の比誘電率εｒは、１＜εｒ≦５、好ましくは２≦εｒ≦４であることが望ましい。これは、上記プラスチック材料の特性をカバーするものである。また、センサのセンサ膜２７に用いられ得るゴム材料の比誘電率（理科年表）が、シリコーンゴムで約８、天然ゴムで約２．４、ネオプレンで約６．５であることなどによる。剛体部材２９の比誘電率は少なくともこれらセンサ膜材料よりも小さな値であることが必要である。
【００７５】
また、剛体部材２９の熱伝導率λは、λ≦５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、好ましくは０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）≦λ≦１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが望ましい。これは、各種金属材料よりも小さな値であり、また、剛体部材として適用可能である汎用プラスチック、エンジニアリング・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチックなどの材料特性をカバーするものである。一般的なプラスチックの熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）から０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることから、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）≦λ≦０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることがより好ましい。
【００７６】
本実施形態の剛体部材の材料としては、上記の諸要件の少なくとも１つを満たすものが好ましく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、テフロン（登録商標）、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂などの汎用プラスチック、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどのエンジニア・プラスチック、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミドなどのスーパーエンジニアリング・プラスチック、これら材料にガラス繊維や炭素繊維を織り込んだ繊維強化プラスチックなどが挙げられる。また、シリカやアルミナといった金属酸化物、炭化ケイ素といった金属炭化物であっても構わない。
【００７７】
また、剛体部材は、多層、内部空洞を有する中空、ポーラス、３次元網目状、などの構造に形成することで、弾性率・誘電率・熱伝導率の調整が可能となる。すなわち、構造内部に何も充填されず空気が存在している場合、空気は非常に低い低誘電率物質であるため、寄生容量の影響を低減することが可能となる。また、構造内部に金属材料を充填すると金属がシールドの役割を果たすため、高分子アクチュエータの駆動に伴う電界変動の影響を低減し、また、剛体部材の強度をより高める。また、剛体部材の誘電率よりも小さな誘電率を有する材料、あるいは剛体部材の熱伝導率よりも小さな熱伝導率を有する材料を充填することで、寄生容量の影響や熱ドリフトの影響を低減させることが可能である。また、これら金属材料、低誘電率材料、低熱伝導率材料を任意に組み合わせて充填することでセンサが受ける諸影響の低減が一つの剛体部材でもって可能となる。
【００７８】
このような剛体部材２９はセンサの面の少なくとも一部に配置されていれば良く、また、面外にはみ出していてもよい。
【００７９】
高分子アクチュエータ２２およびセンサ２３は、フレーム２４あるいは剛体部材２９を介することで、平面的に並べられる並列配置をとることができ、また、積層して積層配置などの各種構成をとることが可能である。センサが直接高分子アクチュエータの面上に形成される場合は、フレーム２４は設けなくても構わない。この場合、剛体部材２９がフレームの機能を兼ねて高分子アクチュエータとセンサを接続する。
【００８０】
また、高分子アクチュエータ２２およびセンサ２３は上記構成の範囲において、矩形平板状の構成の他、円形、三角形、楕円形、棒状等の平板状、膜状、円筒状、螺旋状、コイル状等の各種構成を任意に選択可能である。
また、高分子アクチュエータ２２およびセンサ２３の大きさの比は任意に選択可能である。高分子アクチュエータ２２の動作効率をより向上させるためには、センサ２３の大きさを相対的に小さくする構成が好ましい。
また、高分子アクチュエータ２２およびセンサ２３は単数あるいは複数の各素子から成る複合構成をとることも可能である。
【実施例１】
【００８１】
以下に、本発明の実施例について、更に詳細に説明する。
図２は、本実施例のセンサ付きアクチュエータにおける構成を説明するための模式図を示し、（ａ）は対象物に面する側から見た模式図、（ｂ）は（ａ）の断面線Ｂ−Ｂ’に対する断面図を示す。
【００８２】
本実施例のセンサ付きアクチュエータは、イオン伝導層２６およびアクチュエータ電極２５の積層体からなる高分子アクチュエータ２２上に、センサ２３を形成することで一体的に構成されている。即ち、高分子アクチュエータ２２とセンサ２３は積層配置された構成をとる。また、センサ２３の形成面下には剛体部材２９が配置されている。剛体部材２９にはポリイミドのフィルム（弾性率Ｅは７ＧＰａ＝Ｅ）が用いられる。
【００８３】
上記構成を取ることにより、高分子アクチュエータと、対象物との接触状態を検出するセンサとが一体となったセンサ付きアクチュエータにおいて、高分子アクチュエータの動作により生じるセンサの歪みを低減することが可能となる。これにより、センサは対象物との接触に対してのみ歪みを大きく発生させることができるため、対象物との接触に関する情報の精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００８４】
図３は、本発明のセンサ付きアクチュエータの他の実施態様の構成を説明するための模式図を示す。図３において、（ａ）は対象物に面する側から見た模式図、（ｂ）は（ａ）の断面線Ｃ−Ｃ’に対する断面図、（ｃ）は（ａ）の断面線Ｄ−Ｄ’に対する断面図を示す。
【００８５】
本実施例のセンサ付きアクチュエータ２１は、イオン伝導層２６およびアクチュエータ電極２５の積層体とフレーム２４と、からなる高分子アクチュエータ２２上にセンサ２３を形成することで一体的に構成されている。センサ２３の形成面下には剛体部材２９が配置されている。
【００８６】
さらに、高分子アクチュエータ２２上に内界センサ３０が形成されている。内界センサ３０の形成面下には剛体部材２９は配置されない。内界センサ３０は、内界センサ膜３１に２つ以上の内界センサ電極３１が配置されたものである。内界センサ膜３１は、外界センサのセンサ膜と同様の材料からなり、例えばシリコーンゴムからなる樹脂内にカーボンブラックを分散させた感圧導電性ゴムからなる。内界センサ電極３２は、外界センサの電極と同様の材料からなり、例えばＣｕ箔からなる。
【００８７】
内界センサ３０は高分子アクチュエータ２２の変位や位置に関する情報を検出するためのものである。そのため、内界センサ自身の歪みや撓みは高分子アクチュエータ２２の動作に追従することが望まれる。そのため、内界センサ３０は、高分子アクチュエータ２２の構成部材と同程度の柔軟性を有することが好ましい。
【００８８】
また、対象物との接触で歪みや撓みが発生することの無いよう、内界センサ３０は、高分子アクチュエータ２２と対象物が力を作用し合う把持点を避けて形成されることが好ましい。
【００８９】
このように高分子アクチュエータ２２は面内において、歪みや撓みを起こしやすい箇所と、起こしにくい箇所を有することになる。また、歪みや撓みを起こしやすい箇所には内界センサ３０が、歪みや撓みを起こしにくい箇所にはセンサ２３が形成される。また、本実施例の材料および構成は、内界センサ３０の他は実施例１と同様な構成である。
【００９０】
このような構成を取ることにより、高分子アクチュエータの同一面上に、それぞれ異なる機能を持った内界センサとセンサとを、互いの干渉を低減させつつ鼎立させることが可能である。
【実施例３】
【００９１】
本実施例の材料および構成は、剛体部材２９にシールド材が形成されている他は実施例１と同様な構成である。
【００９２】
シールド材は、金属からなるプレートで高分子アクチュエータ２２の電界の影響を遮蔽するためのものである。
【００９３】
センサ２３はインピーダンスが高い場合には外部の電界による影響を大きく受ける可能性がある。センサ２３は高分子アクチュエータ２２のアクチュエータ電極２５の近傍あるいは直上に形成されるが、アクチュエータ電極２５は動作時に電極電位を数ボルトの範囲で変化させる。センサ２３の電位と異なる電位を持つ物体が周囲にあれば静電気的な結合により等価的なコンデンサが形成されてしまう。このコンデンサを通して高分子アクチュエータ側の変動成分がセンサ側に混入するとノイズとなるため、センサ２３の精度を高めるためにはこれら影響を低減する必要がある。
【００９４】
シールド材は電界のルート（電気力線）を金属板で遮り、その金属板をグランドなどに接続することで電位を固定するためのものである。シールド材にはアルミや鉄などの金属材料が用いられる。電界のシールドの場合には、これら金属材料は数十μｍ程度の薄いものでも効果がある。ただし、インピーダンスの高い回路では、シールドがグラウンドに接続されたコンデンサとして作用し、センサ２３の精度に影響を与える場合がある。そのため、シールド材はセンサ２３とはできるだけ離れるよう高分子アクチュエータ側に形成することが好ましい。また、後述の実施例４で述べるように、センサ２３とシールド材の間に、寄生容量の影響をできるだけ小さくできるような低誘電率な材料を配置することが好ましい。
【００９５】
上記構成を取ることにより、高分子アクチュエータと、対象物との接触状態を検出するセンサとが一体となったセンサ付きアクチュエータにおいて、高分子アクチュエータの動作により生じるセンサの歪みを低減することが可能となる。これにより、センサは対象物との接触に対してのみ歪みを大きく発生させることができるため、対象物との接触に関する情報の精度を向上させることができる。
【００９６】
加えて、高分子アクチュエータからセンサに混入するノイズを低減することが可能となるため、センサの検出精度をより向上させることができる。
【実施例４】
【００９７】
本実施例では、剛体部材２９に低誘電率層が形成されている他は実施例１と同様な構成である。
【００９８】
実施例３で述べたように、インピーダンスの高い回路では、シールドがグラウンドに接続されたコンデンサとして作用し、センサ２３の精度に影響を与える場合がある。同様に、高分子アクチュエータ２２のアクチュエータ電極２５との間のコンデンサ形成による影響も考慮する必要がある。
【００９９】
低誘電率層はこれらコンデンサ形成の影響をできるだけ小さくするために、低誘電率な材料から構成された層である。低誘電率な材料としては一般的に知られているＬｏｗ−ｋ材料などを用いてよく、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＣなどが挙げられる。また、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料なども挙げられる。低誘電率な材料で剛性を有していれば剛体部材２９と低誘電率層を一体に形成しても構わない。
【０１００】
また、誘電率が小さな空気を利用する観点から、剛体部２９が多くの空隙を有した構成であっても構わない。このような剛体部材２９としては、内部に空洞を有した構造、ポーラスな構造、３次元的な網目状構造、などが挙げられる。
【０１０１】
また、これら剛体部材２９の内部にシールド材となる金属材料を充填するような構成でも構わない。また、剛体部材２９よりも小さな誘電率を有する材料を充填しても構わない。
【０１０２】
上記構成を取ることにより、高分子アクチュエータと、対象物との接触状態を検出するセンサとが一体となったセンサ付きアクチュエータにおいて、高分子アクチュエータの動作により生じるセンサの歪みを低減することが可能となる。これにより、センサは対象物との接触に対してのみ歪みを大きく発生させることができるため、対象物との接触に関する情報の精度を向上させることができる。
【０１０３】
加えて、高分子アクチュエータからセンサに混入するノイズを低減することが可能となるため、センサの検出精度をより向上させることができる。
【実施例５】
【０１０４】
本実施例では剛体部材２９に低熱伝導率層が形成されている他は実施例１と同様な構成である。
【０１０５】
高分子アクチュエータ２２の出力が十分に大きい場合などでは、出力損に伴なうジュール熱の発生で高分子アクチュエータ２２の温度が上昇すると考えられる。センサ２３にこれら熱が伝わるとノイズやドリフトの原因となる。
【０１０６】
低熱伝導率層はこれら温度の影響をできるだけ小さくするために、低熱伝導率な材料から構成された層である。低熱伝導率な材料としてはグラスウールやロックウールなどの無機繊維物、ポリスチレンやポリウレタンなどの発泡プラスチックなどが挙げられる。低熱伝導率な材料で剛性を有していれば剛体部材２９と低熱伝導率層を一体に形成しても構わない。
【０１０７】
また、熱伝導率が比較的小さな空気を利用する観点から、剛体部材２９が多くの空隙を有した構成であっても構わない。このような剛体部材２９としては、内部に空洞を有した構造、ポーラスな構造、３次元的な網目状構造、などが挙げられる。
【０１０８】
また、これら剛体部材２９の内部に剛体部材２９よりも小さな熱伝導率を有する材料を充填しても構わない。また、シールド材や低誘電率材を充填するような構成でも構わない。
【０１０９】
上記構成を取ることにより、高分子アクチュエータと、対象物との接触状態を検出するセンサとが一体となったセンサ付きアクチュエータにおいて、高分子アクチュエータの動作により生じるセンサの歪みを低減することが可能となる。これにより、センサは対象物との接触に対してのみ歪みを大きく発生させることができるため、対象物との接触に関する情報の精度を向上させることができる。
【０１１０】
加えて、高分子アクチュエータからセンサに混入するノイズあるいはセンサに発生するドリフトを低減することが可能となるため、センサの検出精度をより向上させることができる。
【実施例６】
【０１１１】
本実施例では、フレーム２４が形成されている他は実施例１と同様な構成である。
図１に、本発明のセンサ付きアクチュエータの本実施例の構成を説明するための模式図を示す。
本実施例のセンサ付きアクチュエータは、イオン伝導層２６およびアクチュエータ電極２５の積層体からなる高分子アクチュエータ２２と、センサ２３をフレーム２４上に形成することで一体的に構成されている。センサ２３の形成面下には剛体部材２９が配置されている。
【０１１２】
センサ２３と高分子アクチュエータ２２の接続にはフレーム２４が用いられる。フレーム２４は高分子アクチュエータ２２の動作を妨げない柔軟なポリエチレンフィルムを使用する。
高分子アクチュエータ２２とセンサ２３とが一体的となった構成において、センサの形成面下には剛体部材２９が存在する。これにより、高分子アクチュエータの動作によって引き起こされるセンサ形成面下の歪みや撓みの影響がセンサへ伝わるのを防いでくれる。
【０１１３】
上記構成を取ることにより、高分子アクチュエータと、対象物との接触状態を検出するセンサとが一体となったセンサ付きアクチュエータにおいて、高分子アクチュエータの動作により生じるセンサの歪みを低減することが可能となる。これにより、センサは対象物との接触に対してのみ歪みを大きく発生させることができるため、対象物との接触に関する情報の精度を向上させることができる。
【０１１４】
以下に上記の実施例１から６のセンサ付きアクチュエータの作製方法の具体例を説明する。
高分子アクチュエータ２２はポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ（ＨＦＰ））からなる母材に、イオン液体である１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート（ＢＭＩＢＦ４）を充填させたイオン伝導層２６と、それらイオン伝導層中にカーボンナノチューブを混入させたアクチュエータ電極２５と、から成る。
イオン伝導層２６は以下の手順で作製される。
【０１１５】
母材であるＰＶｄＦ（ＨＦＰ）（関東化学社製）１００ｍｇと、イオン液体であるＢＭＩＢＦ４（関東化学社製）１００ｍｇと、有機溶剤であるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）（キシダ化学社製）１ｍＬとを８０℃で加熱混合する。混合溶液をＰＴＦＥから成る型（厚み０．１ｍｍ）に流し込み、ブレードなどで平坦に均した後、室温にて乾燥させることで厚みの揃ったイオン伝導層２６を得た。
【０１１６】
アクチュエータ電極２５は以下の手順で作製される。
導電材である単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ、カーボン・ナノテクノロジー・インコーポレッド社製、「ＨｉＰｃｏ」）５０ｍｇと、イオン液体（ＢＭＩＢＦ４）１００ｍｇと、有機溶剤（ＤＭＡｃ）１ｍＬを容器に入れる。
【０１１７】
粒径２ｍｍのジルコニアボールを容器容量の１／３まで加え、ボールミル機（フリッチュ社製遊星型微粒粉砕機）を用いて、２００ｒｐｍ／３０分間の条件で分散処理を行う。次いで、母材であるＰＶｄＦ（ＨＦＰ）８０ｍｇをＤＭＡｃ２ｍＬで加熱溶解させて作った溶液を加え、更に５００ｒｐｍ／３０分間の条件で分散処理を行った。
【０１１８】
得られた混合溶液をＰＴＦＥから成る型（厚さ０．０５ｍｍ）に流し込み、ブレードなどで平坦に均した後、室温にて乾燥させることで導電材が均一分散して厚みの揃ったアクチュエータ電極２５を得た。
【０１１９】
イオン伝導層２６およびアクチュエータ電極２５を任意のサイズにカットし、２枚の電極でお互いが接触することのないようイオン伝導層の中央部を挟持するように配置し、８０℃／０．４ＭＰａ／１分間の条件で熱圧着し、高分子アクチュエータ２２を作製した。
これら高分子アクチュエータ２２は全体として屈曲運動を行う。
【０１２０】
センサ２３のセンサ膜２７はシリコーンゴムからなる樹脂内にカーボンブラックを分散させた感圧導電性ゴムである。また、感圧導電性ゴムの対象物側でない面上に銅箔からなるセンサ電極２８を並べて配置している。
【０１２１】
センサ膜２７は以下の手順で作製される。
母材であるシリコーン樹脂（信越化学社製、ＫＥ１０３）１００ｍｇに、カーボンブラック５ｍｇおよび硬化剤（信越化学社製、ＣＡＴ−１０３）５ｍｇを加え、ハイブリッドミキサーで攪拌後、遠心脱泡を行う。さらに微小な気泡を除去するために、真空乾燥器を用いて真空脱泡する。カーボンブラックが均一分散した原液を型に流し込み、硬化させることでセンサ膜２７が形成される。また硬化に際し、Ｃｕ箔をセンサ膜の片面に並べて配置し、さらにその上に剛体部材２９であるポリイミドを配置し、蓋をかぶせて加重をかけながら硬化させることで、硬化後にセンサ膜と一体となったＣｕ電極２８および剛体部材２９が形成される。剛体部材２９の弾性率Ｅは７ＧＰａ＝Ｅである。
これら電極間でｋＨｚからＭＨｚの交流周波数に対するインピーダンスを検出することでセンサとしての機能を果たす。
【０１２２】
比較例１
比較例としては、実施例６の構成において、センサの形成面下に剛体部材２９が配置されない構成が挙げられる。
【０１２３】
この場合、高分子アクチュエータ２２の動作に対して発生した歪みや撓みの影響をセンサ２３は受けてしまう。即ち、対象物との接触以前に、高分子アクチュエータの動作に対してセンサが歪んでしまうため、インピーダンスの出力がドリフトしてしまう。このようにインピーダンスがドリフトした状態のため、センサ２３に対象物が接触しても、正確な情報を検出することが難しくなる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明のセンサ付きアクチュエータは、アクチュエータと、前記アクチュエータと対象物との接触状態を検出するセンサとが接続された構成のセンサ付きアクチュエーにおいて、アクチュエータの動作による歪みの影響を低減し、センサの検出精度を向上させることができるので、柔軟性や安全性が必要な人と接するロボットのアクチュエータ、ロボット用ハンドやマニュピレータ、各種機械類の駆動源、さらには、手術デバイスやアシストスーツなどの医療・福祉用ロボット、さらにはマイクロマシーンなどのためのアクチュエータとして最適である。
【符号の説明】
【０１２５】
２１  センサ付きアクチュエータ
２２  アクチュエータまたは高分子アクチュエータ
２３  センサ
２４  フレーム
２５  アクチュエータ電極
２６  イオン伝導層
２７  センサ膜
２８  センサ電極
２９  剛体部材
【図１】
2011072180.tif 000003
【図２】
2011072180.tif 000004
【図３】
2011072180.tif 000005