(57)【要約】【課題】高分子アクチュエータの動作状態における絶縁状態を判定することが可能な駆動装置を提供する。【解決手段】この駆動装置は、高分子アクチュエータ１０と、高分子アクチュエータ１０を駆動させるための駆動信号を出力する駆動部２０と、高分子アクチュエータ１０の駆動時に出力される出力電流値と上記駆動信号とから判定用信号を生成する検出部４０と、駆動信号と判定用信号とから高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を判定する制御部５０と、制御部５０からの指示に基づき、高分子アクチュエータ１０に駆動信号を出力する状態と、駆動信号を遮断する状態とを切り替えるスイッチ部３０とを備えている。そして、上記制御部５０は、高分子アクチュエータ１０が絶縁破壊状態であると判定した場合には、スイッチ部３０に駆動信号を遮断する指示を出し、高分子アクチュエータ１０への通電を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電エラストマからなる変位層を含む高分子アクチュエータと、
前記高分子アクチュエータを駆動させるための駆動信号を出力する駆動部と、
前記高分子アクチュエータの駆動時に出力される出力電流値から、前記駆動信号に応じた判定用信号を生成する検出部と、
前記駆動信号と前記判定用信号とから前記変位層の絶縁状態を判定する制御部と、
前記制御部からの指示に基づき、前記高分子アクチュエータに前記駆動信号を出力する状態と、前記駆動信号を遮断する状態とを切り替えるスイッチ部とを備え、
前記制御部は、前記変位層が絶縁破壊状態であると判定した場合には、前記スイッチ部に前記駆動信号を遮断する指示を出し、前記高分子アクチュエータへの通電を停止することを特徴とする、駆動装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記駆動信号と前記出力電流値とから前記判定用信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記駆動信号に重畳させる検出用信号を出力する検出信号出力部を含み、前記検出用信号と前記出力電流値とから前記判定用信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記検出用信号は、前記駆動信号の周波数より２桁以上高い周波数を有する交流信号であることを特徴とする、請求項３に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、特に、高分子アクチュエータを備えた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小変位を発生させるための変位素子として、高分子アクチュエータが知られている。このような高分子アクチュエータは、柔軟で大量作製が可能なうえ製造コストも安くできると考えられているため、様々な方式が研究されている。
【０００３】
高分子アクチュエータの方式としては、たとえば、イオン導電性高分子アクチュエータ、導電性高分子アクチュエータ、誘電型ポリマーアクチュエータなどが挙げられる。なかでも、誘電型ポリマーアクチュエータは、より大きな変位量と動作速度が得られることから注目されている。
【０００４】
誘電型ポリマーアクチュエータは、誘電ポリマー（誘電エラストマ）からなる変位層を電極で挟んだ構成を有しており、電極間に電圧が印加されると、電極間に発生したクーロン力で誘電エラストマが弾性範囲内で押圧変形されて変位が出力される。なお、このような高分子アクチュエータの一例として、電極間に誘電エラストマ層を備えたアクチュエータが、たとえば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２４８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、誘電型ポリマーアクチュエータにおいて、その駆動を繰り返すと、駆動時の変形動作によりポリマーからなる変位層内部に微小な破損が生じる場合がある。この微小破損部分では電気抵抗が小さくなるため、この状態で電圧印加を続けると漏洩電流が発生する。破損の初期段階では漏洩電流も微少であるため破損による影響は少ないものの、このまま駆動を続けると破損が進展するとともに、破損の進展にしたがって漏洩電流量も増加するため、電気抵抗によるジュール熱が増大する。そして、ジュール熱による温度上昇によって変位層の温度がポリマーの融点を超えると、ポリマーが溶解して一気に変位層の破損が進展し、アクチュエータとして使用できなくなる程度の破損に至る場合がある。また、ポリマーが可燃性の場合には、ジュール熱により発火して破損する場合もある。いずれも絶縁破壊のメカニズムで破損に至っているが、これがアクチュエータの使用中に起こると駆動装置自体の破損に至るおそれがある。
【０００７】
これらの絶縁破壊による破損を防ぐには、アクチュエータの破損に至る前の初期段階で漏洩電流を検出し、電圧印加を停止することが有効である。
【０００８】
漏洩電流の検出に関しては、従来、絶縁体に交流電圧を印加して、漏洩電流を測定し、印加電圧と漏洩電流との関係に基づいて絶縁診断を行うコンデンサの絶縁診断方法が知られている。この方法では、ボイドなど絶縁体の部分的劣化は誘電正接（ｔａｎδ）の変化として、漏洩電流に反映される。
【０００９】
上記した高分子アクチュエータ（誘電型ポリマーアクチュエータ）も広義でのコンデンサと言えるため、原理的には従来技術を用いて絶縁状態を検出することも可能であると考えられる。
【００１０】
しかしながら、高分子アクチュエータは、一般的なコンデンサとは異なり、アクチュエータが動作状態の場合には、電極間に発生するクーロン力のために変位層（誘電ポリマー）が圧縮変形してその体積が変化（電極間距離が変化）する。このため、静電容量が変化するので、絶縁状態の判定基準となる漏洩電流の状態が変化するという不都合が生じる。そのため、上記した従来の方法では、絶縁状態の判定が困難になるという問題点がある。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高分子アクチュエータの動作状態における絶縁状態を判定することが可能な駆動装置を提供することである。
【００１２】
この発明のもう１つの目的は、高分子アクチュエータの絶縁状態を検出することで、安全性の向上が図られた駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による駆動装置は、誘電エラストマからなる変位層を含む高分子アクチュエータと、高分子アクチュエータを駆動させるための駆動信号を出力する駆動部と、高分子アクチュエータの駆動時に出力される出力電流値から、駆動信号に応じた判定用信号を生成する検出部と、駆動信号と判定用信号とから変位層の絶縁状態を判定する制御部と、制御部からの指示に基づき、高分子アクチュエータに駆動信号を出力する状態と、駆動信号を遮断する状態とを切り替えるスイッチ部とを備えている。そして、上記制御部は、変位層が絶縁破壊状態であると判定した場合には、スイッチ部に駆動信号を遮断する指示を出し、高分子アクチュエータへの通電を停止する。
【００１４】
この一の局面による駆動装置では、上記のように、出力電流値から、駆動信号に応じた判定用信号を生成する検出部を備えることによって、変位層が圧縮変形してその体積が変化した場合でも、その体積変化に応じた判定用信号を生成することができる。そして、駆動信号と判定用信号とから変位層の絶縁状態を判定する制御部を備えることによって、高分子アクチュエータの動作状態において、変位層の絶縁状態を判定することができる。なお、変位層の絶縁状態を判定することにより、高分子アクチュエータにおける変位層の絶縁状態を検出して、アクチュエータの破損に至る前の初期段階での漏洩電流を検出することができる。
【００１５】
また、一の局面では、変位層が絶縁破壊状態であると制御部で判定した場合には、スイッチ部に駆動信号を遮断する指示を制御部から出し、高分子アクチュエータへの通電を停止するように構成することによって、破損の初期段階で高分子アクチュエータの動作を停止させることができるので、変位層における破損の進展を抑制することができる。これにより、高分子アクチュエータの絶縁破壊に起因する駆動装置自体の破損を抑制することができるので、安全性の向上を図ることができる。
【００１６】
上記一の局面による駆動装置において、上記検出部は、駆動信号と出力電流値とから判定用信号を生成するように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、駆動信号に応じた判定用信号を生成することができるので、容易に、高分子アクチュエータの動作状態における絶縁状態を判定することができる。
【００１７】
上記一の局面による駆動装置において、検出部は、駆動信号に重畳させる検出用信号を出力する検出信号出力部を含み、検出用信号と出力電流値とから判定用信号を生成するように構成することもできる。このように構成すれば、容易に、駆動信号に応じた判定用信号を生成することができるとともに、高分子アクチュエータの動作状態における絶縁状態を精度よく判定することができる。
【００１８】
この場合において、検出用信号は、駆動信号の周波数より２桁以上高い周波数を有する交流信号であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、高分子アクチュエータの動作状態における絶縁状態を判定することが可能な駆動装置を容易に得ることができる。
【００２０】
また、本発明によれば、高分子アクチュエータの絶縁状態を検出することで、安全性の向上が図られた駆動装置を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による駆動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による高分子アクチュエータの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による駆動装置の検出部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態による駆動装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態による駆動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態による駆動装置の検出部（位相検出部）の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（出力電流値の波形の一例を示したグラフ）である。
【図９】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（検出信号および２値信号（Ｘ）の一例を示した図）である。
【図１０】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（ＡＣカップリング後の出力電流値の波形の一例を示した図）である。
【図１１】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（出力電流値および２値信号（Ｙ）の一例を示した図）である。
【図１２】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（２値信号（Ｘ）、２値信号（Ｙ）およびＸＯＲ（位相差信号）の一例を示した図）である。
【図１３】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（ＣＲ並列回路を示した図）である。
【図１４】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（図１３のＣＲ並列回路のベクトル図）である。
【図１５】本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図（時間に対する位相のズレ度合いを示す信号波形の一例を示した図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による駆動装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１実施形態による高分子アクチュエータの概略構成を示す断面図である。図３は、本発明の第１実施形態による駆動装置の検出部の概略構成を示すブロック図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による駆動装置の構成について説明する。
【００２４】
第１実施形態による駆動装置は、図１に示すように、高分子アクチュエータ１０と、高分子アクチュエータ１０を駆動させるための信号（駆動信号）を出力する駆動部２０と、駆動部２０からの信号（駆動信号）の出力・遮断を切り替えるスイッチ部（ＳＷ部）３０と、高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を検出する検出部４０と、スイッチ部３０の開閉を制御する制御部５０とを備えている。
【００２５】
高分子アクチュエータ１０は、図２に示すように、軟弾性材料である誘電エラストマ（誘電ポリマー）からなる変位層５の両面を同じく軟弾性の電極層６および７で挟み込んだ誘電型ポリマーアクチュエータからなる。
【００２６】
また、図１に示すように、上記高分子アクチュエータ１０の変位層５は、電気的（等価回路的）には、誘電特性のコンデンサ成分５ａと絶縁特性の抵抗成分５ｂとが並列接続された構成に表記できる。このため、高分子アクチュエータ１０全体では、誘電エラストマ（変位層５（図２参照））に相当する、コンデンサ成分５ａと抵抗成分５ｂとの並列接続の両端に、電極層６および７（図２参照）に相当する抵抗成分６ａおよび７ａが直列接続された構成に表記できる。
【００２７】
駆動部２０は、図１に示すように、スイッチ部３０を介して高分子アクチュエータ１０と接続されており、高分子アクチュエータ１０に駆動信号としての駆動電圧を印加（出力）する機能を有している。また、上記駆動信号は、制御部５０および検出部４０にも接続されており、高分子アクチュエータ１０に出力する駆動信号と同じ駆動信号（駆動電圧）を、制御部５０および検出部４０に出力する。なお、駆動信号が高分子アクチュエータ１０に入力されることにより、高分子アクチュエータ１０から電流値（出力電流値）が出力される。
【００２８】
検出部４０は、高分子アクチュエータ１０からの出力電流値と駆動部２０からの駆動信号とから、高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を判定するための判定用信号を生成する。また、検出部４０は、図３に示すように、駆動信号が入力されるＡＣカップリング４１と、出力電流値が入力されるＡ／Ｄ変換部４２と、Ａ／Ｄ変換部４２を介してＡ／Ｄ変換された出力電流値を積算する積算部４３とを含んで構成されている。
【００２９】
制御部５０は、図１に示すように、駆動部２０からの駆動信号（駆動電圧）に基づいて、高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を判定するための判定基準用の値を算出する機能を有している。また、制御部５０は、算出した判定基準用の値と検出部４０からの判定用信号とから高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を判定する。そして、高分子アクチュエータ１０が絶縁破壊状態であると判定すると、スイッチ部３０に駆動信号を遮断する指示を出し、高分子アクチュエータ１０への通電を停止する。
【００３０】
スイッチ部３０は、制御部５０からの指示に基づき、高分子アクチュエータ１０に駆動信号を出力する状態と、駆動信号を遮断する状態とを切り替える。
【００３１】
図４は、本発明の第１実施形態による駆動装置の動作を説明するための図である。なお、図４（ａ）では、駆動部から出力される駆動信号（駆動電圧）の波形の一例を示しており、図４（ｂ）では、ＡＣカップリングを通した後の駆動信号（駆動電圧）の波形の一例を示している。次に、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による駆動装置の動作について説明する。
【００３２】
まず、図１に示すように、駆動部２０から、高分子アクチュエータ１０に駆動信号（駆動電圧）が出力される。この際、駆動部２０から検出部４０および制御部５０にも、高分子アクチュエータ１０に出力された駆動信号と同じ駆動信号が出力される。なお、駆動部２０からは、たとえば図４（ａ）に示すような波形の駆動信号が出力される。
【００３３】
高分子アクチュエータ１０に駆動信号（駆動電圧）が印加されると、図２に示すように、変位層５が充電されて、変位層５のコンデンサ成分５ａ（図１参照）に電荷が蓄積される。そして、印加された電圧によって発生する電界により電極層６と電極層７との間に静電引力（クーロン力）が働き、電極層同士が引き合う。これにより、軟弾性体である変位層５が、層面に垂直な方向（Ｂ１方向）に収縮するとともに、層面に沿った方向（Ａ１方向）に延伸する。すなわち、変位層５が圧縮されて、面積が広がるように変形する。一方、変位層５に充電された電荷が放電されると、上記とは逆方向に変位層５が変形する。このように、高分子アクチュエータ１０は、駆動信号（駆動電圧）に応じて駆動動作を行う。
【００３４】
ここで、上記高分子アクチュエータ１０（変位層５）に絶縁破壊が発生していない状態では、コンデンサ成分５ａ（図１参照）は所定の静電容量を、抵抗成分５ｂ（図１参照）は所定の絶縁抵抗を有している。そのため、高分子アクチュエータ１０（変位層５）に流れる電流量も入力信号（駆動信号（駆動電圧））に応じてコンデンサ成分５ａおよび抵抗成分５ｂが作用し、所定の電流量となる。その一方、変位層５に絶縁破壊が生じると絶縁抵抗（抵抗成分５ｂ）が損傷の程度に応じて小さくなるので、その分、抵抗成分５ｂに流れる漏洩電流が増加し計測される電流量も増加する。そのため、絶縁破壊による電流量の増加を測定（検出）すれば、高分子アクチュエータ１０（変位層５）の絶縁状態を検出することが可能となる。
【００３５】
一方、高分子アクチュエータ１０に駆動信号が入力されることにより、出力電流値が出力され、この出力電流値が検出部４０に入力される。すなわち、検出部４０には、駆動信号と出力電流値とが入力される。
【００３６】
検出部４０に入力された駆動信号は、ＡＣカップリング４１を通ることで微分成分が出力され、図４（ｂ）に示すように、駆動信号（駆動電圧）の変化（電圧変化）のタイミングで立ち上がり、立ち下がりの信号（タイミング信号）が得られる。
【００３７】
検出部４０に入力された出力電流値は、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換部４２によってＡ／Ｄ変換され、駆動信号の立ち上がりから立ち下がりのタイミング信号が出力される間（図４（ｂ）のｔ）だけ積算部４３で積算される。そして、検出部４０は、その積算値を判定用信号として制御部５０に出力する。
【００３８】
制御部５０では、まず、その判定用信号をもとに高分子アクチュエータ１０（変位層５）の絶縁状態の判定が行われる。判定用信号は、駆動信号が入力されてから所定時間の電流の積分値であるが、絶縁破壊が発生していない状態では、変位層５（誘電ポリマー）の静電容量と絶縁抵抗とが所定の値となっており、それに応じた電流の積算値（積算量）となる。しかしながら、高分子アクチュエータ１０が駆動動作中は、駆動信号（駆動電圧）によって変位層５（誘電ポリマー）の体積が変化し、それに応じて静電容量も変化する。このため、高分子アクチュエータ１０から出力される電流の積算値（積算量）も変化する。
【００３９】
ここで、第１実施形態では、上記制御部５０において、入力される駆動信号（駆動電圧）に基づいて、絶縁破壊が発生していない状態の高分子アクチュエータ１０の電流値（電流量の積算値）を算出し、この値を上記判定基準用の値として用いる。この判定基準用の値は、駆動信号（駆動電圧）の変化に応じて変化する。
【００４０】
そして、制御部５０では、算出された判定基準用の値と検出部４０からの判定用信号とを比較して、判定用信号が判定基準（判定基準用の値）を超えているのであれば、漏洩電流が増加していて絶縁破壊が発生していると判断する。すなわち、絶縁破壊が生じると漏洩電流が増加するため、出力電流値の積算値である検出用信号が、判定基準用の値よりも高くなる。ただし、測定誤差等の誤差要因を考慮して、判定基準＋誤差分の値に対して判断した方がより正確な制御が可能である。
【００４１】
制御部５０において、絶縁破壊が発生していると判断（絶縁破壊状態であると判断）されると、制御部５０からスイッチ部３０に、駆動信号を遮断する指示が出され、スイッチ部３０で実際の信号の遮断を行う。この信号の遮断により、高分子アクチュエータ１０への通電が停止され、これ以上の駆動動作による破損が防止される。
【００４２】
このように、第１実施形態による駆動装置では、高分子アクチュエータ１０の駆動動作中に変位層５（誘電ポリマー）に印加する駆動信号（駆動電圧）に対して判定基準となる漏洩電流の状態を算出することで、変位層５（誘電ポリマー）の体積変化に応じた判定基準を適用した絶縁状態の判定を行うことができる。このため、高分子アクチュエータ１０の破損に至る前の初期段階での漏洩電流を検出することができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、高分子アクチュエータ１０の変位層５が圧縮変形してその体積が変化した場合でも、その体積変化に応じた判定用信号を生成することができるので、制御部５０で算出された判定用基準値と判定用信号とを比較することにより、高分子アクチュエータ１０（変位層５）の絶縁状態を判定することができる。そして、破損の初期段階で高分子アクチュエータ１０の動作を停止させることによって、変位層５における破損の進展を抑制することができる。これにより、高分子アクチュエータ１０の絶縁破壊に起因する駆動装置自体の破損を抑制することができるので、安全性の向上を図ることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態による駆動装置の概略構成を示すブロック図である。図６は、本発明の第２実施形態による駆動装置の検出部（位相検出部）の概略構成を示すブロック図である。次に、図５および図６を参照して、本発明の第２実施形態による駆動装置の構成について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００４５】
この第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、検出部４０が、検出信号を出力する検出信号出力部１４０と、検出信号および出力電流値の両信号の位相差を検出する位相検出部１５０とを含んで構成されている。また、駆動部２０は、高分子アクチュエータ１０に駆動信号としての駆動電圧を印加（出力）するとともに、高分子アクチュエータ１０に出力する駆動信号と同じ駆動信号（駆動電圧）を、制御部１６０にも出力する。ただし、第２実施形態では、駆動部２０からの駆動信号は、検出部４０には直接入力されないように構成されている。すなわち、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、検出部４０では、駆動信号の代わりに検出信号を用いて判定用信号を生成するように構成されている。
【００４６】
また、検出信号出力部１４０からの検出信号は、駆動部２０からの駆動信号と重畳された後、高分子アクチュエータ１０に入力される。すなわち、第２実施形態では、高分子アクチュエータ１０には、駆動信号（駆動電圧）と検出信号とが重畳された重畳信号が印加される。なお、検出信号出力部１４０からの検出信号は、位相検出部１５０にも入力される。
【００４７】
検出部４０の位相検出部１５０は、高分子アクチュエータ１０からの出力電流値と検出信号出力部１４０からの検出信号とから、高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を判定するための判定用信号を生成する。また、位相検出部１５０は、図６に示すように、ＡＣカップリング１５１および１５３、コンパレータ１５２および１５４、ＸＯＲ論理ゲート１５５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５６を含んで構成されており、ＡＣカップリング１５１には検出信号が入力されるとともに、ＡＣカップリング１５３には出力電流値が入力される。ＡＣカップリング１５１に入力された検出信号は、コンパレータ１５２を介して、ＸＯＲ論理ゲート１５５の一方の入力端子に入力される。一方、ＡＣカップリング１５３に入力された出力電流値は、コンパレータ１５４を介して、ＸＯＲ論理ゲート１５５の他方の入力端子に入力される。ＸＯＲ論理ゲート１５５の出力端子はローパスフィルタ１５６と接続されており、ＸＯＲ論理ゲート１５５を通った信号がローパスフィルタ１５６を介して上記判定用信号として制御部１６０に出力される。
【００４８】
制御部１６０は、図５に示すように、駆動部２０からの駆動信号（駆動電圧）に基づいて、高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を判定するための判定基準用の値を算出する機能を有している。また、制御部１６０は、算出した判定基準用の値と検出部４０（位相検出部１５０）からの判定用信号とから高分子アクチュエータ１０の絶縁状態を判定する。そして、高分子アクチュエータ１０が絶縁破壊状態であると判定すると、スイッチ部３０に駆動信号を遮断する指示を出し、高分子アクチュエータ１０への通電を停止する。
【００４９】
図７〜図１５は、本発明の第２実施形態による駆動装置の動作を説明するための図である。なお、図７（ａ）では、駆動部から出力される駆動信号（駆動電圧）の波形の一例を示しており、図７（ｂ）では、検出信号出力部から出力される出力信号の波形の一例を示しており、図７（ｃ）では、駆動信号の波形と検出信号の波形とを重畳した信号の波形の一例を示している。次に、図２および図５〜図１５を参照して、本発明の第２実施形態による駆動装置の動作について説明する。
【００５０】
駆動部２０から、たとえば図７（ａ）に示すような波形の駆動信号が出力されるとともに、検出信号出力部１４０（図５参照）から、たとえば図７（ｂ）に示すような波形の検出信号が出力される。駆動部２０からの駆動信号は、検出信号出力部１４０（図５参照）からの検出信号と重畳されて、たとえば図７（ｃ）に示すような重畳信号となり、図５に示すように、この重畳信号が高分子アクチュエータ１０に印加される。この際、検出信号出力部１４０からの検出信号は、位相検出部１５０（図５参照）にも出力される。
【００５１】
この検出信号は、安全を見て、高分子アクチュエータ１０の駆動周波数（駆動信号の周波数）に比べて２桁程度以上高い周波数帯を用いるのが好ましい。このような検出信号であれば、高分子アクチュエータ１０の応答が困難なため、駆動信号に重畳させた場合でも、高分子アクチュエータ１０の動作に影響を与えることなく、高分子アクチュエータ１０（変位層）の絶縁状態を検出することができる。
【００５２】
一方、高分子アクチュエータ１０に駆動信号が入力されることにより、出力電流値が出力され、この出力電流値が検出部４０の位相検出部１５０（図５参照）に入力される。すなわち、検出部４０の位相検出部１５０（図５参照）には、検出信号出力部１４０（図５参照）からの検出信号と、高分子アクチュエータ１０からの出力電流値とが入力される。なお、高分子アクチュエータ１０には、検出信号が重畳された重畳信号が入力されるため、出力電流値も、図８に示すような、検出信号が重畳された波形となっている。
【００５３】
検出部４０（位相検出部１５０）に入力された検出信号は、図６に示したように、ＡＣカップリング１５１を通ることでＤＣ成分が除去される。その後、コンパレータ１５２を通ることで駆動信号の入出力に対応した電流の有無を表す２値信号に変換される。具体的には、図９に示すように、所定の基準値Ｆに対して、ＡＣカップリング１５１（図６参照）を通過後の検出信号の値が大きい場合はＨレベル、ＡＣカップリング１５１（図６参照）を通過後の検出信号の値が小さい場合はＬレベルとなる２値信号（Ｘ）に変換される。そして、変換された２値信号（Ｘ）がＸＯＲ論理ゲート１５５（図６参照）に入力される。
【００５４】
検出部４０（位相検出部１５０）に入力された出力電流値は、ＡＣカップリング１５３（図６参照）を通ることでＤＣ成分が除去されて、図１０に示すような波形に変換される。その後、コンパレータ１５４（図６参照）を通ることで駆動信号の入出力に対応した電流の有無を表す２値信号に変換される。具体的には、図１１に示すように、所定の基準値Ｆに対して、ＡＣカップリング１５３（図６参照）を通過後の電流値の値が大きい場合はＨレベル、ＡＣカップリング１５３（図６参照）を通過後の電流値の値が小さい場合はＬレベルとなる２値信号（Ｙ）に変換される。そして、変換された２値信号（Ｙ）がＸＯＲ論理ゲート１５５（図６参照）に入力される。
【００５５】
続いて、ＸＯＲ論理ゲート１５５で両信号のＸＯＲ演算が行われ、図１２に示すように、両信号の位相差を示す位相差信号が生成される。その後、この位相差信号をローパスフィルタ１５６（図６参照）に通すことで、時間に対する位相のズレ度合いを示す信号が生成され、この信号が判定用信号として制御部１６０に出力される。
【００５６】
制御部１６０では、まず、その判定用信号をもとに高分子アクチュエータ１０（変位層５（図２参照））の絶縁状態の判定が行われる。判定用信号は、その時間における入力電圧（駆動電圧に重畳させた検出信号）と出力電流（出力電流値に重畳された検出信号）との位相差であるが、高分子アクチュエータ１０（変位層５）に絶縁破壊が発生していない状態では、変位層５における静電容量と絶縁抵抗とが所定の値となっており、位相差もそれに応じた値となる。しかしながら、高分子アクチュエータ１０が駆動動作中は、駆動信号（駆動電圧）によって変位層５（誘電ポリマー）の体積が変化し、それに応じて静電容量も変化する。このため、高分子アクチュエータ１０から出力される電流値も変化する。
【００５７】
そのため、第２実施形態では、上記制御部１６０において、入力される駆動信号（駆動電圧）に応じて、絶縁破壊が発生していない状態の判定基準用の値を算出する。この判定基準用の値は、駆動信号（駆動電圧）の変化に応じて変化する。
【００５８】
ここで、高分子アクチュエータ１０の変位層５（図２参照）は、等価回路的に、コンデンサ成分と抵抗成分とが並列接続された構成に表記できるため、図１３に示すＣＲ並列回路および図１４に示すベクトル図を参照して、検出信号および出力電流値の両信号の位相のズレについて説明する。
【００５９】
図１３および図１４に示すように、抵抗２０５ｂには、電流ＩRが流れ、コンデンサ２０５ａには、電流ＩCが流れる。電圧Ｖを基準にすると、抵抗２０５ｂの電流ＩRに対して、コンデンサ２０５ａの電流ＩCは９０°位相が進むため、全体の電流Ｉ（変位層の電流に相当）は、図１４のＩaのようになる。そして、電流Ｉ（Ｉa）と電流ＩRとのなす角度αが、絶縁破壊が発生していない状態での位相差に相当する。
【００６０】
変位層５（図２参照）に絶縁破壊が生じると絶縁抵抗（抵抗成分５ｂ）が損傷の程度に応じて小さくなるので、その分、抵抗成分５ｂに流れる漏洩電流が増加する。このため、図１４において、抵抗２０５ｂ（図１３参照）の抵抗値Ｒが小さくなるので、電流ＩR（＝Ｖ／Ｒ）が大きくなる。すなわち、ＩRがＡ１の状態からＡ２の状態となる。そうすると、電流Ｉも、Ｂ１の状態（Ｉa）からＢ２の状態（Ｉb）となり、位相差（角度α）が小さくなる。すなわち、高分子アクチュエータ１０に絶縁破壊が生じると、位相のズレ度合いが変化する。
【００６１】
また、高分子アクチュエータ１０の駆動により変位層５（図２参照）の体積変化が生じると、静電容量Ｃが変化するので、図１４におけるＩC（＝ωＣＶ）も変化する。このため、上述したように、制御部１６０において、駆動信号（駆動電圧）に応じて、判定基準用の値が算出される。
【００６２】
そして、制御部１６０では、算出された判定基準用の値と検出部４０からの判定用信号とを比較して、判定用信号が判定基準（判定基準用の値）を超えている（下回る）のであれば、漏洩電流が増加していて絶縁破壊が発生していると判断する。
【００６３】
具体的には、ローパスフィルタ１５６（図６参照）を通過した判定用信号は、たとえば、図１５に示すように、時間に対する位相のズレ度合いを示す信号としてモニタされる。絶縁破壊が発生すると、漏洩電流が増加して位相差が小さくなるため、位相のズレ度合いが小さくなる。そして、判定用信号が判定基準を下回ると絶縁破壊が発生していると判断する。ただし、測定誤差等の誤差要因を考慮して、判定基準＋誤差分の値に対して判断した方がより正確な制御が可能である。また、位相差（位相のズレ度合い）は、駆動電圧の変化（静電容量の変化）によっても変化するため、駆動電圧（駆動信号）に応じて判定基準も変化する。
【００６４】
制御部１６０において、絶縁破壊が発生していると判断（絶縁破壊状態であると判断）されると、制御部１６０からスイッチ部３０に、駆動信号を遮断する指示が出され、スイッチ部３０で実際の信号の遮断を行う。この信号の遮断により、高分子アクチュエータ１０への通電が停止され、これ以上の駆動動作による破損が防止される。
【００６５】
このように、第２実施形態による駆動装置では、検出部４０を、駆動信号に重畳させる検出用信号を出力する検出信号出力部１４０を含み、検出用信号と出力電流値とから判定用信号を生成するように構成することによって、容易に、駆動信号に応じた判定用信号を生成することができるとともに、高分子アクチュエータ１０の動作状態における絶縁状態を精度よく判定することができる。
【００６６】
第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
５                                変位層
５ａ                              コンデンサ成分
５ｂ                              抵抗成分
６、７                            電極層
６ａ、７ａ                        抵抗成分
１０                              高分子アクチュエータ
１１                              変位層
２０                              駆動部
３０                              スイッチ部
４０                              検出部
４１、１５１、１５３              ＡＣカップリング
４２                              Ａ／Ｄ変換部
４３                              積算部
５０、１６０                      制御部
１４０                            検出信号出力部
１５０                            位相検出部
１５２、１５４                    コンパレータ
１５５                            ＸＯＲ論理ゲート
１５６                            ローパスフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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