(57)【要約】【課題】駆動によって生じる変形を検出可能なアクチュエータ及びその駆動方法を提供すること。【解決手段】イオンを含むアクチュエータ本体１５と、このアクチュエータ本体１５の対向する面に形成された対向電極１６ａ、１６ｂとを備え、前記対向電極間１６ａ、１６ｂに電圧を印加して、前記アクチュエータ本体１５に変形を生じさせるアクチュエータにおいて、前記対向電極間１６ａ、１６ｂに電圧を印加して生じた前記アクチュエータ本体１５の変形を電気的に検出する検出手段を有する。前記検出手段は、静電容量計、起電力を測定する電圧計等である。前記アクチュエータ本体は、代表的には、イオン導電性高分子である。変形をその時間的変化を含めて正確に検出でき、検出された変形に基づいて、アクチュエータ本体の駆動を制御できる。【選択図】図１
2008038660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを含むアクチュエータ本体と、このアクチュエータ本体の対向する面に形成された対向電極とを備え、前記対向電極間に電圧を印加して、前記アクチュエータ本体に変形を生じさせるアクチュエータにおいて、
前記対向電極間に電圧を印加して生じた前記アクチュエータ本体の変形を電気的に検出する検出手段を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記アクチュエータ本体がイオン導電性高分子層によって構成された、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記検出手段は、第１、第２、第３の電極板を含み、前記イオン導電性高分子の一部が、対向して固定された前記第１及び第２の電極板の間に配置され、前記イオン導電性高分子の変形に際して、前記第１及び第２の電極板に平行に移動可能なように、前記第３の電極板が前記イオン導電性高分子に保持されており、前記第３の電極板と前記第１の電極板と間の静電容量、及び／又は、前記第３の電極板と前記第２の電極板と間の静電容量に基づいて、前記イオン導電性高分子の変形量を検出する、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記検出手段は、前記イオン導電性高分子に固定された光ファイバと、この光ファイバの一端から入射させるレーザ光を発生する光源と、前記光ファイバの他端から出射する前記レーザ光を検出する受光素子アレイとを含み、前記光ファイバの前記他端が前記イオン導電性高分子の長手方向の端部近傍に配置され、前記他端から出射した前記レーザ光が検出された前記受光素子アレイの受光素子の位置情報に基づいて、前記イオン導電性高分子の変形量を検出する、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記光ファイバの一部が前記イオン導電性高分子の内部に配置された、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記光ファイバの一部が、一方の前記対向電極の面に前記イオン導電性高分子に平行に配置された、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記検出手段は、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有する第２のアクチュエータ本体と、この第２のアクチュエータ本体の対向する面に形成された第２の対向電極とを含み、前記第２の対向電極の間に生じる起電力に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第２の対向電極を具備する第２のアクチュエータ本体を備え、この第２のアクチュエータは、前記検出手段によって検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形を制御する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記検出手段は、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第３の対向電極を具備する第３のアクチュエータ本体によって構成され、前記第１のアクチュエータ本体の変形によって生じた前記第３のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出する、請求項８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第２のアクチュエータ本体の変形が制御され、前記第２のアクチュエータ本体の変形によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される、請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
イオンを含むアクチュエータ本体の対向する面に形成された対向電極に電圧を印加す
る第１の工程と、
前記第１の工程によって生じた前記アクチュエータ本体の変形を電気的に検出する第
２の工程と、
前記第２の工程によって検出された変形に基づいて、前記アクチュエータ本体の変形
を制御する第３の工程
を有する、アクチュエータの駆動方法。
【請求項１２】
前記第２の工程は、前記アクチュエータ本体の一部が間に配置される対向して固定された第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極と、前記アクチュエータ本体が保持する第３の電極との間の静電容量を検出する工程を含み、検出された前記静電容量に基づいて前記アクチュエータ本体の変形量を検出する、請求項１１に記載のアクチュエータの駆動方法。
【請求項１３】
前記第２の工程は、前記アクチュエータ本体に固定された光ファイバの一端からレーザ光を入射させ、前記光ファイバの他端から出射する前記レーザ光を受光素子アレイによって検出する工程を含み、前記他端から出射した前記レーザ光が検出された前記受光素子アレイの受光素子の位置情報に基づいて、前記アクチュエータ本体の変形量を検出する、請求項１１に記載のアクチュエータの駆動方法。
【請求項１４】
前記第２の工程は、前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有する第２のアクチュエータ本体の対向する面に形成された第２の対向電極の間に生じる起電力を検出する工程を含み、検出された前記起電力に基づいて前記アクチュエータ本体の変形量を検出する、請求項１１に記載のアクチュエータの駆動方法。
【請求項１５】
前記第３の工程は、前記起電力が所望の値以上になった場合に、前記第２の対向電極の間に電圧を印加する工程を含む、請求項１４に記載のアクチュエータの駆動方法。
【請求項１６】
前記第３の工程において、前記第１のアクチュエータ本体の変形の方向と逆の方向に、前記第２のアクチュエータ本体を変形させて、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される、請求項１５に記載のアクチュエータの駆動方法。
【請求項１７】
前記第３の工程において、前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第２の対向電極を具備する第２のアクチュエータ本体の変形によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される、請求項１１に記載のアクチュエータの駆動方法。
【請求項１８】
前記第２の工程において、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第３の対向電極を具備する第３のアクチュエータ本体を用いて、前記第１のアクチュエータ本体の変形によって生じた前記第３のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出する、請求項１７に記載のアクチュエータの駆動方法。
【請求項１９】
前記第３の工程において、検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第２のアクチュエータ本体の変形が制御され、前記第２のアクチュエータ本体の変形によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される、請求項１８に記載のアクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、特に、駆動によって生じる変形を検出することができるアクチュエータ及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器、産業用ロボット、マイクロマシン等の分野において、小型、軽量で柔軟性に優れたアクチュエータが要求されており、静電力、圧電性、超音波、形状記憶合金、高分子の伸縮等を利用するアクチュエータが提案されている。
【０００３】
例えば、「人体装着に適したＳＭＡ人工筋肉」と題する後記の非特許文献１には、以下の記載がある。
【０００４】
人工筋肉に関しての厳密な定義は存在しないが、「人間の筋肉のように柔らかく伸縮するアクチュエータ」の総称として使われることが多い。人工筋肉と呼称されているアクチュエータの分類としては、高分子材料を用いたアクチュエータ（ポリマクチュエータ）、形状記憶材料を用いたアクチュエータ（形状記憶アクチュエータ）、静電力を利用したアクチュエータ（静電アクチュエータ）、空気圧を用いたアクチュエータ（エアアクチュエータ）等が挙げられ、研究開発が盛んである。
【０００５】
ポリマクチュエータとは、外界刺激により変形を起こす高分子の総称である。その刺激は、化学的刺激（ｐＨの変化や含浸水分量の変化等）や電気的刺激、熱刺激、光刺激、磁気刺激等多岐にわたる。その中でも近年は、電気的刺激によりポリマを制御するアクチュエータに関する研究が盛んである。
【０００６】
電圧印加によりポリマ中のイオンが移動してポリマが変形するＩＣＰＦ（Ionic Conductive Polymer Film）アクチュエータ、電圧印加により電界溶液中のイオンをポリマ電極が吸収して変形する導電性ポリマクチュエータ、ポリマそのものが誘電分極されて逆圧電効果により変形する圧電ポリマクチュエータ、ポリマ間の電極に生じるクーロン力で中間層のポリマが変形する電歪ポリマクチュエータ等が電気的刺激を用いる主な例である。
【０００７】
ポリマクチュエータは、エネルギー効率が高い、低コストで作製できる等魅力的な点が多いが、研究段階の技術が多く、耐久性等の不安点もある。また、発生力が単体では小さいので、アシスト・リハビリテーション等へ応用するには、出力増大のための技術開発が併せて必要になる。以上が非特許文献１の記載内容である。
【０００８】
上記のＩＣＰＦアクチュエータはＩＰＭＣ（Ionic Polymer Metal Composite）アクチュエータとも呼ばれ、イオン導電性高分子（高分子電解質ゲル）の両面に電極を接合した接合体の電極間に電圧をかけると、陽イオンが移動し、それに伴い水分子も移動して、片面が膨張、他面が収縮して、この結果、屈曲する。柔軟、軽量、無音、小型化が容易等の特徴がある。このアクチュエータは、電極の材料やその構造によって変形量や発生力等の特性が大きく変化する。
【０００９】
また、「圧電アクチュエータ−精密位置決めへの応用」と題する後記の非特許文献２には、アクチュエータ全体が曲げ変形を起こすバイモルフ型圧アクチュエータに関する記載がある。
【００１０】
ＩＰＭＣ又はＩＣＰＦアクチュエータの動作原理に関して、例えば、以下の従来技術が知られている。
【００１１】
「アクチュエータ素子」と題する後記の特許文献１には、以下の記載がある。
【００１２】
アクチュエータ素子は、イオン交換膜と、このイオン交換膜の両面に接合した電極とから成り、前記イオン交換膜の含水状態において、前記イオン交換膜に電位差をかけて前記イオン交換膜に湾曲及び変形を生ぜしめることを特徴とする。以下、アクチュエータ素子を図面にもとづき説明する。
【００１３】
図１３は、特許文献１に記載の図１、図２であり、図１３（Ａ）はアクチュエータ素子の電圧無印加状態の概要断面図、図１３（Ｂ）はアクチュエータ素子の電圧印加状態の概要断面図である。
【００１４】
図１３（Ａ）に示すとおり、のアクチュエータ素子２０１はイオン交換膜２０２と、このイオン交換膜２０２の両面に接した電極２０３、２０３’とから成る。イオン交換膜２０２としては、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜の何れも使用することができ、例えば、陽イオン交換膜としてポリスチレンスルホン酸膜やスルホン基やカルボキシル基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜を挙げることができる。かかるイオン交換膜の両面に接合する電極２０３、２０３’には白金、イリジウム、パラジウム、ルテニウム等の貴金属が好ましいが、そのほか導電性高分子や黒鉛等の導電性と耐食性を合わせ持つ物質が利用できる。接合方法には化学メッキ、電気メッキ、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着等の電極材料を高分子膜に付着させるための既知の方法が全て利用できる。
【００１５】
そして、電極２０３、２０３’をリード線を介して直流電源２０５に連結するとアクチュエータ素子が得られる。アクチュエータ素子の作動時には、イオン交換膜が含水状態である必要がある。ここで含水状態とは、アクチュエータが水中で、又は高湿度の大気中でも作動することを意味する。水中においては、周囲の水中に含まれるイオンは動作に影響する場合があるが、種々のイオンや溶質を含んだ液中でも作動できる。
【００１６】
アクチュエータ素子の作動機構あるいは原理は明確ではないが、膜の表裏に電位差がかかることで、図１３（Ｂ）に示すようにイオン交換膜２０２中の正イオン２０４が陰極２０３’側に移動し、このイオンに伴われて水分子が膜内で移動するために陽極側と陰極側で水分量に差ができると推定される。従って含水率が高まれば膨潤し、含水率が低下すれば収縮するので、膜の表裏で水分量に差が付けば膜は湾曲すると考えられる。ただし、イオンの分布に差が付いても、その状態でイオンの動きが止まれば、膜の外部からの水の拡散によって次第に水分分布は元の均一状態に近づくと推定される。
【００１７】
即ち、一定電圧をかけていても膜内の電流が減少すれば、一端生じた含水率の分布は徐々に平均化されて行くために、湾曲は元に戻ると考えられる。陽イオン交換膜を純水中で用いた場合、移動するイオンはＨ+イオンであり、食塩水中で用いた場合はＮａ+であると考えられるため、電圧をかけるとそれらのイオンは水分子と共に陰極側へ移動する。このように考察すれば、陰極側の高分子膜の含水率が上がり、陽極側の含水率は下がるので、陰極側が伸びて陽極側が縮むため、膜は陽極側へ湾曲することになり、この傾向は実施例の結果と一致する。
【００１８】
特許文献１に記載の発明によれば、下記特長を有するアクチュエータ素子が得られる。
１）単純な構造であり、超小型化できる。
２）超小型化しても水の粘性抵抗や表面の摩擦力に打ち勝つだけの大きな力が発生できる。
３）生体内等の液中で作動する。
４）１Ｖ程度の低電圧で作動する。
５）超小型であれば微少な電流でも作動する。
６）比較的応答が速い。
７）電圧によってアクチュエータの動作が制御できる。
８）比較的大きな力を発生する反面、素子自体は柔軟である。
【００１９】
即ち、電極間に０．１〜３Ｖの直流電圧をかけることにより、１秒以内に素子長の１／１０もの変位が得られ、かつ水中で作動する柔軟な素子を作製できる。素子を細長い棒状にすれば、大きく湾曲させることができ、大きな変位を得ることができる。従って、従来のアクチュエータでは不可能であった水中での超小型動力発生機構が可能になるので、特に水中で作動する超小型ロボット用の人工筋肉として利用でき、また生体内で使用される医療用器具の動力にも応用できる。
【００２０】
ＩＰＭＣ又はＩＣＰＦアクチュエータの駆動によって生じる変位の測定に関して、例えば、以下の従来技術が知られている。
【００２１】
「アクチュエータ素子」と題する後記の特許文献２には、以下の記載がある。
【００２２】
図１４は特許文献２に記載の図２であり、アクチュエータ素子の変位測定装置の概略を示す図である。応答性の評価は、１ｍｍ×１５ｍｍの短冊状に切り取った接合体試料片の端３ｍｍの部分を電極付きホルダーでつかんで、空気中で電圧を加え、レーザ変位計を用いて、固定端から１０ｍｍの位置の変位を測定して行った。
【００２３】
「高分子アクチュエータの製造方法」と題する後記の特許文献３には、以下の記載がある。
【００２４】
得られた金電極が形成されたイオン樹脂成形品を、１．０ｍｍ×２０ｍｍの大きさに切断したものを試験片として、表面抵抗を測定した。また、試験片の表・裏の両電極を介して電圧を印加（０．１Ｈｚ、２．０Ｖの方形波）て、変位量を測定した。なお、曲げ変位量は、試験片の一方から８ｍｍの位置を白金板で挟んで、水中に保持し、かつ白金板からリード線をのばし、ポテンショスタットを介して試験片の両端の金電極に印加することで行った。変位量は固定端から１０ｍｍの位置の変位をレーザ変位計を用いて測定した。
【００２５】
「アクチュエータ素子」と題する後記の特許文献４には、以下の記載がある。
【００２６】
（実験）下記の変位測定法に従い、アクチュエータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、陽極方向に約１．６ｍｍ変形して、その場において変形状態を保持した。また、２４時間、１Ｖを印加し続けても、変形状態を保持していた。印加電圧を０Ｖにすると、元の位置に戻った。同操作を数回〜数十回繰り返しても、同様の変形状態を保持しており、形状保持性の再現性も確認された。
【００２７】
（アクチュエータ素子の変位測定法）幅１ｍｍ、長さ１５ｍｍの短冊形状のアクチュエータ素子の片端３ｍｍを給電体である白金ブロックで挟み、３７℃の純水中に吊り下げて保持し、ポテンシオスタット２０００（東方技研社製）とファンクション・ジェネレータ（任意関数発生装置）ＦＧ−０２（東方技研社製）とを用い、方形波電圧を印加してアクチュエータ素子を湾曲変形させ、アクチュエータ素子の固定端から１０ｍｍの位置の陽極方向への変位をレーザ反射式変位計ＬＣ２１００（キーエンス社製）で測定し、印加電圧、電流と変位とをデジタルオシロスコープＤＬ２２４０（横河電機社製）で同時にモニターした。
【００２８】
ＩＰＭＣ又はＩＣＰＦアクチュエータの駆動によって発生する応力の測定に関して、例えば、以下の従来技術が知られている。
【００２９】
「アクチュエータ及びガイドワイヤ」と題する後記の特許文献５には、以下の記載がある。
【００３０】
アクチュエータの発生応力の測定方法は次のとおりである。アクチュエータを電子天秤ＭＥＴＴＬＥＲＡＥ２４０（日本シイベルヘグナー社製）の皿上に設置し、アクチュエータへ１．５Ｖの矩形電圧を印加した時の最大荷重を読み取り、それをアクチュエータの発生応力とした。
【００３１】
【特許文献１】特開平４−２７５０７８号公報（第２頁左欄第４５行〜同頁右欄第４２行、第３頁右欄第１行〜同頁同欄第２２行、図１、図２）
【特許文献２】特開２００５−２２４０２７号公報（段落００２６、図２）
【特許文献３】特許第２９６１１２５号公報（段落００５８、図７）
【特許文献４】特開平９−７９１２９号公報（段落００５２〜００５３）
【特許文献５】特開平８−２８０１８７号公報（段落００３０〜００３１）
【非特許文献１】松下電工技報、Ａｕｇ．（２００３）、ｐ．５９〜ｐ．６３（２．１「人工筋肉とは」、２．２．１「ポリマクチュエータ」）
【非特許文献２】精密工学会誌、Ｖｏｌ．７２、Ｎｏ．４、ｐ．４４９〜ｐ．４５２（２００６）（２．「圧電アクチュエータの種類」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
ＩＰＭＣ又はＩＣＰＦアクチュエータは、電極への印加電圧に応じた応答速度で変形する。この高分子アクチュエータでは重量あたりの発生トルクが大きく、用途によっては従来のモーターに代わる軽量、小型のアクチュエータとして期待されている。
【００３３】
しかし、その駆動力の発生メカニズムが、イオン導電性高分子層内のイオンの移動によって生じる体積変化であるため、高分子アクチュエータ駆動の際に、電圧印加前のイオンの分布が必ずしも一定でない場合等、駆動量を制御することが難しく、所望の必要な駆動量でアクチュエータを停止させることは困難であった。
【００３４】
高分子アクチュエータによって駆動される被駆動体（部品又は装置）を、正確に高信頼度で駆動させるためには、高分子アクチュエータの正確な駆動が要求される。このためには、高分子アクチュエータの変形状態を常時正確に知っている必要がある。
【００３５】
従来技術におけるアクチュエータ素子の変位測定法は、レーザ変位計を用いるものであり、レーザ光をアクチュエータ素子に照射し、反射レーザ光を検出することによって、アクチュエータ素子の変位を検出するものである。変位を正確に検出するために、アクチュエータ素子の同じ点に、常にレーザ光を照射させるための制御が必要となること、アクチュエータ素子が、レーザ光の照射ができない場所に配置されている場合には、変位の検出が不可能となる等の問題がある。
【００３６】
また、上記した従来技術におけるアクチュエータ素子の変位測定法は、アクチュエータ素子の駆動によって生じる変形量を制御する機能は有していない。
【００３７】
従来技術では、高分子アクチュエータの駆動によって生じる変形量を制御することには、配慮がなされていなかった。また、高分子アクチュエータの応答特性を考慮に入れた駆動制御については配慮がなされていなかった。
【００３８】
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、駆動によって生じる変形を検出することができるアクチュエータ及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
即ち、本発明は、イオンを含むアクチュエータ本体と、このアクチュエータ本体の対向する面に形成された対向電極とを備え、前記対向電極間に電圧を印加して、前記アクチュエータ本体に変形を生じさせるアクチュエータにおいて、前記対向電極間に電圧を印加して生じた前記アクチュエータ本体の変形を電気的に検出する検出手段を有することを特徴とするアクチュエータに係るものである。
【００４０】
また、本発明は、イオンを含むアクチュエータ本体の対向する面に形成された対向電極に電圧を印加する第１の工程と、前記第１の工程によって生じた前記アクチュエータ本体の変形を電気的に検出する第２の工程と、前記第２の工程によって検出された変形に基づいて、前記アクチュエータ本体の変形を制御する第３の工程を有する、アクチュエータの駆動方法に係るものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明のアクチュエータによれば、前記対向電極間に電圧を印加して前記対向電極間での前記イオンの移動によって生じた前記アクチュエータ本体の変形を、前記検出手段によって電気的に検出することができるので、前記アクチュエータ本体の変形をその時間的変化を含めて正確に検出することができる。また、前記アクチュエータ本体の検出された変形に基づいて、アクチュエータの駆動を適切に制御することができる。
【００４２】
本発明のアクチュエータの駆動方法によれば、電気的に検出された前記アクチュエータ本体の変形に基づいて、前記アクチュエータ本体の変形を制御するので、アクチュエータの駆動の制御を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明のアクチュエータでは、前記アクチュエータ本体がイオン導電性高分子層によって構成されることが好ましい。前記アクチュエータ本体は、単純な構造をもち小型化が可能であり、駆動を電圧によって制御することができ、小さな電圧による駆動によって大きな変形を生じるので、アクチュエータ本体の自重に比して大きな駆動力を発生させることができる。即ち、軽量なアクチュエータ本体によって大きな駆動力を発生させることができる。
【００４４】
また、前記検出手段は、第１、第２、第３の電極板を含み、前記イオン導電性高分子の一部が、対向して固定された前記第１及び第２の電極板の間に配置され、前記イオン導電性高分子の変形に際して、前記第１及び第２の電極板に平行に移動可能なように、前記第３の電極板が前記イオン導電性高分子に保持されており、前記第３の電極板と前記第１の電極板と間の静電容量、及び／又は、前記第３の電極板と前記第２の電極板と間の静電容量に基づいて、前記イオン導電性高分子の変形量を検出する構成とするのがよい。前記第３の電極板が前記イオン導電性高分子の変形とともに、前記第１及び第２の電極板に平行に移動するので、前記第３の電極板と前記第１の電極板とによって構成される平行平板電極によるキャパシタの静電容量、及び／又は、前記第３の電極板と前記第２の電極板とによって構成される平行平板電極によるキャパシタの静電容量を測定することによって、前記イオン導電性高分子の変形を常時正確に検出することができる。
【００４５】
また、前記検出手段は、前記イオン導電性高分子に固定された光ファイバと、この光ファイバの一端から入射させるレーザ光を発生する光源と、前記光ファイバの他端から出射する前記レーザ光を検出する受光素子アレイとを含み、前記光ファイバの前記他端が前記イオン導電性高分子の長手方向の端部近傍に配置され、前記他端から出射した前記レーザ光が検出された前記受光素子アレイの受光素子の位置情報に基づいて、前記イオン導電性高分子の変形量を検出する構成とするのがよい。前記光ファイバは前記イオン導電性高分子に固定されており、前記イオン導電性高分子の変形にともなって、前記光ファイバの他端から出射するレーザ光の方位が変化するので、この方位の変化を、前記レーザ光が検出される前記受光素子アレイの受光素子の位置によって検出することができ、前記イオン導電性高分子の変形を常時正確に検出することができる。
【００４６】
また、前記光ファイバの一部が前記イオン導電性高分子の内部に配置された構成とするのがよい。また、前記光ファイバの一部が、一方の前記対向電極の面に前記イオン導電性高分子に平行に配置された構成とするのがよい。前記光ファイバの一部を、前記イオン導電性高分子に配置することによって、前記光ファイバの他端から出射するレーザ光の方位を、前記イオン導電性高分子の変形とともに変化させることができる。
【００４７】
また、前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記検出手段は、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有する第２のアクチュエータ本体と、この第２のアクチュエータ本体の対向する面に形成された第２の対向電極とを含み、前記第２の対向電極の間に生じる起電力に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出する構成とするのがよい。前記第１のアクチュエータ本体の変形量と前記第２の対向電極の間に生じる起電力との関係を、予め、計測して対応関係を求めておくことによって、この対応関係を用いて、前記第２の対向電極の間で計測された起電力から前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出することができる。従って、前記イオン導電性高分子の変形を常時正確に検出することができる。
【００４８】
また、前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第２の対向電極を具備する第２のアクチュエータ本体を備え、この第２のアクチュエータは、前記検出手段によって検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形を制御する構成とするのがよい。前記検出手段によって検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に応じて、前記第１のアクチュエータ本体の変形を適切に制御することによって、前記第１のアクチュエータ本体による駆動量を所望の目標とする値にすることができる。
【００４９】
また、前記検出手段は、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第３の対向電極を具備する第３のアクチュエータ本体によって構成され、前記第１のアクチュエータ本体の変形によって生じた前記第３のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出する構成とするのがよい。前記第３のアクチュエータ本体によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を常時正確に検出することができる。
【００５０】
また、検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第２のアクチュエータ本体の変形が制御され、前記第２のアクチュエータ本体の変形によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される構成とするのがよい。検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に応じて、前記第２のアクチュエータ本体の変形を適切に制御することによって、前記第１のアクチュエータ本体による駆動量を所望の目標とする値にすることができる。
【００５１】
本発明のアクチュエータの駆動方法では、前記第２の工程は、前記アクチュエータ本体の一部が間に配置される対向して固定された第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極と、前記アクチュエータ本体が保持する第３の電極との間の静電容量を検出する工程を含み、検出された前記静電容量に基づいて前記アクチュエータ本体の変形量を検出する構成とするのがよい。第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極と、前記第３の電極とによるキャパシタの静電容量を測定することによって、前記アクチュエータ本体の変形を常時正確に検出することができる。
【００５２】
また、前記第２の工程は、前記アクチュエータ本体に固定された光ファイバの一端からレーザ光を入射させ、前記光ファイバの他端から出射する前記レーザ光を受光素子アレイによって検出する工程を含み、前記他端から出射した前記レーザ光が検出された前記受光素子アレイの受光素子の位置情報に基づいて、前記アクチュエータ本体の変形量を検出する構成とするのがよい。前記光ファイバは前記イオン導電性高分子に固定されており、前記アクチュエータ本体の変形にともなって、前記光ファイバの他端から出射するレーザ光の方位が変化するので、この方位の変化を、前記レーザ光が検出される前記受光素子アレイの受光素子の位置によって検出することができ、前記アクチュエータ本体の変形を常時正確に検出することができる。
【００５３】
また、前記第２の工程は、前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有する第２のアクチュエータ本体の対向する面に形成された第２の対向電極の間に生じる起電力を検出する工程を含み、検出された前記起電力に基づいて前記アクチュエータ本体の変形量を検出する構成とするのがよい。前記アクチュエータ本体は、例えば、前記イオン導電性高分子から構成されており、前記第１のアクチュエータ本体の変形量と前記第２の対向電極の間に生じる起電力との関係を、予め、計測して対応関係を求めておくことによって、この対応関係を用いて、前記第２の対向電極の間で計測された起電力から前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出することができる。従って、前記第１のアクチュエータ本体の変形を常時正確に検出することができる。
【００５４】
また、前記第３の工程は、前記起電力が所望の値以上になった場合に、前記第２の対向電極の間に電圧を印加する工程を含む構成とするのがよい。前記アクチュエータ本体による過剰な変形を防止して、前記アクチュエータ本体による駆動を適切な範囲とすることができる。
【００５５】
また、前記第３の工程において、前記第１のアクチュエータ本体の変形の方向と逆の方向に、前記第２のアクチュエータ本体を変形させて、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される構成とするのがよい。前記第２のアクチュエータ本体の変形によって、前記アクチュエータ本体によって生じた過剰な変形を抑制し、前記アクチュエータ本体による駆動を低下させて、駆動を適切な範囲とすることができる。
【００５６】
また、前記第３の工程において、前記アクチュエータ本体を第１のアクチュエータ本体として、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第２の対向電極を具備する第２のアクチュエータ本体の変形によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される構成とするのがよい。前記第２の工程において検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に応じて、前記第１のアクチュエータ本体の変形を適切に制御することによって、前記第１のアクチュエータ本体による駆動量を所望の目標とする値にすることができる。
【００５７】
また、前記第２の工程において、前記第１のアクチュエータ本体の長手方向の端部に接続された端部を有し、対向する面に形成された第３の対向電極を具備する第３のアクチュエータ本体を用いて、前記第１のアクチュエータ本体の変形によって生じた前記第３のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を検出する構成とするのがよい。前記第３のアクチュエータ本体によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形量を常時正確に検出することができる。
【００５８】
また、前記第３の工程において、検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に基づいて、前記第２のアクチュエータ本体の変形が制御され、前記第２のアクチュエータ本体の変形によって、前記第１のアクチュエータ本体の変形が制御される構成とするのがよい。検出された前記第１のアクチュエータ本体の変形量に応じて、前記第２のアクチュエータ本体の変形を適切に制御することによって、前記第１のアクチュエータ本体による駆動量を所望の目標とする値にすることができる。
【００５９】
以下、イオンを含むアクチュエータの代表例として、電圧の印加によって可動なイオンを含んでいるイオン導電性高分子を用いるＩＰＭＣ又はＩＣＰＦアクチュエータと呼ばれるタイプの高分子アクチュエータを例にとって、図面を参照しながら本発明による実施の形態について詳細に説明する。
【００６０】
先ず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る高分子アクチュエータについて説明する。
【００６１】
図１に示す高分子アクチュエータの断面図において、図１（Ａ）に示すように、変形前の高分子アクチュエータ１０ａは、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子層（イオン導電性高分子フィルム）１５と、このイオン導電性高分子層１５の両面それぞれに設けられる電極層１６ａ、１６ｂと、この電極層１６ａ、１６ｂのそれぞれに電気的に接続された導電線（リード線）とを備えている。
【００６２】
１対の導電線によって電極層１６ａ、１６ｂの間に電圧が印加され、イオン導電性高分子層１５が湾曲又は変形し、後述するように変形前の高分子アクチュエータ１０ａは変形する。
【００６３】
イオン導電性高分子層１５は、フッ素樹脂、炭化水素系等を骨格としたイオン交換樹脂からなり、表裏２つの主面をもつ形状を呈している。例えば、短冊形状、円盤形状、円柱形状、円筒形状等が挙げられる。また、イオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交換樹脂何れでもよいが、このうち陽イオン交換樹脂が好適である。
【００６４】
陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂等にスルホン酸基、カルボキシル基等の官能基が導入されたものが挙げられ、特にフッ素樹脂にスルホン酸基、カルボキシル基等の官能基が導入された陽イオン交換樹脂が好ましい。
【００６５】
電極層１６ａ、１６ｂは、例えば、イオン導電性高分子層１５に金属錯体（例えば、金錯体、白金錯体）を水溶液中で吸着させ、吸着した金属錯体を還元剤により還元して、イオン導電性高分子層１５表面に金属を析出させることによって、形成する。
【００６６】
また、電極層１６ａ、１６ｂは、カーボンブラックの微細粉末とイオン導電性樹脂（イオン導電性高分子層１５を構成する材料と同じものでよい。）を溶媒に分散させた塗料を、イオン導電性高分子層１５に塗布し乾燥させて、所望の厚さでカーボン電極層として形成することもできる。
【００６７】
なお、少なくともイオン導電性高分子層１５に陽イオン物質が含浸されているが、この陽イオン物質とは、水及び金属イオン、水及び有機イオン、イオン液体の何れかであることが好ましい。ここで、金属イオンとは、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン等が挙げられる。
【００６８】
また、有機イオンとは、例えば、アルキルアンモニウムイオン等が挙げられる。これらのイオンはイオン導電性高分子層１５中において水和物として存在している。イオン導電性高分子層１５が水及び金属イオン、又は水及び有機イオンを含み、含水状態となっている場合には、高分子アクチュエータは中からこの水が揮発しないように、電極層１６ａ、１６ｂ、及び、イオン導電性高分子層１５を封止しておくことが好ましい。
【００６９】
また、イオン液体とは、常温溶融塩とも言われる不燃性、不揮発性のイオンのみからなる溶媒であり、例えば、イミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物、脂肪族系化合物のものを使用することができる。イオン導電性高分子層１５にイオン液体を含浸させている場合には、揮発する心配なく高温あるいは真空中でも高分子アクチュエータを使用することができる。
【００７０】
図１を参照して、高分子アクチュエータの動作原理を説明する。なお、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）では、変形前の高分子アクチュエータは点線で示している（以下、各図では、変形前の高分子アクチュエータは点線で示される。）。ここでは、イオン導電性高分子層１５中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。
【００７１】
図１（Ａ）では、ＳＷ１がオフとされた変形前の高分子アクチュエータ１０ａが示されている。同図に示すように、電源からの電圧印加はなく、２つの電極層１６ａ、１６ｂに電位差がないことから、イオン導電性高分子層１５の２つの電極層１６ａ、１６ｂ近傍領域の間に体積差はなく、イオン導電性高分子層１５は湾曲変形することなく真っ直ぐな状態である。
【００７２】
ＳＷ１がオンとされ電源より導電線を通じて、図１（Ｂ）中の上側の高分子アクチュエータの電極層１６ａにプラスの電位、同図中の下側の電極層１６ｂにマイナスの電位を印加している。この電位差により、高分子アクチュエータのイオン導電性高分子層１５中では、マイナスの電位が印加された側（同図中の下側）の電極層１６ｂにナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動しこの電極層１６ｂの近傍に集中しこの領域は体積膨張する。
【００７３】
一方、プラスの電位が印加された側（同図中の上側）の電極層１６ａの近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮する。その結果、イオン導電性高分子層１５の２つの電極層１６ａ、１６ｂ近傍領域の間に体積差が生じることとなり、変形後の高分子アクチュエータ１０ｂでは、イオン導電性高分子層１５は同図中の上側に凹状に湾曲する。
【００７４】
図１（Ｃ）では、電源より導電線を通じて、同図中の上側の高分子アクチュエータの電極層１６ａにマイナスの電位、同図中の下側の電極層１６ｂにプラスの電位を印加しており、電圧印加方法が図１（Ｂ）の場合とは逆である。この電位差により、高分子アクチュエータのイオン導電性高分子層１５中では、マイナスの電位が印加された側（同図中の上側）の電極層１６ａの近傍領域は体積膨張して、プラスの電位が印加された側（同図中の下側）の電極層１６ｂ近傍領域は体積収縮する。その結果、変形後の高分子アクチュエータ１０ｃでは、イオン導電性高分子層１５は同図中の下側に凹状に湾曲する。
【００７５】
第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態における、駆動による変形量を、静電容量の変化を測定することによって検出可能とする駆動用高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【００７６】
図１に示すように、駆動力を発生させる駆動用高分子アクチュエータ１０ａに、駆動用高分子アクチュエータの駆動によって生じた変形を検出する検出手段として、駆動によって生じた変形による静電容量の変化を検出するための静電容量の測定用の電極３１、３２、３３が設けられている。
【００７７】
図１（Ａ）は、ＳＷ１がオフ状態で、電極層１６ａ、１６ｂに電圧が印加されていない静止状態を示し、変形前の駆動用高分子アクチュエータ１０ａに略平行に固定電極板３１、３２が配置され、可動電極板３３が固定電極板３１、３２の略中央に位置するように配置されている。固定電極板３１、３２、可動電極板３３の面積Ａは略同じである。
【００７８】
可動電極板３３と固定電極板３１との間の距離Ｄ１、可動電極板３３と固定電極板３２との間の距離Ｄ２、可動電極板３３と固定電極板３１との間の静電容量Ｃ１、可動電極板３３と固定電極板３２との間の静電容量Ｃ２とする時、電圧無印加状態（駆動用高分子アクチュエータが駆動していない状態）では、Ｄ１＝Ｄ２、Ｃ１＝Ｃ２である。また、駆動用高分子アクチュエータの中心と、固定電極板３１、３２の中心との間の距離は、ｄ１＝ｄ２である。
【００７９】
可動電極板３３は、常に、固定電極板３１、３２に対して略平行な状態で、駆動用高分子アクチュエータの駆動に伴って移動可能な構成としておく。
【００８０】
図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すように、ＳＷ１がオン状態で、電圧印加状態であり、駆動用高分子アクチュエータが駆動して変形を生じた場合には、変位後の駆動用アクチュエータの先端部中心位置は上記の静止状態からｄだけ変位し、Ｄ１≠Ｄ２、Ｃ１≠Ｃ２となる。
面積Ａ、電極板間距離Ｄのキャパシタの静電容量はＣ＝ε×Ａ/Ｄ（εは電極板間の媒質の比誘電率である。）であり、電極板間距離がＤ１、Ｄ２の場合、静電容量Ｃ１、Ｃ２との間には、Ｃ１：Ｃ２＝１/Ｄ１：１/Ｄ２なる関係が成立する。
【００８１】
従って、変形後の駆動用検出用高分子アクチュエータ１０ｂ、１０ｃにおける、可動電極板３３と固定電極板３１との間の静電容量Ｃ１、可動電極板３３と固定電極板３２との間の静電容量Ｃ２を、静電容量計で測定することによって、Ｄ１とＤ２の比が分かり、固定電極板３１、３２の間の距離が既知の一定値であるので、駆動用高分子アクチュエータの駆動によって生じた変形による、上記の静止状態からの駆動用高分子アクチュエータの先端部中心位置の変位量ｄを求めることができる。
【００８２】
予め、駆動量と変位量ｄ（例えば、レーザ変位計を用いて測定する。）の関係を求めておけば、駆動量を検出することができる。また、予め、変位量ｄ（例えば、レーザ変位計を用いて測定する。）とＣ１又は／及びＣ２（静電容量計を用いて測定する。）との関係を用いて、求めておけば、駆動用高分子アクチュエータの駆動による変位を、Ｃ１又は／及びＣ２の変化として静電容量計で測定することによって、変位量ｄ、駆動量を検出することができる。
【００８３】
なお、駆動用高分子アクチュエータの使用用途や駆動量に応じて、ギヤ（軽量の歯車）等を介して、駆動用高分子アクチュエータの駆動量よりも可動電極板３３の移動量を大きくしたり小さくしたりすることもできる。
【００８４】
以上のようにして、駆動用高分子アクチュエータの駆動により生じる変形を変位量として、任意の時点で電気的に検出することができ、駆動用高分子アクチュエータの変形の時間変化も正確に検出することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態における駆動用高分子アクチュエータ１０ａを使用する駆動系に付いては、第４の実施の形態において後述する。
【００８６】
第２の実施の形態
図２、図３は、本発明の第２の実施の形態における、駆動による変形量を、光学手段によって検出可能とする高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【００８７】
図２、図３に示すように、駆動力を発生させる駆動用高分子アクチュエータ１０ａに、駆動用高分子アクチュエータに生じた変形を検出する検出手段として、駆動によって生じた変形を光学的に検出するための光ファイバ３８が設けられ、駆動による変形量を受光素子アレイ３９によって検出可能とする高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【００８８】
図２（Ａ）に示すように、イオン導電性高分子層１５の内部、又は、図示しない絶縁層を介して電極層１６ａ、１６ｂの何れかの面に、光ファイバ３８を設け、駆動用高分子アクチュエータに光ファイバ３８を保持させておき、光ファイバ３８の一端からレーザ光を照射して、他端から出射するレーザ光を平板状の受光素子アレイ（受光ダイオードアレイ）３９によって検出する。光ファイバ３８を電極層１６ａ、１６ｂの何れかの面に設ける構成は、イオン導電性高分子層１５の内部に設ける構成よりも単純にすることができる。
【００８９】
受光素子アレイ３９としては、例えば、ＰＮフォトダイオードアレイ、ＰＩＮフォトダイオードアレイ、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）アレイを使用することができる。受光素子アレイ３９は、受光素子の１次元アレイ又は２次元アレイである。
【００９０】
図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、ＳＷ１がオンとされ、駆動用高分子アクチュエータが駆動し変形を生じた場合には、駆動用高分子アクチュエータの駆動に伴いレーザ光の方向が変化して、検出されるレーザ光の受光素子アレイ３９における素子位置は変化する。従って、駆動用高分子アクチュエータの駆動によってレーザ光の検出位置が変化するため駆動状態を検知することができる。
【００９１】
なお、図２（Ａ）に示す例では、駆動用高分子アクチュエータ１０ａと受光素子アレイ３９とが直交するように構成されているが、後述する図３（Ａ）に示すように、駆動用高分子アクチュエータ１０ａと受光素子アレイ３９とが直交しない構成としてもよい。
【００９２】
図２（Ａ）に示す例では、駆動用高分子アクチュエータに略平行に光ファイバ３８を設け、駆動用高分子アクチュエータに略垂直に受光素子アレイ３９を設けているが、図２において、図３に示すように、駆動用高分子アクチュエータと交差するように光ファイバ３８を設け、駆動用高分子アクチュエータと交差するように受光素子アレイ３９を設ける構成としても、図２に示す例と同様にして、駆動用高分子アクチュエータの駆動によってレーザ光の検出位置が変化するため駆動状態を検知することができる。
【００９３】
なお、予め、駆動用高分子アクチュエータの駆動によって生じる変位量（例えば、レーザ変位計を用いて測定する。）と、その駆動において検出されるレーザ光の受光素子アレイ３９における検出素子の位置との関係を求めておけば、駆動によって生じる変位量が容易に検出されることになる。
【００９４】
第１の実施の形態と同様に、駆動用高分子アクチュエータの駆動により生じる変形を変位量として、任意の時点で光学的及び電気的に検出することができ、駆動用高分子アクチュエータの変形の時間変化も正確に検出することができる。
【００９５】
なお、本実施の形態における駆動用高分子アクチュエータ１０ａを使用する駆動系に付いては、第４の実施の形態において後述する。
【００９６】
第３の実施の形態
図４は、本発明の第３の実施の形態における、駆動による変形量を、起電力によって検出し、駆動量を制御可能とする高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【００９７】
図４に示すように、駆動力を発生させる駆動用高分子アクチュエータ１０ａに、駆動用高分子アクチュエータに生じた変形を検出する検出手段として、駆動による変形によって生じた起電力を測定するための検出用高分子アクチュエータ３０ａが接続されている。高分子アクチュエータは、駆動用高分子アクチュエータ、検出用高分子アクチュエータから構成されている。
【００９８】
図５、図６は、本発明の第３の実施の形態における、高分子アクチュエータの特性を説明する図であり、図５は、変形量と起電力との関係を示す測定結果の例、図６は、図４に示す高分子アクチュエータの動作状態と印加電圧と起電力の関係を示す測定結果の例である。
【００９９】
高分子アクチュエータが外力による変形を受けた場合に、この変形を受けた高分子アクチュエータに起電力が発生していれば、この高分子アクチュエータは、変形量を検出するセンサとしての用途をもつことになる。以下、高分子アクチュエータが外力による変形を受けた場合に、発生する起電力の測定とその結果について説明する。
【０１００】
測定に使用した試験用高分子アクチュエータを次の手順（１）〜（７）によって作製した。
（１）イオン導電性高分子層（膜）として、厚さ１２７μｍのフッ素樹脂系イオン導電性高分子膜（デュポン社製、Ｎａｆｉｏｎ（Ｎ−１１５））を使用した。
（２）イオン導電性樹脂として上記Ｎａｆｉｏｎ、カーボン粉末としてケッチェンブラック（ＫＢ−ＥＣ３００（ケッチェン・ブラック・インターナショナル社製の型番））をそれぞれ使用し、重量比１：２でカーボン粉末とイオン導電性樹脂とを、有機溶媒（純水５０％、エタノール５０％）に溶解し分散させて、固形分重量濃度を５ｗｔ％とした塗料を作製した。
（３）上記の塗料中にイオン導電性高分子膜をディッピングし塗料を塗布して塗膜を形成し、次に、この塗膜を大気中で乾燥させた。この操作、即ち、塗膜の形成と乾燥を行う操作を２４回繰り返して、電極層を厚さ３０μｍのカーボン電極層として、イオン導電性高分子膜の両面に形成した後、洗浄処理を行った。このようにして、カーボン電極層とイオン導電性高分子膜（層）とからなる積層体が得られる。
（４）上記の積層体を、６５℃、０．１ＭのＬｉＯＨ溶液中に２時間浸漬して、陽イオンをＬｉ+に置換した後、洗浄処理を行った。
（５）積層体の端部を切り落とし後、積層体から幅２ｍｍ、長さ３０ｍｍの短冊を切り出す。
（６）上記の短冊形状をもった積層体の両面のカーボン電極層面に、Ａｕ（金）をスパッタリングして、金薄膜を形成した。次に、この両面の金薄膜上にリード線を短冊の一端近傍で接続した。
（７）リード線が形成された積層体の外面を、可撓性のある樹脂を用いて被覆して、封止された試験用高分子アクチュエータを作成した。ここでは、可撓性のある樹脂として、デュラシール（ディバーシファイド・バイオテック社製）フィルムを用いて、厚さ３０μｍの被覆層を形成した。
【０１０１】
以上のようにして作製された試験用高分子アクチュエータを用いて、これに外力を付与し変形を生じさせ、変位量と起電力（試験用高分子アクチュエータの両面に形成された電極層の間の電位）とを同時に測定した。
【０１０２】
試験用高分子アクチュエータを、リード線が接続された一端近傍（固定端）で固定用冶具によって挟みつつけた状態で、固定冶具を除振台上に固定した。両面に接続されたリード線を、起電力を検出するためのディジタルマルチメータ（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製Ｒ６５５２）に接続した。試験用高分子アクチュエータの変位量を検出するためのレーザ変位計も同様に上記の除振台上に固定した。固定された部位を除いた試験用高分子アクチュエータの長手方向の中点位置における変位量を、レーザ変位計によって検出する配置とした。
【０１０３】
図４（Ｂ）に示す例では、高分子アクチュエータ１０ｂがその駆動によって変形して、この変形に伴う力が外力として検出用高分子アクチュエータ３０ｂに印加されるが、この検出用高分子アクチュエータ３０ｂに印加される外力に相当する力を、外力として試験用高分子アクチュエータの固定端と反対側の自由端に印加して、これによって生じる試験用高分子アクチュエータにおける、変位量、及び、起電力を同時に測定する。印加する外力は任意の方法で、時間的に変化させて印加することができる。上記の変位量、起電力はそれぞれ、レーザ変位計の出力端、ディジタルマルチメータの出力端から、サンプリング間隔１ｍｓで収集して、コンピュータのメモリに記憶させた。
【０１０４】
図５に示した測定結果の例では、横軸を、外力を印加して約１５ｍｓの間保持した後、この外力を取り除いてから約３０ｍｓの時点を時間０とする時間軸（ｍｓ）とし、左縦軸に変形（位）量（ｍｍ）、右縦軸に起電力（ｍＶ）を示している。図５から明らかなように、点線で示した起電力は小さな値であるが、実線で示した変形量の大きさに非常に良く１対１で対応した大きさをもった起電力が発生していることが分かる。即ち、変形量と起電力の間には、１対１の関係が成立している。
【０１０５】
以上説明した試験用高分子アクチュエータの測定結果から、この高分子アクチュエータは、外力を受けて変形すると変形の大きさに対応した起電力を発生するので、変形量を検出するセンサとして使用することができることが、明らかとなった。
【０１０６】
なお、図５に示すような結果は、図１から図３に示す何れかの構成において、ＳＷ１をオフ状態として、外力によって変位を駆動用高分子アクチュエータに与え、外力によって与えた変位の大きさを、第１の実施の形態又は第２の実施の形態による方法によって検出し、電極層１６ａ、１６ｂ間の起電力を測定することによっても、得ることができる。
【０１０７】
以上説明した、高分子アクチュエータにおける変形量と起電力の間の１対１の関係を利用し、図４（Ａ）に示すように、駆動用高分子アクチュエータ１０ａに接続部材３４を介して、検出用高分子アクチュエータ３０ａを接続し連結して、図４（Ｂ）に示すように、ＳＷ１をオン状態、ＳＷ３をオフ状態として、駆動用高分子アクチュエータ１０ａを駆動させると、この駆動に伴って変形後の検出用高分子アクチュエータ３０ｂは変形を受けて起電力Ｖを生じる。この起電力Ｖを電圧計で測定する。
【０１０８】
なお、検出用高分子アクチュエータ３０ａにおいて、イオン導電性高分子層３５は、イオン導電性高分子層１５と同じ構成としてもよいし、異なる構成としてもよく、電極層３６ａ、３６ｂは、電極層１６ａ、１６ｂと同じ構成としてもよいし、異なる構成としてもよい。即ち、検出用高分子アクチュエータ３０ａを、駆動用高分子アクチュエータ１０ａと同じ構成としてもよいし、異なる構成としてもよい。
【０１０９】
外力によって変位を与えて生じた検出用高分子アクチュエータ３０ｂの変形量（例えば、レーザ変位計を用いて測定する。）と起電力（電圧計を用いて測定する。）の関係を、予め、測定しておけば、検出用高分子アクチュエータ３０ｂに発生する起電力から変形量を容易に知ることができ、この変形量を発生させる駆動用高分子アクチュエータ１０ｂの駆動量を検出することができる。
【０１１０】
図４（Ｂ）において、検出用高分子アクチュエータ３０ｂに発生する起電力が所望の値、即ち、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂによる駆動量が所望の値に達した時に、図４（Ｃ）に示すように、ＳＷ３をオンの状態として、検出用高分子アクチュエータ３０ｂに電圧を印加する。矢印で示すように検出用高分子アクチュエータ３０ｂは駆動用高分子アクチュエータ１０ｂと反対方向に変形を生じて、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂの駆動力と、検出用高分子アクチュエータ３０ｂの駆動力とが相殺することができる。
【０１１１】
この時、検出用高分子アクチュエータ３０ｂに印加した電圧を相殺するような起電力が検出用高分子アクチュエータ３０ｂに生じないように、即ち、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂによって生じる検出用高分子アクチュエータ３０ｂの変形がないように、検出用高分子アクチュエータ３０ｂに印加する電圧を調整すれば、所望の駆動量を保持した状態で、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂ及び検出用高分子アクチュエータ３０ｂの全体を停止させることができる。
【０１１２】
検出用高分子アクチュエータ３０ａは、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動によって生じた変形を検出する検出手段であるとともに、駆動用高分子アクチュエータの駆動量を調整制御するための手段である調整用高分子アクチュエータとしての作用を有している。
【０１１３】
即ち、検出用高分子アクチュエータ３０ａは、調整用高分子アクチュエータを兼ね、第４の実施の形態において後述するように、駆動用高分子アクチュエータ１０ａとともに高分子アクチュエータの駆動制御系を構成している。
【０１１４】
図６は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示す高分子アクチュエータの動作状態と印加電圧と起電力の関係を示す測定結果の例である。
【０１１５】
アクチュエータ−１、−２はそれぞれ、駆動用高分子アクチュエータ、検出用高分子アクチュエータである。図６に示す、Ａ、Ｂ、Ｃで示す領域はそれぞれ、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示す高分子アクチュエータの動作状態に対応している。但し、Ｃで示す領域におけるアクチュエータ−２（検出用高分子アクチュエータ）の起電力は、ＳＷ３をオフとした状態で検出されたものである。
【０１１６】
なお、第４の実施の形態において後述するように、駆動用高分子アクチュエータ、検出用高分子アクチュエータに加え、駆動用高分子アクチュエータの駆動量を調整制御するための調整用高分子アクチュエータを連結して高分子アクチュエータの駆動制御系を構成することも可能である。また、必要に応じて、これら３つの高分子アクチュエータに接続される駆動力伝達部材を設置してもよい。
【０１１７】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に、駆動用高分子アクチュエータの駆動により生じる変形を変位量として、任意の時点で検出用高分子アクチュエータに生じる起電力の検出によって、検出することができ、駆動用高分子アクチュエータの変形の時間変化も正確に検出することができる。
【０１１８】
第４の実施の形態
図７、図８、図９、図１０は、本発明の第４の実施の形態における、高分子アクチュエータの駆動制御系を説明する、断面図を含むブロック図であり、図７は、駆動部に電圧が印加されていない状態、図８は、駆動部に電圧が印加された状態を示す図であり、図９は、高分子アクチュエータの駆動の制御を説明する図であり、図１０は、高分子アクチュエータの駆動制御方法を説明する図である。
【０１１９】
本実施の形態の高分子アクチュエータの駆動制御系は、駆動力を発生させる駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、駆動用高分子アクチュエータ１０ａに生じた変形を検出する検出手段、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、検出手段によって検出された変形量データの取得を行う変位検出部５２、調整用高分子アクチュエータ２０ａの制御を行う駆動調整制御部５３、変位検出部５２及び駆動調整制御部５３の制御を行う主制御部５１から構成されている。
【０１２０】
駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動によって生じた変形量は検出手段によって検出され、この検出された変形量に基づいて、調整用高分子アクチュエータ２０ａは、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの変形とは逆方向に変形を生じさせるように駆動され、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動によって生じた変形量が調整制御される。
【０１２１】
また、第３の実施の形態で説明したように、検出用高分子アクチュエータ３０ａが調整用高分子アクチュエータを兼用し、駆動用高分子アクチュエータ１０ａとともに高分子アクチュエータの駆動制御系を構成することもできる。即ち、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、調整用高分子アクチュエータ２０ａによって、高分子アクチュエータの駆動制御系を構成することもできる（高分子アクチュエータは、駆動用高分子アクチュエータ、調整用高分子アクチュエータから構成されている。）。
【０１２２】
検出手段は、例えば、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動によって生じた変形による静電容量の変化を検出するための静電容量の測定用の電極を保持させた検出用高分子アクチュエータ３０ａ（第１の実施の形態、図１、図７（Ｂ））、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動によって生じた変形を光学的に検出するための光ファイバ３８を保持させた検出用高分子アクチュエータ３０ａ（第２の実施の形態、図２、図３、図７（Ｃ））、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動による変形によって生じた起電力を測定するための検出用高分子アクチュエータ３０ａ（第３の実施の形態、図４、図５、図７（Ｃ））である。
【０１２３】
なお、調整用高分子アクチュエータ２０ａにおいて、イオン導電性高分子層２５は、イオン導電性高分子層３５、イオン導電性高分子層１５と同じ構成としてもよいし、異なる構成としてもよく、電極層２６ａ、２６ｂは、電極層３６ａ、３６ｂ、電極層１６ａ、１６ｂと同じ構成としてもよいし、異なる構成としてもよい。即ち、調整用高分子アクチュエータ２０ａを、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、駆動用高分子アクチュエータ１０ａと同じ構成としてもよいし、異なる構成としてもよい。
【０１２４】
図７は、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオフの状態とし、駆動用高分子アクチュエータ１０ａが駆動していない、静止状態を示している。
【０１２５】
駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、検出用高分子アクチュエータ３０ａはそれぞれ、接続部材３４を介して駆動力伝達部材５０（駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動によって変形し発生する駆動力を、駆動力伝達部材５０の先端部又はその近傍に保持されている被駆動体（図７、図８、図９では図示せず。）である部品又は装置へと伝達する。）に接続されている。この部品又は装置は、図７に示す例では、ｙ方向に駆動される。
【０１２６】
駆動用高分子アクチュエータ１０ａによる駆動力は、接続部材３４を介して駆動力伝達部材５０に伝達される。検出用高分子アクチュエータ３０ａは、上記の駆動力を受けた駆動力伝達部材５０の駆動を接続部材３４を介して受ける結果、変形を生じ変位を生じる。調整用高分子アクチュエータ２０ａによる駆動力は、接続部材３４、駆動力伝達部材５０、接続部材３４を介して、駆動用高分子アクチュエータ１０ａに伝達される。
【０１２７】
図７（Ａ）において、点線で囲む変形検出部の部分は、図７（Ｂ）の構成（第１の実施の形態の構成と同じである。）、図７（Ｃ）の構成（第２の実施の形態の構成と同じである。）、図７（Ｄ）の構成（第３の実施の形態の構成における検出用高分子アクチュエータと同じである。）を示しており、変位検出部５２は、検出手段である検出用高分子アクチュエータ３０ａを含み、検出手段によって検出された変形量データの取得を行う。
【０１２８】
変位検出部５２の検出用高分子アクチュエータ３０ａは、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動によって生じた変形量を、変位量として検出し、検出された変位量は、点線で囲む駆動調整部の駆動調整制御部５３に伝送され、駆動調整制御部５３は検出された変位量に基づいて、調整用高分子アクチュエータ２０ａの駆動（ＳＷ２のオンオフ及び印加電圧の制御）を制御する。
【０１２９】
高分子アクチュエータは、主制御部５１によって制御され、主制御部５１は、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動（ＳＷ１のオンオフ及び印加電圧の制御）の制御を行うとともに、点線で囲む駆動部、変形検出、駆動調整部との間での信号のやりとりを行う。
【０１３０】
主制御部５１の駆動開始制御信号によって駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動が開始すると、主制御部５１は、駆動調整制御部５３に対して、ＳＷ２をオフ状態とするための制御信号を伝送し、また、変位検出部５２に対して、ＳＷ３をオフ状態とするための制御信号、変位検出開始信号等を伝送する。
【０１３１】
主制御部５１からの変位検出開始信号によって、変位検出部５２は、主制御部５１によって指定された所定の時間間隔で、検出手段によって検出された変形量データの取得を開始し、取得された変位量を主制御部５１によって指定されたタイミングで駆動調整制御部５３に伝送する。変位量の伝送を変位検出部５２から受けた駆動調整制御部５３は、この変位量を主制御部５１に伝送する。変位量の伝送を駆動調整制御部５３から受けた主制御部５１は、予め指定されている所定の判定条件に従って、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動の制御、及び、調整用高分子アクチュエータ２０ａの駆動の制御を行う。
【０１３２】
図８は、図７において、主制御部５１の制御によって、ＳＷ１をオンとした状態、ＳＷ２、ＳＷ３をオフとした状態を示し、高分子アクチュエータの駆動の状態を示す。
【０１３３】
駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂの駆動による変形によって生じる駆動力は、接続部材３４を介して駆動力伝達部材５０に伝達され、駆動力伝達部材５０は矢印の方向に駆動される。
【０１３４】
駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂの駆動による変形によって生じる変形（変位）量は、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）の少なくとも何れか１つによって、検出される。
【０１３５】
図９（Ａ）は、図７において、主制御部５１の制御によって、ＳＷ１をオンの状態を保持続行し、ＳＷ２をオンとした状態、ＳＷ３をオフに保持続行した状態を示し、変位量の検出を続行した状態で、調整用高分子アクチュエータ２０ａを駆動させ、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂの駆動を調整する状態を示している。
【０１３６】
即ち、変位量を変位検出部５２によって検出し続けながら、これに平行して駆動用高分子アクチュエータ１０ｂの駆動を調整する状態を示している。
【０１３７】
検出された変位量が所望の必要とする値に達した場合、即ち、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂによる駆動量が必要とする値に達した場合、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂの駆動により生じる変形と逆方向の変形を生じるように、図９（Ａ）に示すように電圧を印加して調整用高分子アクチュエータ２０ａを駆動させ、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂの駆動力と逆方向に駆動力を発生させることによって、駆動力伝達部材５０を矢印の方向に駆動させ、駆動用高分子アクチュエータ１０ｂによって駆動位置を制御することができる。
【０１３８】
図９（Ｂ）は、高分子アクチュエータによる駆動系を説明する図であり、駆動用高分子アクチュエータ、調整用高分子アクチュエータ、検出用高分子アクチュエータと駆動力伝達部材５０との、接続部材３４による接続部分を説明する斜視図である。
【０１３９】
以下、本発明の各実施の形態における、駆動用高分子アクチュエータ、調整用高分子アクチュエータ、検出用高分子アクチュエータと駆動力伝達部材５０との、接続部材３４による接続部分の例について説明する。
【０１４０】
先述した第１の実施の形態（図１）、第２の実施の形態（図２、図３）、第３の実施の形態（図４）、第４の実施の形態（図７、図８、図９（Ａ））、及び、後述する第５の実施の形態（図１１）では、簡略のために、図９（Ｂ）に示す接続部材３４を簡略化して図示し、図９（Ｂ）に示す駆動力伝達部材５０の図示も省略している。
【０１４１】
第１及び第２の実施の形態では、例えば、図９（Ｂ３）に示す検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃに代えて、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの自由端は、駆動力伝達部材５０に接続され凹部を備えた接続部材３４の凹部内部に挿入されている。駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの変形によって生じた駆動力は、接続部材３４を介して、駆動力伝達部材５０によって、部品又は装置等の被駆動体（図示せず。駆動力伝達部材５０の先端部又はその近傍に保持されている。）に伝達され、被駆動体が駆動される。
【０１４２】
また、第３の実施の形態、第４及び第５の実施の形態では、図９（Ｂ２）に示すように、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、及び、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの自由端は、駆動力伝達部材５０に接続され凹部を備えた接続部材３４の凹部内部に挿入されている。
【０１４３】
なお、第３の実施の形態では、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃが調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを兼用し、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃとともに高分子アクチュエータの駆動制御系を構成している。
【０１４４】
駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの変形によって生じた駆動力は、接続部材３４を介して、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの自由端に伝達されるとともに、接続部材３４を介して駆動力伝達部材５０によって、部品又は装置等の被駆動体に伝達され、被駆動体が駆動される。
【０１４５】
このようにして、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの自由端を接続部材３４の凹部内部に挿入することによって、それらの曲げ変形が可能なように、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、接続部材３４を介して、駆動力伝達部材５０に緩やかに接続している。
【０１４６】
また、実施の形態４において、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの自由端は、例えば、図９（Ｂ３）に示すように、駆動力伝達部材５０に接続され凹部を備えた接続部材３４の凹部内部に挿入されている。駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの変形によって生じた駆動力は、接続部材３４を介して駆動力伝達部材５０によって、部品又は装置等の被駆動体に伝達され、被駆動体が駆動されるとともに、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの自由端に伝達される。検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの駆動によって受けた変形を変位量として検出する。
【０１４７】
このようにして、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの自由端を接続部材３４の凹部内部に挿入することによって、曲げ変形が可能なように緩やかに、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを、接続部材３４を介して、駆動力伝達部材５０に緩やかに接続している。
【０１４８】
なお、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの変形によって生じた駆動力の、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及び、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃへの伝達の方法は、図９（Ｂ）に示した、接続部材３４、駆動力伝達部材５０を使用する方法に限定されるものではなく、例えば、ギヤを介した伝達でもよく、駆動力を効率よく伝達できるものであれば、任意の伝達機構を使用することができる。
【０１４９】
なお、高分子アクチュエータの上記の自由端に対向する側を固定端というが、本発明の各実施の形態では、この固定端は、所定の部位に固定されており、高分子アクチュエータの曲げ変形の際には固定点となっている。
【０１５０】
図７、図８、図９を参照しながら、以下、図１０により高分子アクチュエータの駆動制御方法の例を詳細に説明する。高分子アクチュエータの駆動制御は、駆動部の主制御部５１によって行われ、主制御部５１は、駆動調整制御部５３、駆動によって生じる変形（変位）量の検出を行う変形検出部５２の制御を行う。
【０１５１】
Ｓ１：高分子アクチュエータの初期状態の設定。
【０１５２】
駆動用高分子アクチュエータの駆動用スイッチＳＷ１、調整用高分子アクチュエータの駆動用スイッチＳＷ２、検出用高分子アクチュエータの駆動用スイッチＳＷ３をそれぞれ、オフ状態として、変形前の駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、変形前の調整用高分子アクチュエータ２０ａ、変形前の検出用高分子アクチュエータ３０ａとする。
【０１５３】
ここでは、図７、図８、図９に示すｙ方向において、高分子アクチュエータによって被駆動体を駆動させる駆動量（目標駆動量）を（Ｌ±ε）とする。εは、駆動量の許容誤差を示し、高分子アクチュエータによる実際の駆動量が（Ｌ±ε）であれば許容する。Ｌは、主制御部５１に予め入力されている。
【０１５４】
Ｓ２：駆動用高分子アクチュエータの駆動。
【０１５５】
駆動用高分子アクチュエータの駆動用スイッチＳＷ１をオン状態として、直流電圧（駆動電圧）Ｅｄを印加して駆動用高分子アクチュエータを駆動させる。
【０１５６】
Ｓ３：検出用高分子アクチュエータによる変形（変位）量の検出。
【０１５７】
駆動用高分子アクチュエータの駆動によって生じた変形（変位）量Δを、所定の時間間隔で検出用高分子アクチュエータによって検出する。検出された変形（変位）量Δは、指定されたタイミングで駆動調整制御部５３へ伝送される。この所定の時間間隔及び指定されたタイミングは、主制御部５１に予め入力されている。
【０１５８】
Ｓ４：変形（変位）量の判定。
【０１５９】
Δ≧（Ｌ＋ε）が成立する場合、即ち、Δが（Ｌ＋ε）を超えている場合は、Ｓ５へ移る。Δ≧（Ｌ＋ε）が成立しない場合、即ち、Δが（Ｌ＋ε）に達していない場合は、駆動用高分子アクチュエータによる駆動を大きくするために、駆動電圧Ｅｄを電圧（Ｅｄ＋α）に変更して、Ｓ２へ移る。Ｅｄは、主制御部５１に予め入力されている。
【０１６０】
Ｓ５：調整用高分子アクチュエータ２０ａの駆動。
【０１６１】
調整用高分子アクチュエータの駆動用スイッチＳＷ２をオン状態として、直流電圧（駆動電圧）Ｅａを印加して調整用高分子アクチュエータを駆動させる。Δは（Ｌ＋ε）を超えているので、調整用高分子アクチュエータによる駆動方向は、駆動用高分子アクチュエータによる駆動方向とは逆方向である。Ｅａは、主制御部５１に予め入力されている。
【０１６２】
Ｓ６：検出用高分子アクチュエータによる変形（変位）量の検出。
【０１６３】
駆動用高分子アクチュエータの駆動によって生じた変形（変位）量Δを、所定の時間間隔で検出用高分子アクチュエータによって検出する。
【０１６４】
Ｓ７：変形（変位）量の判定。
【０１６５】
Δ≦（Ｌ＋ε）が成立する場合、即ち、調整用高分子アクチュエータによる駆動によって、Δが（Ｌ＋ε）に達していない場合は、Ｓ８へ移る。Δ≦（Ｌ＋ε）が成立しない場合、即ち、調整用高分子アクチュエータによる駆動によって、Δがまだ（Ｌ＋ε）を超えているので、調整用高分子アクチュエータによる逆方向への駆動を大きくするために、駆動電圧Ｅａを電圧（Ｅａ＋β）に変更して、Ｓ５へ移る。
【０１６６】
Ｓ８：変形（変位）量の判定。
【０１６７】
Δ≧（Ｌ−ε）が成立する場合、即ち、Δが（Ｌ＋ε）以下（Ｌ−ε）以上であり、許容誤差内で駆動量がＬに保持されている場合は、Ｓ９へ移る。Δ≧（Ｌ−ε）が成立しない場合、即ち、Δが（Ｌ−ε）であり目標駆動量よりも小さい場合は、駆動用高分子アクチュエータによる駆動を大きくするために、駆動電圧Ｅｄを電圧（Ｅｄ＋γ）に変更して、Ｓ２へ移る。
【０１６８】
Ｓ９：駆動量の設定変更。
【０１６９】
目標駆動量をＬから変更するタイミングである場合には、Ｌを変更して、Ｓ１又はＳ２へ移る。目標駆動量を変更するタイミングでなく駆動量を現在のＬの状態に保持持続する場合には、所定の時間だけ目標駆動量を保持した状態を続行するために、Ｓ１０に移る。
【０１７０】
Ｓ１０：駆動操作の終了。
【０１７１】
駆動操作の終了時点（主制御部５１に予め入力されている。）までは、Ｓ６に移る。
【０１７２】
なお、以上の説明で、ε、α、β、γは、予め、主制御部５１に予め入力されている正の値とする。
【０１７３】
以上説明したように、目標駆動量を所定の時間だけ保持持続して、必要に応じて、目標駆動量を次の値に変更して、次々と被駆動体を駆動させることができる。なお、被駆動物体を初期の状態に戻すには、上記のＳ１を実行すればよいことは言うまでもない。
【０１７４】
また、含水状態として動作させる必要がある高分子アクチュエータでは、その駆動は高分子アクチュエータの含水（吸水）状態、高分子アクチュエータに含まれるイオンの種類等の影響を受ける。高分子アクチュエータが駆動され所定の変形量を生じた後に、上記の含水（吸水）状態が変化すると、この変化の影響のために、一度生じた変形量が変化して、異なる変形量をもった状態の高分子アクチュエータとなってしまうことがある。
【０１７５】
このような場合でも、高分子アクチュエータの上記で説明した駆動制御方法の例では、駆動量を略一定とするように制御することができ、目標駆動量を保持した状態を所定の時間だけ続行させることができる。
【０１７６】
なお、図１０に示す高分子アクチュエータの駆動制御方法と異なる手順による駆動制御方法が、可能であることは言うまでもない。
【０１７７】
以上説明したように、本実施の形態では、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを含む駆動部、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを含む駆動構成部、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを含む変形検出部は、電気的に接続されており、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの駆動によって生じた変形は、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃに伝達され、検出用高分子アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃに生じた変形（変位）量として検出され、検出された変形（変位）量に基づいて、調整用高分子アクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの駆動が制御され、これによって、駆動用高分子アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによる駆動が調整制御される。
【０１７８】
この結果、被駆動体のｙ方向における駆動を正確に制御して実行することができる。
【０１７９】
第５の実施の形態
図１１は、本発明の第５の実施の形態における、高分子アクチュエータの応用例を説明する図である。
【０１８０】
図１１に示す構成は、図７、図８、図９において、変位検出部５２として、駆動用高分子アクチュエータ１０ａの駆動による変形によって生じた起電力を測定する検出用高分子アクチュエータ３０ａ（第３の実施の形態、図４、図５）を使用する高分子アクチュエータの駆動制御系を示しており、この駆動制御系によって、駆動力伝達部材５０を矢印の方向に駆動させて、駆動力伝達部材５０の先端部又はその近傍に保持されている被駆動体である各種の部品や装置（例えば、カメラレンズ駆動系等の光学レンズ位置調整装置、流体制御装置、ブレーキ装置、医療用カテーテルをはじめとする医用装置、ロボット部品等）が、ｙ方向に駆動を受ける。
【０１８１】
第６の実施の形態
図１２は、本発明の第６の実施の形態における、高分子アクチュエータの形状例を説明する斜視図及び断面図である。
【０１８２】
以上の説明では、図１２（Ａ）に示すように、イオン導電性高分子層４５が平板（短冊）状をなし、高分子アクチュエータの長手方向（ｚ方向）に垂直な断面（ｘｙ面に平行な面）が薄型の矩形（短冊）である高分子アクチュエータを示したが、図１２（Ｂ）に示すように、イオン導電性高分子層４５が角柱型をなし、高分子アクチュエータの長手方向に垂直な断面が矩形又は正方形である高分子アクチュエータも製造可能であり、イオン導電性高分子層４の対向する側面に、カーボン電極層４６ａ、４６ｂ、及び、カーボン電極層４６ｃ、４６ｄがそれぞれ形成される。これらの電極層は、カーボン電極層に限定されるものではなく、公知の手法によって形成してもよい。
【０１８３】
また、図１２（Ｂ）に示すように、角柱型のイオン導電性高分子層４５を、円柱型に置き換えて、高分子アクチュエータの長手方向に垂直な断面が円形である高分子アクチュエータも製造可能であることは言うまでもない。
【０１８４】
図１２（Ａ）に示す高分子アクチュエータはｙ方向に変形し駆動力を発生させることができるが、図１２（Ｂ）に示す高分子アクチュエータは、ｘ方向及びｙ方向にそれぞれ、変形し駆動力を発生させることができる。ｘ方向及びｙ方向における駆動力を同時に発生させることも、ｘ方向及びｙ方向における駆動力をそれぞれ、異なるタイミングで発生させることもできる。従って、ｘ方向及びｙ方向での駆動を、同時に、或いは、異なるタイミングで実行することができる。更に、これらのｘ方向及びｙ方向の駆動系に、ｘ方向及びｙ方向に垂直なｚ方向における駆動系を組み合わせることによって、３次元方向の駆動を可能とすることもできる。
【０１８５】
以上の実施の形態の説明では、アクチュエータ本体として、電圧印加によりイオンが移動して変形するイオン導電性高分子を例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）のような高分子フィルム、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電セラミックスも使用可能であり、バイモルフ型圧電アクチュエータを使用することもでき、曲げ変形を生じるアクチュエータを構成することができる。
【０１８６】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、高分子アクチュエータを構成する各部の材質、厚さ、大きさ寸法等は、高分子アクチュエータの使用用途に合致するように、その性能を満たすように必要に応じて任意に適切に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】
以上説明したように、本発明によれば、医療機器、産業用ロボット、マイクロマシン等の分野において、好適に駆動量を制御することができる高分子アクチュエータ及びその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における、高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【図２】同上、第２の実施の形態における、高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【図３】同上、第２の実施の形態における、高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【図４】同上、第３の実施の形態における、高分子アクチュエータを説明する断面図である。
【図５】同上、第３の実施の形態における、高分子アクチュエータの特性を説明する図である。
【図６】同上、第３の実施の形態における、高分子アクチュエータの特性を説明する図である。
【図７】同上、第４の実施の形態における、高分子アクチュエータを説明する図である。
【図８】同上、第４の実施の形態における、高分子アクチュエータを説明する図である。
【図９】同上、第４の実施の形態における、高分子アクチュエータを説明する図である。
【図１０】同上、第４の実施の形態における、高分子アクチュエータの制御方法を説明する図である。
【図１１】同上、第５の実施の形態における、高分子アクチュエータの応用を説明する図である。
【図１２】同上、第６の実施の形態における、高分子アクチュエータの形状例を説明する図である。
【図１３】従来技術における、アクチュエータ素子の電圧無印加状態、電圧印加状態の概要断面図である。
【図１４】同上、アクチュエータ素子の変位測定装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【０１８９】
１０ａ…変形前の駆動用高分子アクチュエータ、
１０ｂ、１０ｃ…変形後の駆動用高分子アクチュエータ、
１５、２５、３５、４５…イオン導電性高分子層、
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ…電極層、
２０ａ…変形前の調整用高分子アクチュエータ、
２０ｂ、２０ｃ…変形後の調整用高分子アクチュエータ、
３０ａ…変形前の検出用高分子アクチュエータ、
３０ｂ、３０ｃ…変形後の検出用高分子アクチュエータ、３１、３２…固定電極板、
３３…可動電極板、３４…接続部材、３７…絶縁層、３８…光ファイバ、
３９…受光素子アレイ、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ…電極層、
５０…駆動力伝達部材、５１…主制御部、５２…変位検出部、５３…駆動調整制御部
【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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