(57)【要約】【課題】複雑な外部結線なしに、単一電源からの単一結線で、単一又は複数のストリップを、部分的に異なる曲率半径を有する任意の形状に繰り返し作動させることができ、かつ作動状態を十分大きな信号出力で検出でき、端部で収縮力及び／又は伸長力を発生するように繰り返し作動させることができるトランスデューサと、その内部結線を電極形成プロセスの一部として形成することができる製造方法を提供する。【解決手段】両面に電極ａを備え電極間に電圧を印加することにより屈曲し、かつ外力で屈曲させることにより電極間に電圧又は電流が発生する可撓性の細長いストリップｂからなる。ストリップｂは、両面の電極を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部ｃと、分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部ｄとを有し、これにより、ストリップｂを電極が独立し表裏を交互に接続した複数のセグメントｅに区分する。【選択図】図２０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に電極を備え該電極間に電圧を印加することにより屈曲し、かつ外力で屈曲させることにより前記電極間に電圧又は電流が発生する可撓性の細長いストリップからなり、
該ストリップは、両面の電極を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部と、該分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部とを有し、
これにより、ストリップを電極が独立し表裏を交互に接続した複数のセグメントに区分する、ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項２】
前記第１電極分離部は、ストリップの表と裏の電極が、これと隣接するストリップの裏と表の電極と部分的に重なるように設けられており、
前記リバース接続部は、前記部分的に重なる位置に設けられ表裏を貫通して接続する貫通接続である、ことを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記ストリップは、両面の電極を絶縁可能な間隔で幅方向に分離する第２電極分離部を有し、該第２電極分離部で分割された電極の幅は、ストリップの各部分が所定の電圧で所定の曲率半径に屈曲するように設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
両面に電極を備え該電極間に電圧を印加することにより屈曲し、かつ外力で屈曲させることにより前記電極間に電圧又は電流が発生する可撓性の細長いストリップからなり、
該ストリップは、両面の電極を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部と、該分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部とを有し、
前記第１電極分離部の位置とこれで区分されるストリップの複数のセグメントは、単一電源からの同一の電圧で、長手方向に交互に逆電圧が印加され、その一端が他端に対し直線状に伸縮するように設定されている、ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項５】
複数のストリップが互いに平行に配置され、単一電源からの同一の電圧によりそれらの中心線又は中間面に対して互いに対称に屈曲し、全体として軸方向に伸縮する、ことを特徴とする請求項４に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
複数のストリップが直列及び並列に連結されている、ことを特徴とする請求項４に記載のトランスデューサ。
【請求項７】
複数のスリットを有する単一のシート状ストリップからなり、平行な複数のストリップ配列を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のトランスデューサ。
【請求項８】
円筒状又は螺旋状に巻かれた前記単一のシート状ストリップからなる、ことを特徴とする請求項７に記載のトランスデューサ。
【請求項９】
電気的活性材料を電極が独立する複数のセグメントに仮想的に区分し、
該セグメントの端部に、表と裏の電極が、これと隣接するセグメントの裏と表の電極と部分的に重なるように重複部分を仮想的に設定し、
前記重複部分に表裏を貫通又は近接するように、穴、溝、又は凹みを設け、
次いで、電気的活性材料の両面と穴、溝、又は凹みの内面にメッキ又は拡散により電極を形成して、穴、溝、又は凹みで両面の電極を電気的に接続し、
次いで、両面の電極を絶縁可能な間隔で複数のセグメントに長手方向に分離する、ことを特徴とするトランスデューサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な外部結線なしに、単一電源を用いた単一電圧で作動可能でありかつ作動状態を検出できるトランスデューサとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願において、「トランスデューサ」とは、電気信号により変形して外部に力を及ぼすアクチュエータ、外力による変形により電気的エネルギーを発生するジェネレータ、及び外力による変形により外力の大きさ及び速度を検出するセンサのすべてを意味する。
【０００３】
近年、医療、福祉、ロボット、エンターテイメント産業などの様々な分野で、生物的な柔らかい動きができるトランスデューサが着目されている。例えば、トランスデューサを高分子で形成したものが特許文献１〜３に開示されている。
【０００４】
現在、実用化が進んでいるトランスデューサ材料のひとつとして、イオン導電性高分子膜（Ｉｏｎｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  ｇｅｌ  Ｆｉｌｍ：ＩＣＰＦ）が知られている。このイオン導電性高分子膜は、イオン導電性高分子膜の両面に電極を備えたものであり、イオン導電性高分子金属複合体（Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：ＩＰＭＣ）とも呼ばれる。以下これをＩＰＭＣ膜（又はＩＣＰＦ膜）と呼ぶ。
【０００５】
ＩＰＭＣ膜は、電極間に電圧を加えたときに、高分子内のイオンが膜厚方向に移動し、これに伴い樹脂内の溶媒が膜厚方向に移動し、その結果、膜の一方の面が伸び他方の面が縮むことにより、屈曲する特性を有する。この屈曲運動の応答特性は、低電圧駆動（３Ｖ以下）で応答速度が比較的速く（例えば１０ｍｓ）、変形も大きい。また、機械的、熱的、化学的耐久性にも優れていることが知られている。
【０００６】
上述したＩＰＭＣ膜の屈曲運動を利用した高分子アクチュエータとして、例えば、非特許文献１、２が既に提案されている。
【０００７】
非特許文献１のアクチュエータは、図１に示すように、一端が固定され互いに平行に延びる２枚のＩＣＰＦ膜とその先端を結ぶ電極のないＰＦＳＦ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）からなり、２枚のＩＣＰＦ膜に位相の異なる電圧をサイン波で印加し、ＰＦＳＦの中間点Ａを楕円運動させ、この点Ａに接触する対象物を摩擦力で直線駆動又は回転駆動するものである。
【０００８】
非特許文献２のアクチュエータは、図２に示すように、２枚のＩＰＭＣ膜の中間を可撓性材料（例えばセロハン）で連結して直線状に構成し、その２対（４枚）を互いにほぼ平行に配置し、その両端部を１対の連結部材で連結したものである。各ＩＰＭＣ膜の外側を＋極にして電場を加えることによりそれぞれの膜が外側に屈曲し、中間部がフリージョイントの役割を果たし、全長が収縮するようになっている。従ってこの収縮運動を利用して対象物を直線運動や振子運動させることができる。
【０００９】
【非特許文献１】Ｓ．ＴＡＤＯＫＯＲＯ，ｅｔ  ａｌ．，“Ａｎ  Ｅｌｌｉｐｔｉｃ  Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｄｒｉｖｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ＩＣＰＦ  Ａｃｔｕａｔｏｒ”，  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，１９９６．
【非特許文献２】釜道紀浩、他、「イオン導電性高分子を用いた直動人工筋アクチュエータの開発--−歩行ロボットへの応用を目指して−」、日本ロボット学会創立２０周年記念学術講演会、Ｏｃｔ．２００２．
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−００６９９１号公報、「アクチュエータ素子」
【特許文献２】特開２００５−１７６４２８号公報、「アクチュエータ素子」
【特許文献３】特開２００５−３２３４８２号公報、「アクチュエータ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３は、ＩＰＭＣ膜の屈曲運動を利用した従来のトランスデューサを示す図である。このトランスデューサは、１枚の細長いＩＰＭＣ膜からなり、その一端が左端で回転しないように固定されている。以下、細長いＩＰＭＣ膜のように電極間にスイッチ３を介して電圧を加えたときに屈曲する特性を有する可撓性のある部材を単に「ストリップ」と呼ぶ。
この図においてストリップ１は休止状態であり、電源４からの電圧の印加で形状２に曲がる。
【００１２】
ストリップ１は、電圧の印加により中心点Ｃと半径Ｒを有する一定の曲率半径の円弧２に曲がり、アクチュエータとして機能する。またこのストリップ１は、外力を受けて変形すると、その変形量に比例する電圧又は電流が電極間に発生することから、ジェネレータ及びセンサとしても機能する。
【００１３】
図３のトランスデューサは、電源４からの電圧を変化させて、ストリップ１全体を中心点Ｃの半径Ｒの曲率半径の円弧に変化させることはできるが、ストリップ１の一部のみを他の部分と異なる曲率半径に曲げることができない。
【００１４】
そこで図３に示した単一ストリップのトランスデューサを、部分的に異なる曲率半径に曲げるため、すなわち、曲率半径が一定でない作動形状を達成する１つの手段として、図４に示すように電気的に分離したＩＰＭＣ膜（ストリップ）を用いる。
【００１５】
以下、電極を分割することを「セグメント化」と呼び、分割されたストリップの各部分を「セグメント」と呼ぶ。この場合、電極以外の高分子部材は一体のままである。
【００１６】
図４において、１１はＩＰＭＣ膜のような単一のストリップであり、電極１２は２つの部分に電極分離部１３で電気的に分割（セグメント化）されている。このストリップ１１は、ＩＰＭＣ膜以外の高分子部材、例えば誘電性アクチュエータの表面の電極材料が分割されたものでもよい。
なおストリップ１１の電極間の高分子部材自体は分割されず、一体のままである。従って、各セグメント間は高分子部材自体で強固に機械的に結合されている。
【００１７】
図５は、単一ストリップのトランスデューサ１４を、部分的に異なる曲率半径に曲げるため、６つのセグメントに電圧を印加するための配線図である。この図に示すように、複数（この例では６つ）のセグメントの電極にそれぞれ電圧を印加するためには、複数の電源と複雑な外部結線が必要となる。
【００１８】
図６は、部分的に異なる曲率半径を有するような複雑形状を得るために、トランスデューサを予め所定の形状に成形する従来手段を例示している。この手段では、ストリップ１１の各部分が、電圧の印加により同じ方向に曲がるという制約を受ける。そのため、図６Ａのように成形形状が左右で反対の曲率半径を持っている場合、電圧を印加すると、図６Ｂ，図６Ｃのように一方は広がり、他方は閉じる。従って、この手段によっても、ストリップ１１を任意の形状に作動させることはできない。また、ストリップ１１の各部分を単一電源で、反対の曲率半径に曲げることはできない。
【００１９】
また、ストリップ１１をセンサとして用いる場合、上述した従来のトランスデューサは、単純な屈曲のみしか検出できない。そのため、複雑な形状、例えばＳ字形状に曲がる場合、反対の曲率半径を有する部分で発生する電圧又は電流は、極性が反対であり、互いにキャンセルしあって発生する電気信号が計測できないほどに小さくなってしまう問題点があった。
【００２０】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、複雑な外部結線なしに、単一電源からの単一結線で、単一又は複数のストリップを、部分的に異なる曲率半径を有する任意の形状に繰り返し作動させることができ、かつ作動状態を十分大きな信号出力で検出できるトランスデューサを提供することにある。
【００２１】
また、本発明の第２の目的は、複雑な外部結線なしに、単一電源からの単一結線で、単一又は複数のストリップを、端部で収縮力及び／又は伸長力を発生するように繰り返し作動させることができるトランスデューサを提供することにある。
【００２２】
さらに、本発明の第３の目的は、上述したトランスデューサの内部結線を電極形成プロセスの一部として形成することができ製造工程と製造時間を短縮することができるトランスデューサとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明によれば、両面に電極を備え該電極間に電圧を印加することにより屈曲し、かつ外力で屈曲させることにより前記電極間に電圧又は電流が発生する可撓性の細長いストリップからなり、
該ストリップは、両面の電極を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部と、該分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部とを有し、
これにより、ストリップを電極が独立し表裏を交互に接続した複数のセグメントに区分する、ことを特徴とするトランスデューサが提供される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記第１電極分離部は、ストリップの表と裏の電極が、これと隣接するストリップの裏と表の電極と部分的に重なるように設けられており、
前記リバース接続部は、前記部分的に重なる位置に設けられ表裏を貫通して接続する貫通接続である。
【００２５】
また、前記ストリップは、両面の電極を絶縁可能な間隔で幅方向に分離する第２電極分離部を有し、該第２電極分離部で分割された電極の幅は、ストリップの各部分が所定の電圧で所定の曲率半径に屈曲するように設定されている。
【００２６】
また、本発明によれば、両面に電極を備え該電極間に電圧を印加することにより屈曲し、かつ外力で屈曲させることにより前記電極間に電圧又は電流が発生する可撓性の細長いストリップからなり、
該ストリップは、両面の電極を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部と、該分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部とを有し、
前記第１電極分離部の位置とこれで区分されるストリップの複数のセグメントは、単一電源からの同一の電圧で、長手方向に交互に逆電圧が印加され、その一端が他端に対し直線状に伸縮するように設定されている、ことを特徴とするトランスデューサが提供される。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、複数のストリップが互いに平行に配置され、単一電源からの同一の電圧によりそれらの中心線又は中間面に対して互いに対称に屈曲し、全体として軸方向に伸縮する。
【００２８】
また、複数のストリップが直列及び並列に連結されている。
【００２９】
また、複数のスリットを有する単一のシート状ストリップからなり、平行な複数のストリップ配列を有する。
【００３０】
また、円筒状又は螺旋状に巻かれた前記単一のシート状ストリップからなる。
【００３１】
また本発明によれば、電気的活性材料を電極が独立する複数のセグメントに仮想的に区分し、
該セグメントの端部に、表と裏の電極が、これと隣接するセグメントの裏と表の電極と部分的に重なるように重複部分を仮想的に設定し、
前記重複部分に表裏を貫通又は近接するように、穴、溝、又は凹みを設け、
次いで、電気的活性材料の両面と穴、溝、又は凹みの内面にメッキ又は拡散により電極を形成して、穴、溝、又は凹みで両面の電極を電気的に接続し、
次いで、両面の電極を絶縁可能な間隔で複数のセグメントに長手方向に分離する、ことを特徴とするトランスデューサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００３２】
上記第１の発明の構成によれば、トランスデューサのストリップが、両面の電極を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部と、該分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部とを有するので、リバース接続部を介して複数のセグメントに、交互に極性が逆の電圧を単一電源から印加することができる。
従って、複雑な外部結線なしに、単一電源からの単一結線で、単一又は複数のストリップを、部分的に異なる曲率半径を有する任意の形状に繰り返し作動させることができる。
【００３３】
また、トランスデューサのストリップは、外力で屈曲させることにより電極間に電圧又は電流が発生する特性を有し、かつ隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部を有するので、外力で部分的に異なる曲率半径に変形する場合でも、発生する電圧又は電流の極性が同一となり、キャンセルしあう電気信号を少なくでき、作動状態を十分大きな信号出力で検出できる。
【００３４】
また上記第２の発明の構成によれば、トランスデューサのストリップが、両面の電極を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部と、該分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部とを有し、第１電極分離部の位置とこれで区分されるストリップの複数のセグメントが、単一電源からの同一の電圧で、長手方向に交互に逆電圧が印加され、その一端が他端に対し直線状に伸縮するように設定されているので、複雑な外部結線なしに、単一電源からの単一結線で、単一又は複数のストリップを、端部で収縮力及び／又は伸長力を発生するように繰り返し作動させることができる。
【００３５】
さらに上記第３の発明の構成によれば、隣接するセグメントの裏と表の電極と部分的に重なる重複部分に表裏を貫通又は近接するように、穴、溝、又は凹みを設け、次いで、電気的活性材料の両面と穴、溝、又は凹みの内面にメッキ又は拡散により電極を形成して、穴、溝、又は凹みで両面の電極を電気的に接続するので、上述したトランスデューサの内部結線を電極形成プロセスの一部として形成することができ製造工程と製造時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
【００３７】
本発明は、電気的に活性化される材料からなるトランスデューサを提供する。この電気的活性材料を、細長い小片のストリップに成形し、特定の位置で電極を分割する。
【００３８】
本発明のトランスデューサを構成する電気的活性材料として、例えば、イオン導電性高分子金属複合体（Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：ＩＰＭＣ）、形状記憶合金（ＳＭＡ）又はピエゾ素子を用いることができる。なお、本発明はこれらに限定されない。
【００３９】
図７は、本発明における内部接続であるリバース接続の説明図である。この図に示すように、隣接するセグメント２３に印加する電圧が等しく、極性が逆になるように、隣接する電極の表裏を逆に接続する（電極２１と２５、電極２２と２４）と、各セグメント２３に作用する曲げモーメントは逆方向になる。本出願において、このような電気的接続を「リバース接続」と呼び、リバース接続を行う部分ｄを「リバース接続部」と呼ぶ。
【００４０】
図８は、図７のストリップの作動状態を示す図である。なおこのストリップの電極間の電気的活性材料自体は分割されていない。従って、各セグメント間は電気的活性材料自体で強固に結合されている。
この図に示すように、直線状のストリップ３１に固定部３４から電圧を印加して作動させると、リバース接続部ｄのリバース接続の存在により隣接する各セグメントは逆方向に曲がり、Ｓ字形状に似た形状３３に屈曲する。従って、このストリップは、２セグメントのトランスデューサとして機能する。
【００４１】
図９は、図８の実施例を示す図である。この図において、（Ａ）（Ｂ）はリバース接続部のない１セグメントのトランスデューサ、（Ｃ）はリバース接続部ｄのある２セグメントのトランスデューサである。また４４は固定端である。
リバース接続部のない１セグメントのトランスデューサの場合、非作動時（Ａ）の形状４１に対し、作動時（Ｂ）にはほぼ一定半径の形状４２に曲がっている。これに対して、中央部にリバース接続部を設けた場合には、作動時（Ｃ）に隣接する各セグメントは逆方向にまがり、Ｓ字形状に似た形状４３に屈曲しているのがわかる。
【００４２】
図１０Ａは、本発明におけるリバース接続部ｄの形成方法を示す図である。リバース接続は、電気的活性材料５６（例えばイオン導電性高分子膜）に貫通穴５４を設け、その内面を電導性材料で覆うか、内部に電導性材料を充填することで形成される。次いで、両面又は片面の電極５５，５７を所定のライン５２，５３（第１電極分離部ｃ）に沿って電気的に絶縁する隙間で分離してリバース接続部ｄが完成する。電極５５，５７に隙間を形成するプロセスを電極のパターニングと呼ぶ。この隙間は、例えば、スクラッチ加工、機械切削、レーザ切断等の任意の材料除去プロセス、或いは、電極形成プロセスの前に所望の位置にマスキングすることにより、形成することができる。穴及び隙間の配置と形状は、異なってもよく、図１０Ｂ，Ｃに別の変形例を示す。
なお、イオン導電性高分子膜の代わりに、形状記憶合金、又はピエゾ素子を用いることができる。
【００４３】
図１１は、本発明によるリバース接続部と電極を同時に形成する方法を示す斜視図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。この図に示すように、隣接するセグメント間のリバース接続部ｄは、電極形成プロセスの一部として製造することができ、従って多くの製造工程と製造時間を低減することができる。
【００４４】
この図において、第１ステップで、電気的活性材料６１に穴６２を形成する。第２ステップで、電気的活性材料の両面に電極材料６３をコーティングする。このコーティングでは、電気的活性材料の両面に電極材料の薄い層を形成する。コーティング方法は、穴の内面を電極材料で覆うか、内部に電極材料を充填できる限りで限定されない。
通常用いられる電極製造方法は、適切な金属塩溶液中に浸漬させ還元することにより電気的活性材料に金属イオンを拡散させる化学コーティングであり、これにより電気的活性材料の表面に薄い金属層として金属が凝縮する。その他の通常用いられるコーティング方法は、硬化後に導電性を有する液体材料をコーティングするものである。電極及びリバース接続部ｃを製造できるＣＶＤ（化学気相成長法）、ＰＶＤ（物理気相成長法）、その他のこれらの変形方法を用いてもよい。なおｃは、電極分離部である。
【００４５】
図１２は、図８に示した２セグメントのトランスデューサをセンサとして用いる例を示す図である。複数セグメントとリバース接続を組み合わせた本発明のトランスデューサは、センサとして用いる場合、多くの分野に適用できる。
この図は、２セグメントのトランスデューサ７１で対象物７２の直線移動をどのように計測できるかを示している。同じの構成の単一セグメントトランスデューサ（リバース接続部のない単一のストリップからなる）の場合には、対象物の移動７４，７５，７６に対して、ほとんど検出できない非常に小さい電気信号しか発生しない。その理由は、トランスデューサの半分づつがそれぞれ反対方向に曲がり、逆の極性の信号が発生して互いにキャンセルしあうからである。
これに対して、この図に示すリバース接続部ｄを有する２セグメントのトランスデューサ７１の場合には、２つのセグメントが逆方向に曲がり、リバース接続部ｄにより各セグメントに発生する電気信号が同一の極性となるので、これを加算し大きな信号出力を得ることができる。
【００４６】
図１３は、本発明による３セグメントのトランスデューサの説明図である。上述したリバース接続部の製造方法を用いてこの図に示すように、２箇所にリバース接続部８２を有する３セグメントトランスデューサ８１を製造することができる。
【００４７】
図１４は、図１３のトランスデューサの中立位置に対する実際の変位を示している。なお、電気的活性材料としてイオン導電性高分子金属複合体（ＩＰＭＣ）を用いている。このトランスデューサは、状態１では＋２Ｖ、状態２では−２Ｖで、トランスデューサの中央部８３を印加して作動させている。中立位置からの相対変位は、状態１ではＭ字状のカーブ８４、状態２ではＷ次状のカーブ８５を形成する。図１４における作動形状の非対称性は、使用した製造方法によるイオン導電性高分子金属複合体（ＩＰＭＣ）と残留応力の不均一性によるものである。
【００４８】
図１５は、両面電極のオーバラップ量の変化方法の説明図である。この図において、左図は、両面に電極ａを備えたストリップｂを分離して示す三層図、中央は平面図、右図は作動時の側面図である。
本発明によれば、電気的活性材料８８を挟む両面の電極８６，８７（ａ）を絶縁可能な間隔で幅方向に分離し、分割された電極ａの幅を変えることにより、ストリップの各部分を所定の電圧で所定の曲率半径に屈曲するように設定することができる。この幅方向に分離部を第２電極分離部ｆと呼ぶ。
この図の最初の列（Ａ）は、両面の電極８６，８７の幅が一定である従来の構成を示している。この構成の電極８６，８７にある電圧を印加すると、ほぼ一定の曲率半径を有するカーブに曲がる。一方、電極間に電圧差が無ければこのストリップは曲がらない。この構成は、負の電圧が両面に印加されている第２列（Ｂ）の図に示されている。
もし、有効な電極面積の一部のみが屈曲作動に用いられるならば、同一電圧の印加で作動する屈曲量は減少する。第３列（Ｃ）の図には、両面の電極幅のオーバラップ量を変えることで有効な電極面積を変えることができることを示している。
第４列（Ｄ）の図は、セグメントに沿って両面の電極幅のオーバラップ量を変えるにより、単一のセグメントにおいて様々な曲率半径を得ることができる手段を示している。この図では、電極形状を三角形にしているが、その他の形状も可能である。
第５列（Ｅ）の図は、それ自体が曲がらずに、隣接する次のセグメントに電流及び電圧を通電する手段を示している。
【００４９】
図１６は、電極幅のオーバラップ量の影響を試験する試験装置の模式図である。この図に示す試験装置９３を用いて電極幅のオーバラップ量に対する屈曲応答特性を試験した。この装置の裏面側の電極は分割せず、正面側の電極９１を７枚の同寸法の部分９２に分割した。表面と裏面のオーバラップ面積は、正面側の分割して電極数でセットした。
【００５０】
図１７は、図１６の試験装置９３を用いた試験結果であり、２Ｖのステップ電圧の印加による変位と電極幅のオーバラップ率との関係を示している。なお、電気的活性材料としてイオン導電性高分子金属複合体（ＩＰＭＣ）を用いている。
【００５１】
本発明によれば、予め設定した一定の曲率半径に加えて、各セグメント内の曲率半径を部分的に変化させることができる。この変化は、図１５に示したように電極幅のオーバラップパターンを適切に設計することで達成できる。
【００５２】
図１８は、セグメント内の曲率半径を部分的に変化できることを実証するための試験装置の模式図である。この試験装置は、正面電極１０１が（Ｄ）に示すように電極分離部（第２電極分離部ｆ）でテーパ状に分割されており、裏面電極は分割されていない。この装置を用いて、電力１０６の供給位置１０５を（Ａ）（Ｂ）のように変えることにより２つの異なるオーバラップパターンを試験することができる。固定位置から離れるに従って、ケースＡではオーバラップ面積が減少するパターンであり、ケースＢはオーバラップ面積が増加するするパターンである。
【００５３】
図１９は、図１８の試験装置を用いた試験結果であり、ケースＡ、Ｂにおける中立位置からの変位Ｚを示している。この図から、ケースＡではクランプ位置１０９の近くの曲率が大きく、ケースＢでは自由端１０７の付近の曲率が大きいことがわかる。
【００５４】
図２０は、本発明のトランスデューサの第１実施形態を示す構成図であり、図２１はその作動説明図である。
【００５５】
図２０〜図３１の実施形態において、本発明のトランスデューサは、両面に電極ａを備えこの電極ａ間に電圧を印加することにより屈曲し、かつ外力で屈曲させることにより電極間に電圧又は電流が発生する可撓性の細長いストリップｂからなる。
またストリップｂは、両面の電極ａを絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部ｃと、分離された隣接する電極ａの表裏を交互に接続するリバース接続部ｄとを有し、ストリップｂを電極が独立し表裏を交互に接続した複数のセグメントｅに区分する。
【００５６】
また第１電極分離部ｃは、ストリップｂの表と裏の電極ａが、これと隣接するストリップの裏と表の電極と部分的に重なるように設けられている。
またリバース接続部ｄは、部分的に重なる位置に設けられ表裏を貫通して接続する貫通接続である。
【００５７】
またストリップｂは、両面の電極ａを絶縁可能な間隔で幅方向に分離する第２電極分離部ｆを有し、第２電極分離部ｆで分割された電極の幅は、ストリップｂの各部分が所定の電圧で所定の曲率半径に屈曲するように設定されている。
【００５８】
図２１は、Ｓ字形の所望の作動形状を示しており、３つのセグメントｅからなり、両端のセグメントは徐々に曲率が増加しカーブが異なる屈曲セグメントであり、中央セグメントは作動時にも直線を維持する。このストリップｂは、両面に導電層を備えた電気的活性材料からなり、電気信号（電極間の電圧印加）により屈曲する。
すなわち、図２１は図２０を作動させた状態で、真横から見た図である。図２０の＋領域のどこかに＋の電圧を、−領域のどこかに−の電圧を外部から供給すると、図２１（Ａ）のように曲がる。右３分の１は＋の領域の面積のほうが大きく、さらに端に行くほど＋領域の面積比が増加するので、徐々に曲率が増加するカーブを描く。左３分の１はこの逆である。真ん中の３分の１は、＋と−の面積が半々ですので、それぞれが曲がろうとする力が拮抗し、直線を維持する。図２０は、作動状態で所望のＳ字状形状を得るための電極幅のオーバラップパターンと内部接続を示している。両面の電極に同じ制御電圧を伝達するために、それらの電極ａは上述したように、貫通穴１１３で内部接続されている。この装置の中央部分では、電極層が反対電位の電極が重ならないように電極分離部１１２（第２電極分離部ｆ）で分割されている。ストリップｂの両端では、電極のオーバラップ幅が徐々に１００％まで増加している。
【００５９】
図２０において、中央セグメントに電圧を印加すると、図２１Ａに示すように、所定の交差で規定のカーブに沿って曲がる。また電圧を逆に印加すると、図２１Ｂに示すように、形状が逆になる。
【００６０】
図２２は、リバース接続部の第２の形成方法を示す図である。この方法では、電気的活性材料１２１に貫通穴を設ける代わりに、材料を治具１２２で挟んで同じ位置に凹み１２４を形成する。この凹み１２４の深さは、適切な導電性電極材料１２３を沈積させたときに、電極材料が材料内に拡散し、凹みを形成した箇所のみで電気的に短絡するように設定する。この方法により、凹み部にリバース接続部ｄを形成することができる。このリバース接続部ｄは、材料に貫通穴がないので、材料の機械的強度が大幅に向上する。
なお、電気的活性材料として、イオン導電性高分子膜、形状記憶合金、又はピエゾ素子を用いることができる。
【００６１】
図２３は、リバース接続部の第３の形成方法を示す図である。第３の形成方法は、電気的活性材料１３１の両面の電極間の接続を、材料の構造的強度を損なうことなく実現する方法を示している。説明を容易にするために、製造後の矩形形状を有するアクチュエータを考える。アクチュエータの縁は直線であり、第１ステップとして２つの矩形穴１３２を形成し、その穴の内面を所望のアクチュエータの輪郭に一致させる。コーティングプロセス１３３が完了した後、アクチュエータを所定の輪郭１３４に沿って切り出し、その外側１３６は廃棄する。切り出しのとき、両側の電極を電気的に接続するように、矩形穴のコーティング１３７をアクチュエータ１３５の側面に残す。最後に電極の一部を除去して電気的に絶縁された隙間１３９を形成する。この方法は実現が容易であり、かつ材料に貫通穴がないので、材料の機械的強度が大幅に向上する利点を有する。なお、アクチュエータと側面の穴は、矩形に限定されず、任意の他の形状でもよい。
なお、電気的活性材料として、イオン導電性高分子膜、形状記憶合金、又はピエゾ素子を用いることができる。
【００６２】
図２４は、本発明のトランスデューサの第２実施形態を示す作動説明図である。
この装置は、固定点１４９で固定され２つのリバース接続部ｄを有する直線状の開いたリンク１４１であり、所定の経路１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８に従うことができる。１４０は先端位置の経路である。所定の経路は、各セグメントｅの長さ、各セグメントｅ内の電極のオーバラップ量を予め計算することで設定することができる。時間的に変化する電圧を印加することで、この図に示すように所定の経路に沿わせることができる。なお、閉じたリンク形状であってもよい。
【００６３】
図２５は、本発明のトランスデューサの第３実施形態を示す作動説明図である。
この装置１５２は、３セグメントの座屈ビームである。ここで、座屈とは、細長い形状の両端から力をかけたときに、図２５の１５１のように横方向に曲がる現象をいう。ビームとは梁（角材）のことである。「座屈ビーム」という言葉で、１５１の本来の長さより短い距離で両端を保持し、横方向にたわんだ状態を保つことを意味している。
３セグメント１５１は、２箇所のリバース接続部ｄで接続されているので、電源１５４の電圧をスイッチ１５５で装置１５２に印加すると、各セグメントｅは現在の状態を強化するように曲がるか、現在の状態の逆方向に屈曲する。逆電圧がある閾値を超すと装置は状態を（Ｂ）のように変える。この状態で電力供給を除去したときこの装置は最後の状態（Ｃ）を維持することに注意する必要がある。
【００６４】
図２６、図２７は、本発明のトランスデューサの第４実施形態を示す作動説明図である。
図２６は、作動により、リーフスプリング、弓形又は軸方向に圧縮された座屈ビーム形状（Ｂ）になるビーム構造の形態である。この装置は作動すると、図２７に示すように、直線ビーム１６１から複雑な弓形状１６５に変形し、負荷対象に力を及ぼす。なお、ｄはリバース接続部、１６６は作動部材である。
【００６５】
図２８は、本発明のトランスデューサの第５実施形態として、部分的に圧力を付与する圧縮装置１７２の作動説明図である。
例えば円形の対象物１７１を考える。装置１７２は、作動させると所定の複雑形状１７３に変形し、円形対象物１７１の選択した位置に部分的に圧力を与えるように設計されている。この形式の装置は、例えば心臓に欠陥をもつ患者の心臓圧縮装置として、あるいは目に欠陥をもつ患者の眼球圧縮装置として用いることができる。
【００６６】
図２９は、本発明による心臓圧縮装置の例を示す図である。この心臓圧縮装置１８３は、心臓１８１の重要な血管１８２や組織１８４を圧縮することなく、部分的に圧力を加えるように設計される。なおこの装置は、円形形状に限定されず、任意の形状に合わせることができ、輪郭に沿って圧力を加えることができる。
【００６７】
図３０は、本発明のトランスデューサの第６実施形態を示す作動説明図である。
本発明の有効な適用例として、所定の幾何学形状を作れる能力がある。この能力は、例えば、ロボットやエンターテイメント産業において、人間もどきのロボットやマネキンの顔の表情を制御する目的において大変有益である。
この図は、この装置を顔面のしわ形状を笑顔形状１９１と悩み顔形状１９２に物まねするのに用いる例を示している。
【００６８】
図３１は、本発明のトランスデューサの第７実施形態を示す作動説明図である。
この装置は、容器形状を積極的に制御することができる流体又はジェル状物質の容器形成手段に関する。この容器は、閉じた３次元形状又は両端が開いた２次元形状である。そのような容器は鋳造や成形に用いることができる。図３１の実施例は、両端２０３，２０４が開いた２次元形状の容器２０１であり、ジェル状物質２０２をこの容器を通過させて成形する。この容器は電気信号で出口形状２０４が変化し、結果としてジェル状物質２０５の断面を変化させる。このような装置は、ノズルとしても用いることができる。
【００６９】
上述した図２０〜図３１に示した本発明のトランスデューサの構成によれば、ストリップｂが、両面の電極ａを絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部ｃと、分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部ｄとを有するので、リバース接続部ｄを介して複数のセグメントｅに、交互に極性が逆の電圧を単一電源から印加することができる。
従って、複雑な外部結線なしに、単一電源からの単一電圧で、単一又は複数のストリップｂを、部分的に異なる曲率半径を有する任意の形状に繰り返し作動させることができる。
【００７０】
また、トランスデューサのストリップｂは、外力で屈曲させることにより電極間に電圧又は電流が発生する特性を有し、かつ隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部ｄを有するので、外力で部分的に異なる曲率半径に変形する場合でも、発生する電圧又は電流の極性が同一となり、キャンセルしあう電気信号を少なくでき、作動状態を十分大きな信号出力で検出できる。
【００７１】
また図１０，１１，２２，２３に示した本発明の高分子トランスデューサの製造方法によれば、隣接するセグメントｅの裏と表の電極と部分的に重なる重複部分に表裏を貫通又は近接するように、穴、溝、又は凹みを設け、次いで、イオン導電性高分子膜の両面と穴、溝、又は凹みの内面にメッキ又は拡散により電極を形成して、穴、溝、又は凹みで両面の電極を電気的に接続するので、上述したトランスデューサの内部結線を電極形成プロセスの一部として形成することができ製造工程と製造時間を短縮することができる。
【００７２】
次に、ストリップを端部で収縮力及び／又は伸長力を発生するように作動させてリニアアクチュエータとして用いることができるトランスデューサについて説明する。以下、リニアアクチュエータとは、外部に直線的な力を出力するアクチュエータを意味する。
【００７３】
ストリップのセグメントは、ストリップがある形状に曲がるように電気信号が供給される。この形状は最も簡単な実施例では、軸方向に負荷を受けたビームの第１座屈モードに似ている。ストリップの作動は軸方向の収縮と横方向の拡張を引き起こす。従って主軸に沿った引張力と横方向の押付力を発生する。電気信号を反転して、動作を逆にし、発生する力を逆にすることができる。その他の作動形状、例えば高次の座屈モード形状も可能である。本発明は、両端を拘束した制約のあらゆる作動形状を包含するものである。
【００７４】
本発明は、既存のリニアアクチュエータが有する多くの問題を克服するのに役立つ構造と電気信号の伝達機構を提供する。これらの問題点は、軸端部材の問題、多数の屈曲アクチュエータ材料の連結問題、および発生した力を統合するために複数のアクチュエータを連結する上での問題を含む。本発明は、製造が容易であり、負荷や取付部材に取り付けるのが容易であり、並列及び直列の配置に結合するのが容易である構造を提供する。
【００７５】
従来の屈曲アクチュエータを構成する単一ストリップを示す図３において、ストリップ１は休止状態であり、スイッチ３による電源４の電圧の印加で形状２に曲がる。イオン導電性高分子金属複合体（ＩＰＭＣ）のような屈曲アクチュエータは、中心点Ｃと半径Ｒを有する円弧としてここに示すように、一定の曲率半径の曲線に曲がる。印加する電圧の変化により、中心点Ｃと半径Ｒは変化するが曲率半径が一定である特性は保持される。
この屈曲運動が、純粋なリニア運動よりも不適切な多くの応用例がある。そのため、屈曲運動をリニア運動に変換する試みが従来からされていた。この従来技術は、屈曲アクチュエータをリジットフレームに連結し、或いはストリップをより適した形状に成形するものであった。これらの従来のアクチュエータは、典型的には、機械的結合部の弱さ、セグメント継手部の弱さ、非効率な作動、スペースの非効率的使用等の問題があった。本発明は座屈ビーム形状に基づく簡単でより自然な構造でこれらの問題点を克服する。
【００７６】
図３２は、従来の両端支持梁の座屈形状の説明図である。
図３２Ａは、両端が端部部材２１１で回転可能に支持され、その一端が移動可能な取付部材２１３に作用する軸方向力で自由に移動する従来の受動ビーム２１２を示す。図３２Ｂは、軸方向負荷２１５により両端支持ビームの第１座屈形状に座屈した状態の同じビーム２１４を示す。もし、ビーム２１４を屈曲アクチュエータで置き換え、それを作動させれば、端部の取付部材２１３でリニア運動（直線運動）を発生することができる。しかし、自由回転部材は実現が困難であり、かつ重量が増加し、アクチュエータの強度が低下する問題がある。
【００７７】
図３３は、従来の両端固定梁の座屈形状の説明図である。
図３３Ａは、両端が端部部材２２２で回転不能に支持され、その一端が移動可能な取付部材２２３に作用する軸方向力で自由に移動する従来の受動ビーム２２１を示す。図３３Ｂは、軸方向負荷により両端固定ビームの第１座屈形状に座屈した状態の同じビーム２２４を示す。もし、ビーム２２４を屈曲アクチュエータで置き換え、それを作動させれば、端部の取付部材２２３でリニア運動（直線運動）を発生することができる。このトランスデューサのモデルは、軽い部材と強い材料を用いて軸端固定部材を容易に実現できるので、図３２よりもより適している。この最も簡単な形態において、本発明は、自己屈曲形態が図３３Ｂの古典的な両端固定の座屈ビームであるトランスデューサを提供する。
【００７８】
単一の屈曲アクチュエータストリップを図３３Ｂの形状２２４に曲げるために、図３に示した曲率一定の作動上の制約を克服しなければならない。上述した図８は、曲率が一定でない作動形状を達成する１つの手段を示す。３１はＩＰＭＣのような単一の屈曲アクチュエータ（ストリップ）であり、固定部３４で支持され、２つの部分３２で電気的に分割（セグメント化）されている。この屈曲アクチュエータ３１には、ＩＰＭＣ及び他の誘電性アクチュエータの表面の電極材料が分割されたアクチュエータを含む。電極間のアクチュエータ材料自体は分割されず、従って接続することなく各セグメント間はアクチュエータ材料自体で強固に機械的に結合されている。３３は、電気的に刺激した状態（電気信号を印加した状態）の同じアクチュエータを示す。ここで、第２セグメントは、第１セグメントに対し反対極の電圧で刺激される。電圧の絶対値は同じだが、極性は異なる。なお他の刺激形態も可能であり、本発明はセグメントに対する電気信号の大きさ或いは極性には限定されない。
【００７９】
図３３Ｂと同様の座屈ビーム形状を発生するために、上述した図２６Ａに示したアクチュエータを考える。ここで、アクチュエータ１６１は、２つのリバース接続部ｄで３つの部分に電気的に分割（セグメント化）され、中央部分が端部セグメントより大きくなっている。各セグメントの適切な電気信号により、アクチュエータ１６１は図２６Ｂの弓形状１６５に曲がる。座屈した両端固定ビームの数学的研究から、モード１の座屈ビーム形状に沿って応力が０の点は、座屈ビームの長さＬに対し、Ｌ／２と３Ｌ／４の位置に発生する。Ｌ／２と３Ｌ／４の位置は、単一の屈曲アクチュエータ材料を電気的に分割して３セグメントの座屈ビームアクチュエータにするための推奨位置である。他の分割位置やセグメントの数も可能であり、これらは本発明に包含される。
【００８０】
図３４は、本発明のトランスデューサの第８実施形態を示す作動説明図である。
図３４〜図４４の実施形態において、本発明のトランスデューサは、両面に電極ａを備えこの電極間に電圧を印加することにより屈曲し、かつ外力で屈曲させることにより前記電極間に電圧又は電流が発生する可撓性の細長いストリップｂからなる。
またストリップｂは、両面の電極２を絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部ｃと、分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部ｄとを有する（図２０参照）。
第１電極分離部ｃの位置とこれで区分されるストリップｂの複数のセグメントｅは、単一電源からの同一の電圧で、長手方向に交互に逆電圧が印加され、その一端が他端に対し直線状に伸縮するように設定されている。
【００８１】
図３４Ａに示すように２つの第１電極分離部ｃで３つの部分２３２，２３３，２３４に電気的に分割（セグメント化）されている３セグメントビームを左端２３１で固定し、図３４Ｂに示すように電圧２３１，２３２，２３３を用いてセグメントを刺激すると、アクチュエータ（ストリップｂ）は座屈ビーム形状に曲がり、端部２３８にリニア動作を引き起こし、力２３９、２３０を発生する。
図３４Ｂは、リニアアクチュエータとして用いることができる本発明のトランスデューサの最も簡単な基本形態の例を示す。本発明は、他の可能な軸端部材でもよく、固定軸端部材に限定されない。
【００８２】
電気信号を簡単にするために、本発明では、セグメント間をリバース接続で接続する。２つの隣接するセグメント間の接続を上述した図７に示す。ここで、上面電極２１は次のセグメントの下面電極２５に接続され、下面電極２２は次のセグメントの上面電極２４に接続される。
連続するセグメントを電気的に接続するために、この形式のリバース接続を用いることは、トランスデューサの一端のみが電源に接続する必要があり、単一の供給電圧のみ必要となることを意味する。リバース接続は、電気信号がアクチュエータのストリップに沿って行われることを確保し、所定のセグメントが所定の方向に曲がることを保証する。
【００８３】
図３５は、本発明のトランスデューサの第９実施形態を示す作動説明図である。
この図は、電気信号によりバランスした対を形成するように連結された２組の３セグメントのストリップ２４１，２４２を示す。ここで、リバース接続部ｄはアクチュエータに沿った屈曲方向を制御し、一方から他方に電力を供給するのに用いられる。この図は、単一の電源のみを必要とするバランスした対のトランスデューサを示す。
【００８４】
図３４Ｂ及び図３５に示した基本のトランスデューサは、直列又は並列に接続して発生力を増し、あるいは作動距離を増加させることができる。
【００８５】
図３６は、本発明のトランスデューサの第１０実施形態を示す作動説明図である。
この図は、セグメント化した長いストリップ２５１からなる大型のアクチュエータとしてのトランスデューサの実施例を示す。ストリップ２５１（ｂ）はセグメント化され、リバース接続を用いて電気的に接続されており、作動により、波、こぶ、波動に似た直列に連結された座屈ビーム形状に自然に曲がる。これらのストリップは特定の位置２５２で連結され、ストリップの作動が全体として大きな変位と大きな力２５３、２５４を発生する。
【００８６】
図３７は、本発明のトランスデューサの第１１実施形態を示す作動説明図である。
この図は、平行連結したトランスデューサの別の実施例を示す。屈曲アクチュエータ材料のシート２６１（ｂ）が準備される。最初にスリット２６３が材料を貫通して設けられ、次いでリバース接続２６４が行われる。全体のシート２６１は、複数（この例で１３）の平行連結したストリップｂ、すなわち座屈ビームアクチュエータ２６２を含む。シートに電気信号を印加すると、すべてのトランスデューサ２６２は並列に作動する。同様に多数の直列接続のアクチュエータも作ることができる。
図３７に示したようなシートアクチュエータを用いて３次元構造にすることも容易である。
【００８７】
図３８は、本発明のトランスデューサの第１２実施形態を示す説明図である。
この図は図３７のアクチュエータシートを円筒形２７１に巻いたものを示す。これは単一の円筒形リニアアクチュエータ構造を形成する。トランスデューサを作動させると、すべてのストリップ２７２（ｂ）が同じ外方向（極性が逆ならば内方向）に曲がり、自然にバランスする構造を形成する。このアクチュエータの平行特性は、コンパクトな大きさで大きな力を発生する。２７３はストリップ間の隙間、２７４が作動力（引込力）を示す。
【００８８】
図３９は、本発明のトランスデューサの第１３実施形態を示す説明図である。
この図は、図３８の円筒形アクチュエータを直列２８１と並列２８３に連結し、軸方向に大きな変位と大きな力を発生するものを示す。２８２は作動力（引込力）、２８４は端部連結具を示す。
【００８９】
図４０は、本発明のトランスデューサの第１４実施形態を示す説明図である。
この図は、図３７のアクチュエータシートからなる３次元構造の別の実施例を示す。ここでシート２９１は図３８のシリンダよりもタイトに巻かれる。作動状態において、内側のストリップは外側のストリップ２９２（ｂ）で開けられた空間に外側に作動する。２９３は、ストリップ間の隙間である。
【００９０】
図４１は、従来のエキスパンドメタルシート材料を示す。ここで３０１は金属であり、３０２は金属板を引き伸ばしたときに形成された隙間である。
【００９１】
図４２は、本発明のトランスデューサの第１５実施形態を示す説明図である。
図４１と同様の構造は、この図に示すようにセグメント化し、リバース接続したトランスデューサ３１１を用いて容易に製造することができる。
図４１Ａは、特定の位置３１２で線に沿って貫通して切断された屈曲アクチュエータ材料のフラットシート３１１を示す。このシートは特定の位置でリバース接続されたセグメントからなる。シートを引き離すと図４１のエキスパンドメタルの形態に似た図４２Ｂの３次元形状を自然に形成する。このような座屈ビーム形状になるようにシート材料をセグメント化することにより、全体として３次元形状に作動させ、力３１６、３１５を発生させることができる。この手段で、フレキシブルな屈曲アクチュエータ材料の単一シートで、大型で並列かつ直列に連結されたリニアアクチュエータアレイを作ることができる。３１３は形成された隙間、３１４は変形したストリップｂである。
【００９２】
図４３は、本発明のトランスデューサの第１６実施形態を示す説明図である。
この図は、座屈ビームリニアアクチュエータアレイの他の実施例を示す。ここで座屈アクチュエータ材料は、円環３２１に形成され、図３６に示したと同様の配列で特定の位置３２２でリバース接続及び機械的連結がされる。単一電源を用いて全体構造を作動させると、３２２のように変形し、この構造体は鉛直に伸びる。
【００９３】
図４４は、本発明のトランスデューサの第１７実施形態を示す説明図である。
この図は、図４３のシリンダアクチュエータの別の構成を示す。ここでアクチュエータは、より多層であり、圧縮状態（Ａ）と伸張状態（Ｂ）で示される。シリンダまわりの電気的接続を分割することにより、シリンダ構造の異なる側に異なる刺激を与え、構造体の端部を３次元運動させることができる。（Ｃ）は左に曲がった伸張シリンダを示し、（Ｄ）は部分的に縮みかつ右に曲がったシリンダを示す。
【００９４】
図４５は、図３５に示した形態のリバース電気接続を持ったバランスリニアアクチュエータの制御された作動の実験結果を示す。このデバイスは、３８ｍｍ×４ｍｍの寸法の金メッキされたＮａｆｉｏｎ１１７ポリマーからなる。この図は、入力電圧に対しアクチュエータで発生した力を示す。信号は時計方向に進む。
【００９５】
上述した図３４〜図４５に示した本発明の構成によれば、トランスデューサのストリップｂが、両面の電極ａを絶縁可能な間隔で長手方向に分離する第１電極分離部ｃと、分離された隣接する電極の表裏を交互に接続するリバース接続部ｄとを有し、第１電極分離部ｃの位置とこれで区分されるストリップの複数のセグメントｅが、単一電源からの同一の電圧で、長手方向に交互に逆電圧が印加され、その一端が他端に対し直線状に伸縮するように設定されているので、複雑な外部結線なしに、単一電源からの単一電圧で、単一又は複数のストリップを、端部で収縮力及び／又は伸長力を発生するように繰り返し作動させることができる。
【００９６】
また図１０，１１，２２，２３に示した本発明のトランスデューサの製造方法によれば、隣接するセグメントｅの裏と表の電極と部分的に重なる重複部分に表裏を貫通又は近接するように、穴、溝、又は凹みを設け、次いで、イオン導電性高分子膜の両面と穴、溝、又は凹みの内面にメッキ又は拡散により電極を形成して、穴、溝、又は凹みで両面の電極を電気的に接続するので、上述したトランスデューサの内部結線を電極形成プロセスの一部として形成することができ製造工程と製造時間を短縮することができる。
【００９７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に包含される全ての実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】非特許文献１のアクチュエータの模式図である。
【図２】非特許文献２のアクチュエータの模式図である。
【図３】ＩＰＭＣ膜の屈曲運動を利用した従来のトランスデューサを示す図である。
【図４】電極が分離されたＩＰＭＣ膜（ストリップ）の図である。
【図５】単一ストリップのトランスデューサを、部分的に異なる曲率半径に曲げるための配線図である。
【図６】部分的に異なる曲率半径を有する複雑形状を得るために、トランスデューサを予め所定の形状に成形する従来例を示す図である。
【図７】本発明のトランスデューサにおける内部接続であるリバース接続の説明図である。
【図８】図７のストリップの作動状態を示す図である。
【図９】図８の実施例を示す図である。
【図１０】リバース接続部の形成方法を示す図である
【図１１】リバース接続部と電極を同時に形成する方法を示す図である。
【図１２】図８に示した２セグメントのアクチュエータをセンサとして用いる例を示す図である。
【図１３】本発明による３セグメントのアクチュエータの説明図である。
【図１４】図１３のアクチュエータの中立位置に対する実際の変位を示す図である。
【図１５】両面電極のオーバラップ量の変え方を示す図である。
【図１６】電極幅のオーバラップ量の影響を試験する試験装置の模式図である。
【図１７】図１６の試験装置を用いた試験結果である。
【図１８】セグメント内の曲率半径を部分的に変化させることを実証するための試験装置の模式図である。
【図１９】図１８の試験装置を用いた試験結果である。
【図２０】本発明のトランスデューサの第１実施形態を示す構成図である。
【図２１】図２０の装置の作動説明図である
【図２２】リバース接続部の第２の形成方法を示す図である。
【図２３】リバース接続部の第３の形成方法を示す図である。
【図２４】本発明のトランスデューサの第２実施形態を示す作動説明図である。
【図２５】本発明のトランスデューサの第３実施形態を示す作動説明図である。
【図２６】本発明のトランスデューサの第４実施形態を示す構成図である
【図２７】本発明のトランスデューサの第４実施形態を示す作動説明図である
【図２８】本発明のトランスデューサの第５実施形態を示す作動説明図である。
【図２９】本発明による心臓圧縮装置の例を示す図である。
【図３０】本発明のトランスデューサの第６実施形態を示す作動説明図である。
【図３１】本発明のトランスデューサの第７実施形態を示す作動説明図である。
【図３２】従来の両端支持梁の座屈形状の説明図である。
【図３３】従来の両端固定梁の座屈形状の説明図である。
【図３４】本発明のトランスデューサの第８実施形態を示す作動説明図である。
【図３５】本発明のトランスデューサの第９実施形態を示す作動説明図である。
【図３６】本発明のトランスデューサの第１０実施形態を示す作動説明図である。
【図３７】本発明のトランスデューサの第１１実施形態を示す作動説明図である。
【図３８】本発明のトランスデューサの第１２実施形態を示す説明図である。
【図３９】本発明のトランスデューサの第１３実施形態を示す説明図である。
【図４０】本発明のトランスデューサの第１４実施形態を示す説明図である。
【図４１】従来のエキスパンドメタルシート材料を示す図である。
【図４２】本発明のトランスデューサの第１５実施形態を示す説明図である。
【図４３】本発明のトランスデューサの第１６実施形態を示す説明図である。
【図４４】本発明のトランスデューサの第１７実施形態を示す説明図である。
【図４５】図３５に示した形態のリバース電気接続を持ったバランスリニアアクチュエータの制御された作動の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
ａ  電極
ｂ  ストリップ
ｃ  第１電極分離部
ｄ  リバース接続部
ｅ  セグメント
ｆ  第２電極分離部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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