(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動要素と前記一対の電極層に電圧が印加されていない無電位状態において前記誘電エラストマー駆動要素を張力が生じた状態に保つ張力維持要素と前記誘電エラストマー駆動要素の伸縮に伴って移動する出力部とを含む駆動手段と、
入力された駆動力にしたがって動作する従動要素を含む従動手段と、
前記駆動手段の前記出力部に接続され且つ前記駆動手段の駆動力を前記従動手段に伝達する伝達手段と、
を備え、
前記駆動手段は、複数の前記出力部と当該複数の出力部に接続された複数組の前記誘電エラストマー駆動要素とを含み、
前記複数の出力部に各別に接続された複数の前記伝達手段と、
前記複数の伝達手段によって各別に駆動力が伝達される複数の前記従動手段と、を備え、
前記複数組の誘電エラストマー駆動要素は、各組が軸方向に互いに離間した小開口部および大開口部を有する錐台筒状とされるとともに、互いの軸方向が一致し且つ互いの前記小開口部が対向する配置とされた一対の前記誘電エラストマー駆動要素を含み、
前記各出力部は、前記一対の誘電エラストマー駆動要素の前記小開口部に固定されており、
前記複数組の誘電エラストマー駆動要素は、互いの軸方向が平行となるように直列配置されていることを特徴とする、誘電エラストマー動作装置。
【請求項２】
前記複数組の誘電エラストマー駆動要素は、前記軸方向視において互いに偏心している、請求項１に記載の誘電エラストマー動作装置。
【請求項３】
前記各伝達手段は、張力を伝達するワイヤを含み、
前記各ワイヤは、前記各出力部の中央に固定されており、
前記複数の出力部は、前記複数の従動手段に対して最も離れて配置されたものを除き、前記ワイヤを通過させるためのワイヤ孔を有している、請求項２に記載の誘電エラストマー動作装置。
【請求項４】
前記従動手段は、前記従動要素を特定方向に動作させる予備弾性力を付与する予備弾性部を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の誘電エラストマー動作装置。
【請求項５】
前記駆動手段の前記誘電エラストマー駆動要素は、前記一対の電極層に印加される電圧が増加するほど、前記従動要素を前記特定方向に動作させるように伸長する、請求項４に記載の誘電エラストマー動作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電エラストマー動作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動源が発揮する駆動力によって従動要素が動作する誘電エラストマー動作装置の具体例としては、工業製造分野で利用されるロボットのロボットアームや電動義手等が知られている。電動モータは、広く使用されている駆動源の典型例である。特許文献１には、駆動源として電動モータが用いられた従来の電動義手の一例が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された電動義手においては、人体の指に類似した動作を行う多関節構造の複数の従動要素と、これらの従動要素を駆動するための複数の電動モータとが採用されている。また、電動モータの回転駆動力を従動要素を動作させる進退動等に変換するためのリンク機構などの機械的機構が設けられている。個々の電動モータの回転を制御することにより、複数の従動要素を独立して動作させることが可能である。これにより、複数の指の動作を模擬的に実現することが意図されている。
【０００４】
しかしながら、電動モータの回転駆動力を進退動等に変換する機械的機構は、種々の機械部品からなるものであり、構造が複雑化する。また、指等を想定した従動要素に近接した位置に電動モータを設けると、手に相当する部分の重量が増大してしまう。さらに、従動要素の中立点を確立するには、逆方向に動作する２つの電動モータを同時に動作させ、互いの駆動力を打ち消し合わせるといった仕組みが必要である。このような仕組みは、過大な発熱を伴いうるものであり、装置全体としての効率が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−３７７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、構造の複雑化を回避し小型化および軽量化を図るとともに動作のスムーズさおよび効率を向上させることが可能な誘電エラストマー動作装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によって提供される誘電エラストマー動作装置は、誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動要素と前記一対の電極層に電圧が印加されていない無電位状態において前記誘電エラストマー駆動要素を張力が生じた状態に保つ張力維持要素と前記誘電エラストマー駆動要素の伸縮に伴って移動する出力部とを含む駆動手段と、入力された駆動力にしたがって動作する従動要素を含む従動手段と、前記駆動手段の前記出力部に接続され且つ前記駆動手段の駆動力を前記従動手段に伝達する伝達手段と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記駆動手段は、２つの前記誘電エラストマー駆動要素を有し、前記２つの誘電エラストマー駆動要素は、前記無電位状態における互いの張力が作用し合うように直列に接続されている。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマー駆動要素は、軸方向に互いに離間した小開口部および大開口部を有する錐台筒状とされている。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記２つの誘電エラストマー駆動要素は、互いの前記軸方向が一致し且つ互いの前記小開口部が対向する配置とされており、前記張力維持要素は、前記２つの誘電エラストマー駆動要素の前記大開口部の前記軸方向位置を相対的に固定しており、前記出力部は、前記２つの誘電エラストマー駆動要素の前記小開口部に固定されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記張力維持要素は、前記誘電エラストマー駆動要素に張力を支持させる弾性力を発揮し、前記出力部は、前記張力維持要素の一端に固定されている。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記従動手段は、前記従動要素を特定方向に動作させる予備弾性力を付与する予備弾性部を含む。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記駆動手段の前記誘電エラストマー駆動要素は、前記一対の電極層に印加される電圧が増加するほど、前記従動要素を前記特定方向に動作させるように伸長する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記伝達手段は、張力を伝達するワイヤを含む。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記駆動手段は、複数の前記出力部と当該複数の出力部に接続された複数組の前記誘電エラストマー駆動要素とを含み、前記複数の出力部に各別に接続された複数の前記伝達手段と、前記複数の伝達手段によって各別に駆動力が伝達される複数の前記従動手段と、を備える。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数組の誘電エラストマー駆動要素は、各組が軸方向に互いに離間した小開口部および大開口部を有する錐台筒状とされるとともに、互いの軸方向が一致し且つ互いの前記小開口部が対向する配置とされた２つの前記誘電エラストマー駆動要素を含み、前記各出力部は、前記２つの誘電エラストマー駆動要素の前記小開口部に固定されている。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数組の誘電エラストマー駆動要素は、互いの軸方向が平行となるように直列配置されている。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数組の誘電エラストマー駆動要素は、前記軸方向視において互いに偏心している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、構造の複雑化を回避し小型化および軽量化を図るとともに動作のスムーズさおよび効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に基づく誘電エラストマー動作装置を概略的に示すシステム構成図である。
【図２】図１の誘電エラストマー動作装置の駆動手段を示す斜視図である。
【図３】図１の誘電エラストマー動作装置を構成する前の状態の誘電エラストマー駆動要素を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図１の誘電エラストマー動作装置を示す断面図である。
【図６】図１の誘電エラストマー動作装置を示す断面図である。
【図７】図１の誘電エラストマー動作装置を示す断面図である。
【図８】図１の誘電エラストマー動作装置の駆動手段の変形例を示す断面図である。
【図９】図１の誘電エラストマー動作装置の駆動手段の他の変形例を示す断面図である。
【図１０】図１の誘電エラストマー動作装置の駆動手段の他の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に基づく誘電エラストマー動作装置を示す概略断面図である。
【図１２】図１１の誘電エラストマー動作装置の駆動手段を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】
図１〜図７は、本発明の第１実施形態に基づく誘電エラストマー動作装置を示している。本実施形態の誘電エラストマー動作装置Ａ１は、駆動手段１、従動手段２および伝達手段３を備えている。誘電エラストマー動作装置Ａ１は、たとえば電源部５からの電圧付加に応じて、駆動手段１からの駆動力が伝達手段３を介して従動手段２へと伝達され、従動手段２の作動が実現される。誘電エラストマー動作装置Ａ１の用途は特に限定されず、典型的な例としては、たとえばロボットアームや義手等が挙げられる。
【００２４】
図１は、誘電エラストマー動作装置Ａ１を概略的に示すシステム構成図である。図２は、誘電エラストマー動作装置Ａ１の駆動手段１を示す斜視図である。図３は、後述する誘電エラストマー動作装置Ａ１を構成する前の状態の誘電エラストマー駆動要素１１を示す平面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図５〜図７は、誘電エラストマー動作装置Ａ１の動作における複数の状態を示す断面図である。
【００２５】
駆動手段１は、誘電エラストマー動作装置Ａ１の動作を生じさせる駆動力を発生する駆動源である。駆動手段１は、誘電エラストマー駆動要素１１、出力部１５、および張力維持要素１６を備える。なお、図１では、誘電エラストマー駆動要素１１を模式的に示しており、誘電エラストマー駆動要素１１は、誘電エラストマー層１１１および一対の電極層１１２を有しており、いわゆる人工筋肉と称される動作を可能とするものである。また、図１においては、理解の便宜上、張力維持要素１６を省略している。
【００２６】
誘電エラストマー層１１１は、誘電エラストマー駆動要素１１が人工筋肉として用いられることを考慮すると、弾性変形が可能であるとともに、絶縁強度が高いことが求められる。このような誘電エラストマー層１１１の材質は特に限定されないが、好ましい例として、たとえばシリコーンエラストマーやアクリルエラストマーが挙げられる。
【００２７】
一対の電極層１１２は、誘電エラストマー層１１１を挟んでおり、電源部５によって電圧が印加されるものである。電極層１１２は、導電性を有するとともに、誘電エラストマー層１１１の弾性変形に追従しうる弾性変形が可能な材質によって形成される。このような材質としては、弾性変形可能な主材に導電性を付与するフィラーが混入された材質が挙げられる。前記フィラーの好ましい例として、たとえばカーボンナノチューブが挙げられる。
【００２８】
誘電エラストマー駆動要素１１は、外部からの外力や拘束を受けていない場合、電源部５からの電圧が印加されていない状態においては、自発的な伸長や伸縮を生じていない自然長状態であり、外力が付与された場合に、誘電エラストマー層１１１の弾性変形が許容されている。電源部５から電圧が付与されると、一対の電極層１１２には、誘電エラストマー層１１１を挟んで正負の電荷が蓄えられる。これらの電荷のクーロン力により、一対の電極層１１２が互いに引き合い、誘電エラストマー層１１１が厚さ方向に圧縮される。この厚さ方向の圧縮に応じて、誘電エラストマー層１１１の厚さ方向視寸法が伸長する。このように、誘電エラストマー駆動要素１１は、電圧が印加されることにより、厚さ方向視寸法が伸長する挙動をとりうる。なお、本発明で言う誘電エラストマー駆動要素としては、電圧の印加により厚さ方向視寸法が伸長する構成に限定されず、電圧の印加によって厚さ方向視寸法が縮小する構成を採用してもよい。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態の駆動手段１は、２つの誘電エラストマー駆動要素１１、出力部１５、および張力維持要素１６を含む。
【００３０】
誘電エラストマー駆動要素１１は、軸方向に互いに離間した小開口部１２および大開口部１３を有する錐台筒状とされている。かかる構成の誘電エラストマー駆動要素１１は、一対の電極層１１２に電圧が印加されることにより、軸方向に伸長する挙動を示す。
【００３１】
図３および図４は、誘電エラストマー動作装置Ａ１（駆動手段１）が構築される前の状態の誘電エラストマー駆動要素１１を示している。これらの図に示すように、構築前の誘電エラストマー駆動要素１１は、平板上の円環形状である。このような誘電エラストマー駆動要素１１が、図４における上下方向に引っ張られることにより、上述した錐台筒状とされている。このため、誘電エラストマー動作装置Ａ１（駆動手段１）が構築された後の誘電エラストマー駆動要素１１は、一対の電極層１１２に電圧が印加されていない無電位状態において、張力が生じた状態に維持されている。
【００３２】
２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、互いの軸方向が一致し且つ互いの小開口部１２部が対向する配置とされている。出力部１５は、伝達手段３が接続される部位である。本実施形態においては、出力部１５は、２つの誘電エラストマー駆動要素１１の小開口部１２の間に配置されており、これらの小開口部１２に対して固定されている。
【００３３】
本実施形態においては、２つの誘電エラストマー駆動要素１１には、それぞれ独立して電圧が印加可能となるように、電源部５から２つの電源系統が接続されている。
【００３４】
張力維持要素１６は、２つ誘電エラストマー駆動要素１１の大開口部１３の軸方向における相対位置を固定することにより、無電位状態の２つの誘電エラストマー駆動要素１１に張力が生じた状態を維持するためのものである。図示された例においては、張力維持要素１６は、たとえば２つのリング１６１および複数のロッド１６２を有する。２つのリング１６１は、２つの誘電エラストマー駆動要素１１の大開口部１３にそれぞれ固定されている。複数のロッド１６２は、２つのリング１６１の軸方向位置を相対的に固定するためのものであり、各々の両端部分が２つのリング１６１に対して固定されている。
【００３５】
本実施形態においては、張力維持要素１６によって固定された２つの誘電エラストマー駆動要素１１の大開口部１３の距離は、電圧が印加されていない無電位状態の２つの誘電エラストマー駆動要素１１の軸方向寸法よりも大であるように設定されている。このため、無電位状態において、２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、軸方向において互いに引っ張り合う関係となっており、それぞれが弾性力を発揮した状態におかれている。言い換えると、２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、無電位状態における互いの張力が作用し合うように直列に接続されている。
【００３６】
伝達手段３は、駆動手段１の駆動力を従動手段２に伝達するためのものである。また、伝達手段３は、駆動手段１と従動手段２とをそれぞれ離間した位置に配置することを可能とするものである。このような伝達手段３としては、駆動力を伝達しうる様々な部材や機構を有するものを種々に採用することができる。
【００３７】
本実施形態においては、駆動手段１からの張力を伝達しうる構成として、ワイヤ３１を有する伝達手段３を例示している。ワイヤ３１は、金属からなる線材であり、誘電エラストマー層１１１と比べて弾性変形が顕著に小である。ワイヤ３１は、駆動手段１の出力部１５にその一端が接続されている。なお、本実施形態においては、駆動手段１が１つのみの出力部１５を有する構成であることから、伝達手段３は、１つ以上のワイヤ３１を備える構成であればよい。図示された例においては、後述する従動手段２の構成に応じて２つのワイヤ３１を具備しており、それぞれの一旦が出力部１５に接続されている。
【００３８】
従動手段２は、入力された駆動力にしたがって動作するものであり、従動要素２１を有する。従動要素２１は、具体的な動作が実現される要素である。なお、従動手段２は、伝達手段３によって伝達される駆動手段１からの駆動力に従動するものであればよく、典型的には、いわゆる間接機構を有するものが挙げられるがこれに限定されず、たとえば伸長収縮や屈曲などの弾性変形可能な弾性体からなる単一の連続体からなる従動要素２１を備えるものであってもよい。
【００３９】
図５〜図７に示すように、本実施形態においては、従動手段２は、複数の従動要素２１、複数の予備弾性部２２および複数の関節部２３１を有しており、関節機構を有する構成の一例である。複数の従動要素２１は、各々が相対的に移動可能とされており、本実施形態においては、相対的な回動が許容されている。図示された例の従動要素２１は、たとえば樹脂または金属などによって形成された筒体２１１からなる。本実施形態においては、図５に示す状態において、３つの筒体２１１が互いの軸方向が一致する姿勢で配置されている。
【００４０】
複数の関節部２３１は、複数の従動要素２１を互いに回動可能に連結するものであり、関節機構を実現するものである。関節部２３１は、隣り合う支柱２３同士を回動可能に連結している。
【００４１】
図示された３つの筒体２１１のうち図中下方に位置する２つの筒体２１１には、それぞれワイヤ孔２１３が形成されている。ワイヤ孔２１３は、伝達手段３のワイヤ３１を通過させるためのものである。また、筒体２１１には、ワイヤ固定部２１４が設けられている。ワイヤ固定部２１４は、筒体２１１の内面片側（図中右側）において、伝達手段３のワイヤ３１の一端が固定された部位である。
【００４２】
図示された例においては、図中最上位の筒体２１１に接続されたワイヤ３１は、ワイヤ固定部２１４から下方に向かうほど図中左右方向においてワイヤ固定部２１４から離間するように筒体２１１の軸方向に対して傾斜している。これは、図中中位に位置する筒体２１１のワイヤ孔２１３がワイヤ固定部２１４から離間する側である図中左側に設けられていることによる。同様に、図中中位の筒体２１１に接続されたワイヤ３１は、ワイヤ固定部２１４から下方に向かうほど図中左右方向においてワイヤ固定部２１４から離間するように筒体２１１の軸方向に対して傾斜している。これは、図中最下位に位置する筒体２１１のワイヤ孔２１３がワイヤ固定部２１４から離間する側である図中左側に設けられていることによる。
【００４３】
予備弾性部２２は、従動要素２１を特定方向Ｄ１に動作させるためのものである。本実施形態においては、２つの予備弾性部２２が、互いに隣り合う筒体２１１（従動要素２１）に固定されている。予備弾性部２２の材質は特に限定されないが、弾性力を確実に発揮しうる材質として、たとえばゴムが挙げられる。仮に、伝達手段３によって複数の従動要素２１が駆動手段１に接続されていない場合、複数の従動要素２１は、予備弾性部２２の弾性力によって、図５に示す状態から特定方向Ｄ１に屈曲させられる。
【００４４】
次に、図５〜図７を参照して、誘電エラストマー動作装置Ａ１の動作について説明する。
【００４５】
図５は、複数の従動要素２１が直立した状態である。この状態においては、駆動手段１の２つの誘電エラストマー駆動要素１１のうち図中下方の誘電エラストマー駆動要素１１にのみ電圧が印加されており、無電位状態に対して軸方向（図中上下方向）に寸法Ｓ１だけ伸長し、これに対応して図中上方の誘電エラストマー駆動要素１１が収縮している。また、出力部１５が、電圧を印加しない状態に比べて図中上方に寸法Ｓ１だけ移動している。これにより、従動手段２は、予備弾性部２２によって複数の従動要素２１が特定方向Ｄ１に移動することが許容され、結果として、複数の従動要素２１が直立している。
【００４６】
図６は、２つの誘電エラストマー駆動要素１１のいずれにも電圧を印加していない無電位状態である。このため、２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、いずれも電圧印加による積極的な伸長挙動を示していない。したがって、出力部１５は、図５と比べて寸法Ｓ１だけ、図中下方に位置している。この出力部１５の移動にしたがって、伝達手段３のワイヤ３１を介して従動手段２に伝達される張力が増大する。これにより、図中上方の２つの筒体２１１が支柱２３の関節部２３１を支点として回動する。この結果、従動手段２は、特定方向Ｄ１と反対側に若干屈曲した姿勢をとる。
【００４７】
なお、図６に示す状態においては、２つの誘電エラストマー駆動要素１１には、いずれも電圧が印加されていない無電位状態である。無電位状態においては、２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、張力維持要素１６によって張力が維持されている。張力維持要素１６による２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、互いに釣り合っている。このため、駆動手段１の２つの誘電エラストマー駆動要素１１の弾性力と従動手段２の２つの予備弾性部２２とが均衡することのみによって図示された従動手段２の姿勢が実現されており、電気エネルギーはなんら付与されていない。このような状態は、誘電エラストマー動作装置Ａ１における中立状態と呼ぶことができる。
【００４８】
図７は、図中上方の誘電エラストマー駆動要素１１にのみ電圧が印加されており、図６に示す状態に対して、この誘電エラストマー駆動要素１１が軸方向（図中上下方向）に寸法Ｓ１だけ伸長する。これにより、出力部１５は、図６に示す中立状態よりも軸方向において寸法Ｓ１だけ図中下方に移動する。これにより、伝達手段３のワイヤ３１を介して、従動手段２に伝達される張力が増大することから、図中上方の２つの筒体２１１が支柱２３の関節部２３１を支点として回動し、従動手段２が特定方向Ｄ１と反対側にさらに屈曲した姿勢をとる。
【００４９】
図５および図７に示す状態を、それぞれの誘電エラストマー駆動要素１１に最大電圧を印加した状態とすると、誘電エラストマー動作装置Ａ１は、図５〜図７に示す状態およびこれらの中間に相当する状態を、電圧の印加を制御することにより、任意に且つ連続して自在に設定することが可能である。このような制御により、誘電エラストマー動作装置Ａ１は、いわゆるロボットアームや義手等として期待される動作を実現することができる。
【００５０】
次に、誘電エラストマー動作装置Ａ１の作用について説明する。
【００５１】
本実施形態によれば、駆動手段１は、誘電エラストマー駆動要素１１を有することにより駆動力を発揮する。誘電エラストマー駆動要素１１は、電圧印加の大きさを制御することによって変形の大きさや速度を自在に制御することが可能である。また、駆動手段１は、伝達手段３のワイヤ３１を進退させる向き（軸方向）の駆動力を発揮する。このため、たとえば電動モータを用いた構成において必要とされる、回転駆動力を進退動に変換する機構が不要である。また、誘電エラストマー駆動要素１１は、電動モータと比べて軽量に仕上げやすい。したがって、誘電エラストマー動作装置Ａ１の小型化および軽量化を図ることができる。
【００５２】
駆動手段１は、無電位状態において、張力維持要素１６によって２つの誘電エラストマー駆動要素１１に張力が生じた状態が維持されている。このため、２つの誘電エラストマー駆動要素１１のいずれかに電圧が印加されると、印加された側の誘電エラストマー駆動要素１１の電圧印加による伸長に加えて、あらかじめ維持されていた張力によって出力部１５がより速やかに移動する。したがって、従動手段２をよりなめらかに動作させることができる。
【００５３】
伝達手段３を備えることにより、駆動手段１と従動手段２とを互いに離間した位置に設けることが可能である。これにより、従動手段２の大きさは、駆動手段１の大きさに依存しない。したがって、たとえば医療分野等での利用など、より離れた位置により小さい従動手段２を配置した動作が求められる場合に好ましい。ワイヤ３１によって構成された伝達手段３は、その伝達距離を容易に延長することが可能である。
【００５４】
図６を参照して説明したように、誘電エラストマー動作装置Ａ１においては、従動手段２が可動範囲における中立位置におかれる上述した中立状態を、駆動手段１になんら電圧を印加することなく保持することが可能である。このため、誘電エラストマー動作装置Ａ１の無電位状態として中立状態を選択すると、この中立状態を継続する限り、エネルギー消費は発生しない。したがって、誘電エラストマー動作装置Ａ１によれば、より省エネルギーでの運用が可能となる。
【００５５】
図８〜図１２は、本発明の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００５６】
図８は、駆動手段１の変形例を示している。本変形例においては、２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、互いの軸方向が一致し且つ互いの大開口部１３部が対向する配置とされている。そして、出力部１５は、２つの誘電エラストマー駆動要素１１の大開口部１３の間に配置されており、これらの大開口部１３に対して固定されている。また、本変形例においては、２つの誘電エラストマー要素１１の小開口部１２の軸方向における相対位置が、張力維持要素１６によって固定されている。このような変形例によっても、誘電エラストマー動作装置Ａ１をよりなめらかに動作させることができる。
【００５７】
図９は、駆動手段１の他の変形例を示している。本変形例においては、２つの誘電エラストマー駆動要素１１の各々が、図中上下方向に延びる軸を中心として巻き取られた形態とされている。図中上方の誘電エラストマー駆動要素１１の下端と図中下方の誘電エラストマー駆動要素１１の上端とが、出力部１５に固定されている。また、図中上方の誘電エラストマー駆動要素１１の上端と図中下方の誘電エラストマー駆動要素１１の下端とが、張力維持要素１６に固定されている。本変形例においても、２つの誘電エラストマー駆動要素１１は、無電位状態において張力維持要素１６によって図中上下方向に引っ張られた状態で拘束されている。このため、２つの誘電エラストマー駆動要素１１には、無電位状態において張力が生じた状態が維持されている。このような変形例によっても、誘電エラストマー動作装置Ａ１をよりなめらかに動作させることができる。
【００５８】
図１０は、駆動手段１の他の変形例を示している。本変形例においては、駆動手段１は、１つの誘電エラストマー駆動要素１１、出力部１５および張力維持要素１６を有する。誘電エラストマー駆動要素１１は、たとえば円筒状である。張力維持要素１６は、ばね１６３と２つのプレート１６４とを有する。ばね１６３は、たとえばつるまきばねであり、誘電エラストマー駆動要素１１の張力を維持するための弾性力を発揮する。プレート１６４は、ばね１６３の両端に固定されている。なお、本変形例においては、図中上方のプレート１６４にワイヤ３１が接続されている。このため、図中上方のプレート１６４は、出力部１５を兼ねている。
【００５９】
誘電エラストマー駆動要素１１は、ばね１６３を囲むようにして２つのプレート１６４にその両端が固定されている。ただし、誘電エラストマー駆動要素１１の自然長は、ばね１６３の自然長よりも短く設定されている。このため、駆動手段１が構築された状態においては、誘電エラストマー駆動要素１１は、伸長させられている一方、ばね１６３は、圧縮されている。これにより、誘電エラストマー駆動要素１１には張力が生じており、ばね１６３には、圧縮力が生じている。そしてこれらの張力と圧縮力とが釣り合っている。
【００６０】
本変形例においては、無電位状態から誘電エラストマー駆動要素１１に電圧を印加すると、誘電エラストマー駆動要素１１が伸長し、２つのプレート１６４の距離が大となる。このため、たとえば図中下方のプレート１６４を外部に対して固定しておけば、電圧の印加によって出力部１５を自在に移動させることができる。このような変形例によっても、誘電エラストマー動作装置Ａ１をよりなめらかに動作させることができる。
【００６１】
図１１は、本発明の第１実施形態に基づく誘電エラストマー動作装置を示している。本実施形態の誘電エラストマー動作装置Ａ２は、駆動手段１、複数の従動手段２および伝達手段３を備えており、駆動手段１によって複数の従動手段２が動作する。
【００６２】
複数の従動手段２は、各々が駆動手段１による駆動力に従動する構成であればその具体的構成は特に限定されない。図示された例においては、誘電エラストマー動作装置Ａ１の従動手段２と同様の構成の従動手段２が採用されている。また、複数の従動手段２の相対的な配置は特に限定されない。図示された例においては、人間の五指に類似した配置とされている。
【００６３】
駆動手段１は、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１を有している。各組の誘電エラストマー駆動要素１１は、２つの誘電エラストマー駆動要素１１によって構成されている。この２つの誘電エラストマー駆動要素１１の構成は、特に限定されないが、図示された例においては、上述した誘電エラストマー動作装置Ａ１における２つの誘電エラストマー駆動要素１１と同様の錐台筒状である。
【００６４】
張力維持要素１６は、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１を拘束しており、無電位状態の複数組の誘電エラストマー駆動要素１１に張力が生じた状態を維持する。張力維持要素１６の具体的構成は特に限定されないが、複数のリング１６１および複数のロッド１６２を有する。複数リング１６１は、複数のロッド１６２によって図中上下方向に互いに離間した状態で固定されている。隣り合うリング１６１の距離は、無電位状態の２つの誘電エラストマー駆動要素１１に張力を生じさせる距離に設定されている。このような構成により、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１は、張力が維持された無電位状態から電圧を印加させることによる駆動挙動を、各々が独立して実行可能となっている。
【００６５】
複数組の誘電エラストマー駆動要素１１は、それぞれの軸方向が互いに平行となるように直列配置されている。図１２は、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１を示す平面図であり、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１の軸方向視を示している。本実施形態においては、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１は、軸方向視において互いに偏心した配置とされている。
【００６６】
伝達手段３は、複数のワイヤ３１を有している。複数組の誘電エラストマー駆動要素１１に固定された出力部１５には、複数のワイヤ３１が各別に接続されている。ワイヤ３１は、出力部１５の軸方向視中央に接続されている。複数組の誘電エラストマー駆動要素１１が偏心した配置とされていることにより、複数のワイヤ３１も互いに偏心した配置となっている。なお、図１１においては、図示の便宜上、複数のワイヤ３１が図中左右方向に並んだように模式的に示している。複数のワイヤ３１は、たとえば図１２に示す多角形の頂点をなす配置とすることができる。出力部１５には、必要に応じた個数のワイヤ孔１５１が形成されている。ワイヤ孔１５１は、その出力部１５よりも図１１における図中下方に位置する出力部１５に接続されたワイヤ３１を通過させるためのものである。
【００６７】
伝達手段３は、さらに複数のプーリー３２を有している。複数のプーリー３２は、駆動手段１から延びてきた複数のワイヤ３１を、各々が駆動力を伝達すべき従動手段２へと向かわせるためのものである。
【００６８】
本実施形態によっても、誘電エラストマー動作装置Ａ２の小型化および軽量化を図ることが可能であるとともに、従動手段２をよりなめらかに動作させることができる。また、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１を直列状態に配置することにより、駆動手段１が幅広いものとなってしまうことを回避することができる。複数組の誘電エラストマー駆動要素１１を互いに偏心させることにより、出力部１５の中央にワイヤ３１を接続しつつ、ワイヤ３１同士が干渉することを防止することができる。出力部１５の中央にワイヤ３１を接続することは、複数組の誘電エラストマー駆動要素１１の各々をスムーズに動作させ、ワイヤ３１を介して効率よく駆動力を伝達するのに適している。
【００６９】
本発明に係る誘電エラストマー動作装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る誘電エラストマー動作装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００７０】
たとえば、誘電エラストマー動作装置の用途によってより大きな動作力が求められる場合、駆動手段の誘電エラストマー駆動要素の駆動力を増幅する機構を、駆動手段または伝達手段に備えてもよい。このような増幅機構としては、たとえばプーリー等のてこの原理を活用した種々の機構が挙げられる。無電位状態の誘電エラストマー駆動要素１１に張力が維持される構成により、駆動手段１は、張力（引っ張る力）だけでなく圧力（押す力）を発揮可能である。このため、伝達手段３として張力（引っ張る力）だけでなく圧力（押す力）を伝達しうる部材を含む構成を採用してもよい。この場合、上述した予備弾性部２２を備えなくとも、従動手段２を動作させることができる。
【符号の説明】
【００７１】
Ａ１，Ａ２      誘電エラストマー動作装置
１      駆動手段
１１      誘電エラストマー駆動要素
１１１      誘電エラストマー層
１１２      電極層
１２      小開口部
１３      大開口部
１５      出力部
１５１      ワイヤ孔
１６      張力維持要素
１６１      リング
１６２      ロッド
１６３      ばね
１６４      プレート
２      従動手段
２１      従動要素
２１１      筒体
２１２      支柱孔
２１３      ワイヤ孔
２１４      ワイヤ固定部
２２      予備弾性部
２３１      関節部
３      伝達手段
３１      ワイヤ
５      電源部
【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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