(57)【要約】【課題】小型、軽量且つ応答速度に優れたアクチュエータ、ロボット装置及び駆動力の制御方法を提供する。【解決手段】本発明は、ＭＥＡ１で行われる電気化学的な反応によりガス量を制御し、ＭＥＡ１を備えるアクチュエータの駆動力を制御することを特徴とする。ＭＥＡ１によれば、小型化及び軽量することができると共に、ガス量を制御するための電気化学的な反応を即座に行うことができるため、要求される駆動力に対して応答速度に優れたアクチュエータを提供することができる。【選択図】図１
2004156684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的な反応により制御されるガス量に応じた駆動力を提供するアクチュエータであって、
イオン伝導性を有する伝導体と、該伝導体を挟んで対峙する電極とを備える接合体を有し、
前記駆動力は、前記接合体で行われる電気化学的な反応により生成又は消費されるガスのガス量に応じて可変とされること
を特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記ガス量の制御は、前記電極に印加される電圧を制御するための電圧制御手段により行われること
を特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記伝導体は、プロトン伝導性を有する固体高分子膜であること
を特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記固体高分子膜には水が供給されること
を特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記電極は、カーボン電極であること
を特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記電極は、金属触媒を担持したカーボン電極であること
を特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記電極は、高吸水性材料を用いた電極であることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記ガスは、前記水が前記接合体で電気分解されることにより生成される少なくとも水素又は酸素であること
を特徴とする請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記水素及び前記酸素のガス量は、前記水の供給量に応じて制御されること
を特徴とする請求項８記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記接合体で行われる電気分解に対する逆反応により前記水素及び前記酸素のガス量を減少させること
を特徴とする請求項８記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記逆反応により得られる電力により前記電気分解が行われること
を特徴とする請求項１０記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
電気化学的な反応により制御されるガス量に応じて可動部を変位させるアクチュエータであって、
イオン伝導性を有する伝導体及び該伝導体を挟んで対峙する電極を備える接合体を備え、
前記可動部は、前記接合体で行われる電気化学的な反応により生成又は消費されるガス量に応じて変位すること
を特徴とするアクチュエータ。
【請求項１３】
前記可動部の変位量は、前記ガスを排出することにより制御されること
を特徴とする請求項１２記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記ガスは、弁を開閉することにより前記可動部から排出されること
を特徴とする請求項１２記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
電気化学的な反応により制御されるガス量に応じた駆動力を提供するアクチュエータにより駆動されるロボット装置であって、
前記アクチュエータは、イオン伝導性を有する伝導体及び該伝導体を挟んで対峙する電極を備える接合体を有し、
前記接合体で行われる電気化学的な反応により生成又は消費されるガスのガス量に応じて可変とされる駆動力により駆動されること
を特徴とするロボット装置。
【請求項１６】
前記ガスは、前記電気化学的な反応により水を電気分解して生成される少なくとも水素又は酸素であること
を特徴とする請求項１５記載のロボット装置。
【請求項１７】
前記水は、前記アクチュエータを備える装置本体に配設された供給口から供給され、前記ガスは、前記装置本体の外部に排出されること
を特徴とする請求項１５記載のロボット装置。
【請求項１８】
前記酸素の体積変化及び／又は圧力変化に応じて前記アクチュエータを駆動させること
を特徴とする請求項１６記載のロボット装置。
【請求項１９】
前記電気化学的な反応に対する逆反応により取得される電力を蓄電する蓄電池、又は前記電力により前記電気化学的な反応を行う燃料電池を有すること
を特徴とする請求項１６記載のロボット装置。
【請求項２０】
前記水素は、前記燃料電池で酸素と反応させるための燃料とされること
を特徴とする請求項１９記載のロボット装置。
【請求項２１】
電気化学的な反応により制御されるガス量に応じてアクチュエータの駆動力を制御する駆動力の制御方法であって、
イオン伝導性を有する伝導体と、該伝導体を挟んで対峙する電極とを備える接合体で行われる電気化学的な反応により前記ガス量を制御すること
を特徴とする駆動力の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータ、ロボット装置及び駆動力の制御方法に関する。更に詳しくは、小型、軽量、且つ高速な応答が可能なアクチュエータ、ロボット装置及び駆動力の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボット（ｒｏｂｏｔ）」という。わが国では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｒｏｂｏｔ）であった。
【０００３】
最近では、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボット、或いは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた「人間形」若しくは「人間型」のロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ  ｒｏｂｏｔ）など、脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。
【０００４】
このように動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされたロボットは、介護支援、危険作業、エンターテイメント等の様々な方面で注目されており、動物のように多くの関節を有し、これら関節を連動させることにより複雑な動作を行うことを求められている。
【０００５】
これら関節の如き可動部を駆動するためには、例えば、磁気回転モータの如き機械的な駆動機構を有するアクチュエータが用いることができる。このような機械的な駆動機構を有するアクチュエータにおいては、駆動機構を構成する各部は通常金属の如き比較的重量の大きい材料で形成される。
【０００６】
また、金属の如き比較的重量の大きい材料により形成されるアクチュエータを可動部に組み込んだ場合には、可動部を駆動する際にアクチュエータ自身の重量が大きな負荷となる。このようなアクチュエータによれば、可動部を駆動させるために要求される駆動力が大きなものとなるだけでなく、要求される駆動力を発生させるためにさらに大型のアクチュエータを用いることになる。よって、駆動力を高めるためのアクチュエータの出力の向上と、アクチュエータ自身の重量の低減という両立させることが困難な問題を解消する技術が求められていた。
【０００７】
さらにまた、駆動力の発生させるために磁気回転モータを用いる際には、要求される回転数及びトルクを調整するための減速器が必要となる。このような減速器に用いられるギヤは磨耗により徐々に性能が低下する問題がある。また、駆動力を発生させるために低速回転で高いトルクが得られる超音波モータを用いた場合、上述の如き減速器は不要となる。しかしながら、一般に超音波モータも金属で構成され、可動部を駆動させるために十分な駆動力を発生させるためには、超音波モータの大型化に伴う重量の増大を招く。
【０００８】
そこで、このような磁気回転モータや超音波モータの如き機械的な駆動機構を有するアクチュエータに代わり、ガスや液体の如き流体の圧力を利用し、磁気回転モータや超音波モータの如き機械的な駆動機構を有しないアクチュエータも知られている。このようなアクチュエータによれば、ポンプにより圧力が制御された流体をシリンダ、ピストン又はバルーンの如き可動部に供給し、流体の圧力に応じてこれら可動部がスライド、或いは変形されることにより各関節を駆動することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、流体の圧力を利用したアクチュエータを備えるロボットに所要の動作を行わせる際には、各可動部で要求される駆動力を出力することができるポンプが必要とされる。特に、小型ロボットに所要の動作を行わせるための、軽量、且つ充分な十分な出力を提供することができるポンプが殆どなく、ロボットの装置本体の小型化が難しいものとされている。
【００１０】
一方、ガスや液体の如き流体の圧力を制御するためのポンプに代わる圧力制御装置として、水素吸蔵合金から生成された水素ガスの圧力を利用して、アクチュエータを駆動する技術が知られている（例えば、特許文献１、又は特許文献２。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−１７６８７３号公報
【特許文献２】
特開平８−１９３２８６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１又は特許文献２に開示された技術によれば、電解液中に浸漬された水素吸蔵合金と該水素吸蔵合金の対極とに電圧を印加し、水素吸蔵合金から発生する水素ガスを滞留させる高圧ガス部に供給する。そして、高圧ガス部で高い圧力状態とされた水素ガスの圧力により、アクチュエータを駆動することができる。
【００１３】
しかしながら、水素吸蔵合金と水素ガスの圧力の平衡は水素吸蔵合金が電解液に触れている面において成立するので、高圧ガス部の水素ガスの圧力のみを挙げることは難しい。さらに、高圧ガス部の水素ガスの圧力だけでなく、電解液、対極及び水素吸蔵合金を含む電解セル内の全域の圧力が同時に上昇し、高圧ガス部の水素ガスの圧力のみを制御することによるアクチュエータの駆動が困難となる。
【００１４】
また、電解液として酸性又はアルカリ性の強い液体を用いるため、酸やアルカリによるアクチュエータを構成する部材の劣化、アクチュエータを取扱う上での利便性も損なわれる。さらに、電解セルの密閉性の低下、酸やアルカリに対する安全性の確保及びアクチュエータのメンテナンスに問題が生じる。
【００１５】
さらに、水素吸蔵合金の比重が比較的大きく、このような水素吸蔵合金を含むアクチュエータ自身の重量の増大を招く。従って、小型ロボットの駆動する際の負荷が大きくなり、アクチュエータに要求される出力も増大し、ロボットに所要の動作を行わせることが困難となる。特に、小型ロボットに搭載されるアクチュエータは軽量であることが要求され、アクチュエータの軽量化と十分な駆動力の供給とを両立することが難しい。
【００１６】
また、電解液と水素吸蔵合金との界面で発生した水素ガスは、水素吸蔵合金中を拡散することにより高圧ガス部に移動し、その水素ガスの圧力によりアクチュエータを駆動させることができる。しかしながら、水素吸蔵合金中を水素ガスが拡散するガス拡散速度が遅いため、アクチュエータとして迅速に駆動力を供給する応答速度が遅くなり、速やかにロボットを動作させることが困難となる。
【００１７】
よって、本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、小型、軽量且つ応答速度に優れたアクチュエータ、ロボット装置及び駆動力の制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクチュエータは、電気化学的な反応により制御されるガス量に応じた駆動力を提供するアクチュエータであって、イオン伝導性を有する伝導体と、該伝導体を挟んで対峙する電極とを備える接合体を有し、駆動力は、接合体で行われる電気化学的な反応により生成又は消費されるガスのガス量に応じて可変とされることを特徴とする。伝導体と、伝導体を挟んで対峙するように接合された電極を含む接合体で電気化学的な反応に生成又は消費されるガスのガス量を制御することにより、ガス量に応じてアクチュエータから出力される駆動力を制御することができる。さらに、電解液を用いることなく、接合体の如き固体で電気化学的な反応が行われることによりアクチュエータの取扱も容易となる。
【００１９】
また、このようなアクチュエータによれば、ガス量の制御は、電極に印加される電圧を制御するための電圧制御手段により行われることを特徴とする。アクチュエータに駆動力を生じさせるガス量を電圧制御手段により制御することにより、電圧を制御するだけで容易に駆動力を制御することが可能となる。
【００２０】
さらにまた、このようなアクチュエータによれば、伝導体は、プロトン伝導性を有する固体高分子膜であることを特徴とする。伝導体がプロトン伝導性を有することにより、電気化学的な反応が迅速に行われ、接合体は、アクチュエータに要求される駆動力に応じて迅速にガスを生成又は消費することが可能となる。また、伝導体として固体高分子膜を用いることにより、アクチュエータの取扱いも容易となる。
【００２１】
また、このようなアクチュエータによれば、固体高分子膜には水が供給されることを特徴とする。水を電気化学的に反応させることにより、酸やアルカリを反応させることなく安全に駆動力を出力することが可能となる。従って、安全性が確保されるだけでなく、アクチュエータの劣化を低減することができる。
【００２２】
さらにまた、本発明のアクチュエータにおいては、電極はカーボン電極であることを特徴とする。このような電極によれば、装置本体を軽量化できるとともに、アクチュエータの駆動力を発生させるための電気化学的な反応効率良く行うことができる。
【００２３】
また、本発明のアクチュエータによれば、電極は金属触媒を担持したカーボン電極であることを特徴とする。金属触媒を担持したカーボン電極を用いることにより伝導体に効率良く電圧を印加することができ、さらに接合体において電気化学的な反応が効率良く行われる。
【００２４】
また、本発明のアクチュエータによれば、電極は、高吸水性材料を用いた電極であることを特徴とする。このような電極によれば、ガスを生成するための水が不足することを低減することが可能であり、長時間アクチュエータを駆動させることができる。
【００２５】
また、このようなアクチュエータによれば、ガスは、水が接合体で電気分解されることにより生成される少なくとも水素又は酸素であることを特徴とする。ガスを生成するための原料として水を用いることにより、少量の水で多量のガスを発生させることができ、大きな駆動力を出力することが可能となる。
【００２６】
さらにまた、このようなアクチュエータによれば、接合体で行われる電気分解に対する逆反応により水素及び酸素のガス量を減少させることを特徴とする。ガス量の制御を電気分解とその逆反応により制御することにより、迅速に駆動力を制御することが可能となる。
【００２７】
また、このようなアクチュエータによれば、逆反応により得られる電力により電気分解が行われることを特徴とする。逆反応を行うことにより生じる電力を電気分解に用いることにより、アクチュエータを作動させるためのエネルギーを低減することができ、エネルギー効率が良好なアクチュエータを提供することができる。
【００２８】
本発明のアクチュエータは、電気化学的な反応により制御されるガス量に応じて可動部を変位させるアクチュエータであって、イオン伝導性を有する伝導体及び該伝導体を挟んで対峙する電極を備える接合体を備え、可動部は、接合体で行われる電気化学的な反応により生成又は消費されるガス量に応じて変位することを特徴とする。
【００２９】
このようなアクチュエータによれば、可動部の変位量は、ガスを排出することにより制御されることを特徴とする。電気化学的な反応により、ガス量を制御するだけでなく、ガスをアクチュエータの外部に排出することにより駆動力に寄与するガスの圧力を制御することができる。
【００３０】
また、このようなアクチュエータによれば、ガスは、弁を開閉することにより可動部から排出されることを特徴とする。弁の開閉により容易にガス量の制御することができ、駆動力を自在に制御することが可能となる。
【００３１】
本発明のロボット装置は、電気化学的な反応により制御されるガス量に応じた駆動力を提供するアクチュエータにより駆動されるロボット装置であって、アクチュエータは、イオン伝導性を有する伝導体及び該伝導体を挟んで対峙する電極を備える接合体を有し、接合体で行われる電気化学的な反応により生成又は消費されるガスのガス量に応じて可変とされる駆動力により駆動されることを特徴とする。
【００３２】
このようなロボット装置によれば、ガスは、電気化学的な反応により水を電気分解して生成される少なくとも水素又は酸素であることを特徴とする。電気化学的な反応で生成又は消費されるガスにより駆動されることにより、ロボット装置は所要の動作を迅速に行うことができる。
【００３３】
また、このようなロボット装置によれば、水はアクチュエータを備える装置本体に配設された供給口から供給され、ガスは、装置本体の外部に排出されることを特徴とする。したがって、ロボット装置を動作させる際に水を供給し、更に動作させることにより生じる水素ガス及び酸素ガスを空気中にそのまま排出することができるため、環境に悪影響を殆ど及ぼさないロボット装置を提供することができる。
【００３４】
また、本発明のロボット装置においては、酸素の体積変化及び／又は圧力変化に応じてアクチュエータを駆動させることを特徴とする。酸素のみによりアクチュエータを駆動させることにより、安全にロボット装置を作動させることができる。
【００３５】
さらにまた、本発明のロボット装置は、電気化学的な反応に対する逆反応により取得される電力を蓄電する蓄電池、又は燃料電池を有することを特徴とする。このようなロボット装置によれば、水素及び酸素を生成する電気化学的な反応に対する逆反応を行うことにより発電することができ、発電により生じる電力が蓄電された蓄電池、又は燃料電池から電力を取り出すことにより、水の電気分解を行うことができる。
【００３６】
また、このようなロボット装置によれば、水素は、燃料電池で酸素と反応させるための燃料とされることを特徴とする。したがって、ロボット装置を駆動させるためのエネルギー効率が飛躍的に向上すると共に、蓄電池への１回の充電によるロボット装置の稼働時間を大幅に延ばすことが可能となる。さらに、燃料電池を搭載しているにも関わらず、水素やアルコールの如き燃料物質の供給が不要となり、蓄電池への充電という簡便な方法によりロボット装置全体の稼動が可能となる。
【００３７】
本発明の駆動力の制御方法は、電気化学的な反応により制御されるガス量に応じてアクチュエータの駆動力を制御する駆動力の制御方法であって、イオン電気伝導性を有する伝導体と、該伝導体を挟んで対峙する電極とを備える接合体で行われる電気化学的な反応により前記ガス量を制御することを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のアクチュエータ及びこれを用いたロボット装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明のアクチュエータにおける駆動力の制御方法を説明するための図であって、膜接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：以下、ＭＥＡと称す。）における電気化学的な反応による駆動力の制御方法を説明するための図である。
【００４０】
ＭＥＡ１は、プロトン伝導体としての固体高分子膜２と、固体高分子膜２の両面に接合された電極極３及び電極４により構成される。また、ＭＥＡ１に電圧を供給する電源と電圧制御手段としてのコントローラからなる電圧供給部５が電極３及び電極４に接続されている。
【００４１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すＭＥＡ１は、例えば、所謂燃料電池として電気化学的な反応が行われる主要部として汎用とされるものであり、正極に供給される水素と、負極に供給される酸素若しくは酸素を含む空気から電気化学的な反応により水を生成する際に発生する起電力を取り出すことをできる膜接合体である。
【００４２】
ＭＥＡ１は、化学式１に示すように、水素と酸素から水を生成する際に起電力を取り出すことができるだけでなく、水を電気分解して水素と酸素を生成することが可能である。ＭＥＡ１は、液体である水から気体である水素及び酸素を生成することができるだけでなく、水の電気分解の逆反応を行うことにより水素及び酸素から水を生成し、アクチュエータの駆動力を発生させる水素及び酸素のガス量を制御することができる。また、固体高分子膜２により空気中の水分を吸湿させても良い。
【００４３】
【化１】
2004156684.tif 000003
【００４４】
固体高分子膜２は、プロトン伝導性を有する膜であり、水の電気分解による水素及び酸素の生成、又は水素及び酸素から水を生成する際に電極３，４間におけるプロトンの移動を媒介する。本例では、固体高分子膜２として、固体高分子型（ＰＥＦＣ）燃料電池に汎用とされるナフィオン（登録商標）を用いた。このような固体高分子膜２によれば、プロトンは電極３，４間で容易に移動することができる。また、固体高分子膜２に水が含浸された状態で水素及び酸素のガス量を制御するための電気化学的な反応が行われる。固体高分子膜２に供給される水量を制御することにより、生成される水素及び酸素のガス量を制御することが可能となる。また、電極３，４に印加する電圧を電圧供給部５で切り替えることにより水の電気分解を制御し、生成されるガス量を制御することもできる。さらに、固体高分子膜２として吸水性を有する材料を選択することにより、空気中の水分を吸湿することができ、高い効率で水素及び酸素を生成することが可能となる。
【００４５】
電極３，４は、固体高分子膜２の両面にそれぞれ接合された状態で電圧供給部５に接続され、電圧供給部５から所要の電圧が印加される。本例では、電極３，４としてカーボン電極を用いるが、電極３，４を形成する電極材料はカーボンに限定されるものでない。また、電気化学的な反応を効率良く行わせるための触媒や、固体高分子膜２を電極３，４に接合するためのバインダを介して電極３，４と固体高分子膜２とが接合されていても良い。本例では、電気化学的な反応を効率良く行うために、電極３，４のそれぞれと固体高分子膜２との間に触媒としての図示しない白金微粒子を形成した。
【００４６】
ＭＥＡ１を形成する一例として、例えば固体高分子膜２を１５０℃のホットプレートで加熱した状態で白金微粒子が付着した電極３，４を固体高分子膜２に圧着させる。また、電極（面積が１ｃｍ２）３，４を固体高分子膜２に圧着させる際には、ＭＥＡ１に５分間０、５トンの圧力を加えても良い。このようにして形成されたＭＥＡ１の重量は約０．０５ｇであり、アクチュエータに用いるＭＥＡとしては十分軽量なものである。
【００４７】
また、ＭＥＡ１は、酸素を含む空気が供給される際に効率良く電極３，４と固体高分子膜２との接合界面に空気を拡散させるための拡散層、又は水素と酸素から水を生成する際に生じる電力を回収するための集電体を備えていても良い。さらに、ＭＥＡ１を複数のＭＥＡからなる構造とし、それぞれのＭＥＡを集電体としてのセパレータにより隔絶することもできる。また、ＭＥＡ１には、水を電気分解することにより水素と酸素を生成する際に必要とされる電圧を供給するための電源が接続されていても良い。ＭＥＡ１が複数のＭＥＡにより形成されている場合には、１つのＭＥＡのよる場合に比べて大量の水素及び酸素を反応させることが可能となり、より大きな駆動力を発生させることもできる。
【００４８】
さらに、図１（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、駆動力の制御方法について詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、ＭＥＡ１に供給された水を電気分解することにより水素と酸素を生成する。
【００４９】
水を電気分解する際には、電極３を負極とし、電極４を正極とした状態で、電極４に供給された水が化学式２に示すように、酸素（Ｏ２）、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ−）に分解され、酸素（Ｏ２）が生成される。
【００５０】
【化２】
2004156684.tif 000004
【００５１】
負極とされる電極３では、化学式３に示すように、固体高分子膜２を介して移動してきたプロトン（Ｈ＋）が電子（ｅ−）と結合し、水素が生成される。
【００５２】
【化３】
2004156684.tif 000005
【００５３】
このように、負極とされる電極３で水素を生成し、正極とされる電極４で酸素を生成することにより、水（Ｈ２Ｏ）１ｍｏｌから、水素（Ｈ２）１ｍｏｌ及び酸素（Ｏ２）０．５ｍｏｌを生成することができ、水素のみを利用して駆動力を取得する場合に比べて効率良くガスを利用することができる。さらに、理想気体の状態方程式によれば、圧力が１ａｔｍ、温度が２９８Ｋの下では、１ｍｌの水（Ｈ２Ｏ）から水素及び酸素を２×１０３ｍｌ生成することができる。生成された水素及び酸素の体積は水の体積の約２０００倍となり、生成されたガスの急激な体積増加、又はガス発生時の圧力変化を利用してアクチュエータを駆動することができる。つまり、簡単に説明すると、僅かな水分で大きな体積の気体を得ることができる。
【００５４】
例えば、生成された水素及び酸素の如きガスは、アクチュエータの可動部とされるピストンが収納されたシリンダに逐次送り込まれ、シリンダ内におけるガス量の増加によりピストンが押圧される。また、シリンダに送り込まれるガスの圧力変化に伴ってピストンが押圧されても良い。また、アクチュエータの可動部はピストンに限定されず、生成されるガス量の増加に伴うガスの体積増加、又は圧力増加を利用可能な駆動機構を有するものであれば如何なるものでも良い。
【００５５】
また、図１（ｂ）に示すように、水素と酸素とを電気化学的に反応させて水を生成することにより、駆動力を得るために利用された水素及び酸素のガス量を減少させることができる。水を電気分解する反応に対して逆の反応を行わせることによりガス量を減少させ、図１（ａ）を参照しながら説明した場合と逆方向に可動部を駆動することが可能となる。
【００５６】
水素及び酸素から水を生成する際には、電極３を正極とし、電極４を負極とするように電圧供給部５を切り替える。正極とされる電極３では、化学式４に示すように、水素（Ｈ）がプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）に電離される。
【００５７】
【化４】
2004156684.tif 000006
【００５８】
負極とされる電極４では、固体高分子膜２を介して電極４に移動してきた電離されたプロトン（Ｈ＋）が電子（ｅ−）と酸素（Ｏ２）と結合し、化学式５に示すように、水（Ｈ２０）が生成される。
【００５９】
【化５】
2004156684.tif 000007
【００６０】
このようにして、水素及び酸素から水を生成することにより、可動部を駆動させたガス量を減少させ、水から水素及び酸素を生成した際とは逆方向に可動部を駆動させることが可能となる。例えば、シリンダに逐次送り込まれ、ピストンを押圧したガスのガス量をシリンダ内から減少させることにより、ピストンを押圧した場合とは逆方向にピストンを駆動することができる。
【００６１】
従って、ＭＥＡ１を構成する電極３，４に印加する電圧を切り替えることにより、水から水素及び酸素の如きガスの生成と、生成した水素及び酸素から水を生成することによるガスの消費を行わせ、ガスの生成又は消費を所要のタイミングで切り替えることにより、自在に駆動力を制御することができる。
【００６２】
特に、プロトンが固体高分子膜２を伝導するため、水素及び酸素の如きガスの生成又は消費を行う際の反応速度が良好な状態とされ、速やかにガスの体積の増減を行うことができる。従って、ＭＥＡ１に供給される水量や電極３，４に印加される電圧を制御することにより、アクチュエータが配設される装置に要求される動作に合わせて、駆動力の大きさ及びアクチュエータの応答性を制御することが可能となる。
【００６３】
また、水を生成する際に生じる電力を取り出し、二次電池に充電することもできる。二次電池に充電された電力は、再度水から水素及び酸素を生成する際に電圧供給部５からＭＥＡ１に供給され、水の電気分解に利用され、高いエネルギー効率の下で上述の電気化学的な反応を行わせることができる。
【００６４】
さらにまた、水素及び酸素をアクチュエータの外部に排出し、ガス量を減少させることにより、電気化学的な反応によらないアクチュエータの駆動を行うことも可能である。例えば、シリンダ内に送り込まれたガスを弁の開閉によりシリンダの外部に排出し、シリンダ内のガス量の減少に応じたピストンの駆動を行うことができる。
【００６５】
また、ＭＥＡ１は、所要の固体高分子膜及び電極を選択することにより軽量化することができる。例えば、電極３，４をカーボン電極とすることによりＭＥＡ１全体を炭素系材料に形成することが可能であり、これら比較的軽量な材料で形成されたＭＥＡ１の重量を、ガス量の制御により出力される駆動力に対して殆ど負荷とならない程度とすることができる。
【００６６】
このようなＭＥＡ１によれば、ＭＥＡ１を備えるアクチュエータが配設される装置本体を動作させる際に、装置本体の動作の応答性の低下を抑制することが可能となる。特に、小型ロボットを動作させる際には、軽量化されたアクチュエータを各関節部に配設することにより、各関節部を自在に且つ速やかに駆動することができる。また、ＭＥＡ１を備えるアクチュエータは容易に小型化することができ、小型ロボットの関節部を駆動するには好適である。
【００６７】
次に、上述の駆動力の制御方法を応用したアクチュエータについて説明する。以下で説明するアクチュエータは、何れもガス量を制御することにより駆動力を制御することができ、配設される装置本体の駆動機構に合わせて所要のアクチュエータが選択される。
【００６８】
図２（ａ）乃至（ｃ）は、ピストンを可動させるアクチュエータの駆動状態を説明する図であり、ピストンがガス量に応じて移動自在とされることにより、駆動力が制御される。
【００６９】
図２（ａ）に示すように、アクチュエータ１０は、電気化学的な反応によりガス量を制御するＭＥＡ１１、電圧供給部１８、ＭＥＡ１の両側に配設されたシリンダ１４，１５、シリンダ１４，１５内に収納され移動自在とされるピストン１２，１３、及びガスリークバルブ１６，１７を有する。
【００７０】
ＭＥＡ１１は、伝導体としての固体高分子膜の両側に電極が形成された構造を有し、それぞれの電極を臨むようにシリンダ１４，１５が配設されている。また、ＭＥＡ１１には、ＭＥＡ１１に電圧を印加するとともにこの電圧を制御する電圧供給部１８が接続されている。尚、ＭＥＡ１１はＭＥＡ１と同様な構造を有するため、ＭＥＡ１１の構造についての詳細な説明は省略する。
【００７１】
シリンダ１４，１５内にはそれぞれピストン１２，１３が収納されており、ピストン１２，１３が移動自在な状態とされるとともに、ピストン１２，１３の外縁とシリンダ１４，１５の内壁との間は、ガスがリークしないように密閉状態とされる。
【００７２】
シリンダ１４，１５にそれぞれ配設されたガスリークバルブ１６，１７は、シリンダ１４，１５に蓄積されたガスをシリンダ１４，１５の外部に排出することができる。ガスリークバルブ１６，１７によれば、ＭＥＡ１１における電気化学的な反応によるガス量の制御に限らず、シリンダ１４，１５内のガス量を減少させることができる。また、ガスリークバルブ１６，１７としては、例えば可変流量弁、電磁弁、電動弁の如き汎用の弁を備えたバルブを用いることにより、排出されるガス量を制御することができる。
【００７３】
図２（ｂ）は、ＭＥＡ１１で生成されたガスによりピストン１２，１３が押圧され、ピストン１２，１３がシリンダ１４，１５の外側に向かって押し出された状態を示す図である。ＭＥＡ１１に供給された水を電気分解して生成される水素及び酸素がそれぞれシリンダ１４，１５に供給され、シリンダ１４，１５内に蓄積されたこれらガスの体積の増加によりピストン１２，１３が押し出される。
【００７４】
また、生成される水素及び酸素のガス量は、電圧供給部１８から印加される電圧又は供給される水量により制御することができる。これにより、シリンダ１４，１５に供給されるガス量を要求される駆動力に応じて調整することができ、ピストン１２，１３を押し出す駆動力を制御することが可能となる。
【００７５】
また、ＭＥＡ１１により生成される水素及び酸素は、ＭＥＡ１１の一方の側面からそれぞれ別々に生成されるため、シリンダ１４，１５内で水素及び酸素が混合されることがなく、水素及び酸素ガスの混合ガスによる爆発的な反応が起きることがない。例えば、シリンダ１４に水素が供給された場合には、シリンダ１５には酸素のみがＭＥＡ１１から供給されることになる。
【００７６】
さらに、アクチュエータ１０が小型サイズとされる場合には、ガスリークバルブ１６，１７を介して外部に排出される水素及び酸素は少量であり、爆発の危険性も低い。特に、小型ロボットにアクチュエータ１０を用いる場合には、アクチュエータ１０を安全に稼動させることができる。
【００７７】
図２（ｃ）は、ＭＥＡ１１により水素及び酸素から水が生成されることにより、押し出されたピストン１２，１３が引き戻された状態を示す図である。電圧供給部１８は、ＭＥＡ１１に印加する電圧のプラスマイナスを切り替え、水を電気分解した場合とは逆の反応をＭＥＡ１１に行わせることができる。
【００７８】
このような逆反応によれば、シリンダ１４，１５内の水素及び酸素の如きガスから、電気化学的な反応により水が生成され、シリンダ１４，１５内のガス量が低減される。シリンダ１４，１５内のガス量の減少に伴ってピストン１２，１３が引き戻されることにより、アクチュエータ１０はピストン１２，１３を押し出したときとは逆向きの駆動力を出力することができる。さらに、水を生成する際に発生する電力を二次電池の如き充電器に充電し、再度水の電気分解を行う際に必要とされる電力として使用することができる。
【００７９】
このように、ＭＥＡ１１によるガス量の制御を行うことにより、ピストン１２，１３を自在に可動させることにより、アクチュエータ１０は、例えばロボット装置の各関節部を駆動させることができる。また、これらガス量の制御は、ＭＥＡ１１で行われる電気化学的な反応を電圧又は水量により制御することにより行われるため、アクチュエータ１０は、要求される駆動力を速やかに出力することができ、応答性にも優れている。
【００８０】
次に、図３（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら、アクチュエータの別の例について説明する。図３（ａ）乃至（ｃ）は、バルーンを膨張及び収縮させることができるアクチュエータの駆動状態を説明する図であり、バルーンの膨張及び収縮により駆動力が制御される。
【００８１】
図３（ａ）に示すように、アクチュエータ２０は、電気化学的な反応によりガス量を制御するＭＥＡ２１、電圧供給部２８、ＭＥＡ２１の両側に配設された配管２４，２５、配管２４，２５にそれぞれ取り付けられたバルーン２２，２３、及びガスリークバルブ２６，２７を有する。
【００８２】
ＭＥＡ２１は、伝導体としての固体高分子膜の両側に電極が形成された構造を有し、それぞれの電極を臨むように配管２４，２５が配設されている。また、ＭＥＡ２１には、ＭＥＡ２１に電圧を印加するとともにこの電圧を制御する電圧制御部２８が接続されている。
【００８３】
ＭＥＡ２１によれば、水を電気分解して生成された水素および酸素は配管２４，２５を介してバルーン２２，２３に供給される。ＭＥＡ２１の側面では、それぞれ水素と酸素が別々に生成されるため、バルーン２２，２３にはそれぞれ水素又は酸素のいずれかが供給され、水素と酸素との混合ガスがバルーン２２，２３に供給されることがない。
【００８４】
バルーン２２，２３は、伸縮自在な材質により形成され、供給されるガス量に応じて膨張及び収縮を自在に行うことが可能である。バルーン２２，２３を形成する材料としては、例えば、充分な強度を有する薄いゴムの如き伸縮自在な材料を用いることができるが、勿論これに限定されるものではない。
【００８５】
図３（ｂ）は、ＭＥＡ２１で生成されたガスによりバルーン２２，２３が膨張した状態を示す図である。ＭＥＡ１１に供給された水を電気分解して生成される水素及び酸素がそれぞれバルーン２２，２３に供給され、バルーン２２，２３に蓄積されたガスの体積の増加によりバルーン２２，２３は膨張する。アクチュエータ２０が配設される各種装置は、バルーン２２，２３の膨張により押圧されることにより駆動されることになる。また、バルーン２２，２３の膨張は、電圧供給部２８からＭＥＡ２１に印加される電圧、又はＭＥＡ２１に供給される水量により制御され、バルーン２２，２３が膨張する速度に合わせて駆動力を制御することが可能である。
【００８６】
図３（ｃ）は、ＭＥＡ２１により水素及び酸素から水が生成されることによりバルーン２２，２３内の水素及び酸素の如きガスが消費され、バルーン２２，２３が収縮した状態を示す図である。アクチュエータ２０は、バルーン２２，２３が収縮することにより、バルーン２２，２３が膨張した場合に対して逆向きの駆動力を出力することができる。
【００８７】
このように、アクチュエータ２０は、バルーン２２，２３を膨張及び収縮させることにより、膨張及び収縮に応じた互いに逆向きの駆動力を出力することができる。従って、アクチュエータ２０は、ＭＥＡ２１で行われる電気化学的な反応によりガス量が制御することにより駆動力を自在に制御することが可能となる。
【００８８】
また、ガスリークバルブ２６，２７によれば、バルーン２２，２３に蓄積されたガスをバルーン２２，２３から排出することができ、ＭＥＡ２１で行われる電気化学的な反応によることなく駆動力の制御を行うことも可能である。
【００８９】
次に、図４（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら、アクチュエータのさらに別の例について説明する。図４（ａ）乃至（ｃ）は、横置型のＭＥＡ３１から生成されるガスによりピストン３２を駆動することができるアクチュエータの駆動状態を説明する図であり、ＭＥＡ３１から生成される１種類のガスにより駆動力が制御される。
【００９０】
図４（ａ）に示すように、アクチュエータ３０は、電気化学的な反応によりガス量を制御するＭＥＡ３１、ＭＥＡ３１を収納するシリンダ３３、シリンダ３３に取り付けられ移動自在とされるピストン３２、及びガスリークバルブ３６，３７を有する。さらに、アクチュエータ３０は、図示しない電圧供給部から電圧が印加され、印加される電圧の切り替えの如き電圧制御が行われる。
【００９１】
ＭＥＡ３１は、円筒状に形成された固体高分子膜の外側の表面と内側の表面にそれぞれ電極が形成された円筒状のＭＥＡである。ＭＥＡ３１は、板状のＭＥＡに比べて限られた空間でより多くの電極面積を有する構造とすることができ、効率良く電気化学的反応を行うことができる。また、固体高分子膜の外側の表面と内側の表面とに形成された電極との間には、リークを防止するためのギャップが設けられるとともに、ＭＥＡ３１の外側の表面がシリンダ３３の内壁に接するように横置きとされた状態で、シリンダ３３内に収納される。
【００９２】
シリンダ３３は、ＭＥＡ３１を収納するとともに、一方の端部にはピストン３２に取り付けられている。また、ピストン３２は、シリンダ３３の長手方向に摺動可能な状態でシリンダ３３に取り付けられている。
【００９３】
ガスリークバルブ３６，３７は、シリンダ３３に接続されており、ガスリークバルブ３６は、ＭＥＡ３１の外側の表面から生成されるガスをシリンダ３３の外部に排出することができる。また、ガスリークバルブ３７は、ＭＥＡ３１とピストン３２の間のシリンダ３３内に蓄積されるガスを外部に排出することができる。
【００９４】
図４（ｂ）は、ＭＥＡ３１の内側に表面に形成された電極から生成されたガスによりピストン３２が押圧され、ピストン３２がシリンダ３３の外側に向かって押し出された状態を示す図である。ＭＥＡ３１に供給された水を電気分解して生成される水素は、シリンダ３３内に供給され、ピストン３２を外側に押し出す。また、ＭＥＡ３１の外側の表面に形成された電極から生成される酸素は、ガスリークバルブ３６を介して外部に排出される。本例では、水素がピストン３２を押し出しているが、ＭＥＡ３１に形成された各電極に印加する電圧を切り替えることにより水素又は酸素のどちらによってもピストン３２を押し出すことができるのは勿論である。
【００９５】
図４（ｃ）は、ＭＥＡ３１により水素及び酸素から水が生成されることにより、押し出されたピストン３２が引き戻された状態を示す図である。ＭＥＡ３１に接続される電源のプラスマイナスを切り替えることにより、ＭＥＡ１１により水を電気分解した場合とは逆の反応を行うことができる。
【００９６】
このような逆反応によれば、シリンダ３３内の水素と、ＭＥＡ３１の外側から供給される酸素とをもとにして水が生成され、シリンダ３３の水素が低減される。シリンダ３３内のガス量の減少に伴ってピストン３２が引き戻されることにより、アクチュエータ３０はピストン３２を押し出したときとは逆向きの駆動力を出力することができる。さらに、水を生成する際に発生する電力を二次電池の如き充電器に充電し、再度水の電気分解を行う際に必要とされる電力として使用することができる。
【００９７】
また、本例のアクチュエータ３０に使用されるＭＥＡ３１は、電気化学的な反応を起こすための電極面積を限られた空間でより多くとることができ、アクチュエータ３０を小型化することが可能となる。よって、アクチュエータ３０は、小型ロボットの如き装置に好適なアクチュエータとされる。
【００９８】
図５は、上述したＭＥＡを有するアクチュエータが各関節部に配設されたロボットの一例の構成を示す概略構造図である。ロボット４０は、例えば人間型ロボットであり、供給された水を貯蔵するタンク４２を備える頭部４３、胴体に相当する体幹部４４、体幹部４４と接続される腕部４５及び脚部４６、さらに、これら頭部４３、腕部４５及び脚部４６と体幹部４４とを接続することにより駆動自在とされる関節部を形成するアクチュエータ４１を有する。
【００９９】
アクチュエータ４１は、上述したＭＥＡを有するアクチュエータであり、小型且つ要求される駆動力に応じて即座に駆動力を出力することができ、例えば、図２乃至図４を参照しながら説明したアクチュエータを用いることができる。これらアクチュエータ４１は、タンク４２から水が供給され、頭部４３、腕部４５及び脚部４６が体幹部４４と接続される関節部を自在に駆動させるための駆動力を出力することができる。
【０１００】
また、ロボット４０の口からタンク４２に水を補給することにより、人間や動物が水を飲むかの如き感覚を周囲に与えることができ、ロボット４０に実際の人間や動物に近い動作を行わせることが可能となる。このようなロボット４０は、例えば、エンターテイメントなどの分野でより表現力が豊かロボットとしてこれまでにはない役割を果たす可能性を秘めている。
【０１０１】
さらに、図６にロボットの別の例の構成を示す。ロボット５０は、上述したロボット４０と同様に、例えば人間型ロボットとされ、供給された水を貯蔵するタンク５２を備える頭部５３、胴体に相当する体幹部５４、体幹部５４と接続される腕部５５及び脚部５６、さらに、これら頭部５３、腕部５５及び脚部５６と体幹部５４とを接続することにより駆動自在とされる関節部を形成するアクチュエータ５１を有する。
【０１０２】
アクチュエータ５１は、駆動力を発生させるためのＭＥＡをアクチュエータ５１毎に有することなく、体幹部５４に配設されたＭＥＡ５７で制御されるガス量に応じて駆動される。また、ＭＥＡ５７と各アクチュエータ５１とがガスをやり取りするための配管５８は配設され、ＭＥＡ５７により全てのアクチュエータ５１を駆動することができる。このようなＭＥＡ５７により、全てのアクチュエータ５１を駆動させると共に、アクチュエータ５１の駆動状態を制御することにより、さらにアクチュエータ５１を小型化することも可能であり、且つロボット５０の構造を簡単なものとすることができる。
【０１０３】
また、ロボット装置５０は、水素と酸素とを反応させることによりＭＥＡ５７により発電を行うこともできる。さらに、発電によって発生した電力を図示しない蓄電池に蓄電することにより、再度水の電気分解による水素及び酸素を生成させる際に蓄電池から電力を供給することもできる。従って、ＭＥＡ５７における発電を行う際の燃料とされる水素を供給することなく、エネルギー効率の高い状態でロボットを稼動させることができる。さらに、電気分解で生成される水素を再度ＭＥＡ５７の燃料とすることも可能であり、エネルギー効率が良好な状態でロボットを稼動させることができる。また、本例のロボット５０に適用可能なＭＥＡ５７は、水、水素及び酸素の反応によりロボット５０を駆動させるものに限定されず、アルコールのような有機材料を用いたＭＥＡでも良いことは勿論である。
【０１０４】
【実施例】
続いて、本願発明者らがＭＥＡにおけるガスの発生状況について調査した実験について説明する。
【０１０５】
［実施例１］
図１及び図７を参照しながら本願発明者が行った実験について説明する。本実験は、図１に示すＭＥＡ１に印加する電圧をパラメータとし、電圧の印加時間に対する水の電気分解により生じる電流の変化を測定したものである。また、本実験では、ＭＥＡ１を１分間水に浸漬した後、電圧を印加し、電流値を測定した。
【０１０６】
図７は、電圧の印加時間に対する電流密度の変化を示すグラフである。図７に示すように、１．５Ｖ、２Ｖ、３Ｖの何れの電圧においても、ＭＥＡ１に電圧を印加した直後に電流密度は最大となり、それぞれの電圧に対する電流密度の最大値は、０．８９５Ａ／ｃｍ２、０．９８０Ａ／ｃｍ２、２．０６Ａ／ｃｍ２であった。電圧を印加し始めた際に最大値となった電流密度は、電圧の印加時間が経過するに伴って減少した。
【０１０７】
図７に示す実験結果によれば、ＭＥＡ１に電圧を印加し始めた瞬間に水の電気分解が瞬間的に行われ、水から水素及び酸素が瞬時に生成されていることがわかる。従って、ＭＥＡ１に印加された電圧に対して即座に水素及び酸素を生成することができ、水素及び酸素のガス量をＭＥＡ１に印加する電圧に応じて高速に制御することが可能であると考察することができる。このようなＭＥＡ１で生成される水素及び酸素の瞬間的な体積変化をアクチュエータの駆動力として利用すれば、アクチュエータの駆動力を高速且つ自在に制御することができる。勿論、水素及び酸素から水を生成する電気化学的な反応に関しても電圧に応じて高速且つ自在に制御することができ、アクチュエータの駆動力の向きも自在に変えることが可能である。
【０１０８】
［実施例２］
次に、図１及び表１を参照しながら、本願発明者が行った別の実験について説明する。本実験は、ＭＥＡ１を使用し、水の電気分解により生成されたガスのガス量を測定したものであり、ＭＥＡ１に印加する電圧をパラメータとし、電圧の印加開始から１秒〜４秒の範囲で生成されたガスのガス量を測定した。また、ＭＥＡ１に印加する電圧は、実施例１と同様に、２Ｖ、３Ｖの２水準とした。表１に測定結果を示す。尚、表１中、生成されたガス量の体積の単位はｃｍ３である。
【０１０９】
【表１】
2004156684.tif 000008
【０１１０】
表１によれば、電圧の印加時間が同じ場合には、ＭＥＡ１に印加する電圧が大きくなるほど生成されるガス量の体積が増加する傾向にあり、生成されるガス量の体積を増加させるためには、ＭＥＡ１に印加する電圧を大きくすれば良いことがわかる。すなわち、ガス量の体積を増加させることによりアクチュエータの駆動力を増大させるためには、ガスを生成するＭＥＡ１に印加する電圧を大きくすれば良いことがわかる。このような実験結果によれば、ＭＥＡ１に印加する電圧を制御することにより、ＭＥＡ１のサイズを変更することなく、さらに大きな駆動力を出力することが可能となることが考察される。このようなＭＥＡを備えたアクチュエータは、小駆動される関節部が比較的小さな型ロボットの如き装置に対して好適である。
【０１１１】
［実施例３］
次に、図１、表１及び表２を参照しながら、本願発明者が行ったさらに別の実験について説明する。本実験は、ＭＥＡ１の電極面積を大きくしたＭＥＡを使用し、水の電気分解により生成されたガスのガス量を測定したものである。また、印加する電圧は３Ｖとし、電圧の印加開始から０．５秒〜４秒の範囲で生成されたガスのガス量を測定した。また、本実験で使用したＭＥＡは、図１中のＭＥＡ１と同じ構造を有し、電極面積のみを１ｃｍ２から５ｃｍ２に変更したものを使用した。表２に測定結果を示す。尚、表２中、生成されたガス量の体積の単位はｃｍ３である。
【０１１２】
【表２】
2004156684.tif 000009
【０１１３】
表１及び表２を比較すると、同じ３Ｖの電圧で比べた場合、電圧の印加時間が同じときに生成されるガスのガス量は、ＭＥＡ１に対して本実験のＭＥＡでは約５倍となっている。これは、ＭＥＡ１の電極面積１ｃｍ２に対して、本実験で使用したＭＥＡの電極面積が５ｃｍ２であるためと考えられ、電極面積に応じて生成されるガス量も増大することがわかる。本実験によれば、許容される範囲内で電極面積を広げたＭＥＡを使用すれば、同じ電圧でより多くのガスを生成することが可能であることがわかる。従って、アクチュエータの駆動力を増大させるためには、ＭＥＡに形成される電極の電極面積を許容される範囲内で広げれば良いことがわかる。つまり、大きな電極面積を有するＭＥＡを備えたアクチュエータは、駆動される関節部が比較的小さな型ロボットの如き装置に対してもより大きな駆動力を出力することができると考えられる。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアクチュエータによれば、電気化学的な反応により生成されるガス量を即座に制御することができ、ガス量に応じて出力される駆動力を高速で制御することが可能となる。よって、応答速度に優れたアクチュエータを提供することができる。
【０１１５】
また、本発明のアクチュエータによれば、燃料電池で汎用とされるＭＥＡがガスの生成又は消費を行うことにより、要求される駆動力に対して十分な駆動力を発生させることができる。このようなガスとしては、水を電気分解して生成される水素及び酸素を使用することができ、少量の水から大きな体積を有するガスを生成することができる。また、酸やアルカリによりガスを生成する場合に比べて安全にアクチュエータを取り扱うことができるうえ、アクチュエータの劣化を低減することもできる。ＭＥＡの如き電気化学的な反応を行うための主要部は小型化且つ軽量化することが可能であり、アクチュエータを小型化すると共に、重量が低減されたアクチュエータを提供することができる。
【０１１６】
さらに、本発明のアクチュエータによれば、ガス量に応じて駆動力を発生することができるため、従来の磁気回転モータなどの機械的な駆動機構を有するアクチュエータに比べ、アクチュエータ自身の構造を簡単なものとすることが可能である。
【０１１７】
また、本発明のロボット装置によれば、ロボットの各関節部の如き駆動部を十分な動作性を確保しながら小型化することも可能であり、速やかに動作させることができる小型のロボットを提供することができる。さらに、エネルギー効率が良好な状態でロボットを稼動させることも可能となる。
【０１１８】
また、本発明の駆動力の制御方法によれば、アクチュエータは速やかに駆動力を発生させることができ、要求される駆動力に応じて即座に駆動力を制御することが可能である。さらに、本発明のアクチュエータ及び駆動力の制御方法は、ロボットに限定されず、駆動機構を有する何れの装置に対しても好適であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＥＡを用いた基本的な駆動力の制御方法を説明する図であって、（ａ）はガスを生成する工程を説明するための図、（ｂ）はガスを消費する工程を説明する図である。
【図２】本発明のアクチュエータの一例における駆動状態を説明する図であって、（ａ）は、アクチュエータの概略構造を示す概略構造図、（ｂ）はピストンを押し出した状態を示す図、（ｃ）はピストンが引き戻された状態を示す図である。
【図３】本発明のアクチュエータの一例における駆動状態を説明する図であって、（ａ）は、アクチュエータの概略構造を示す概略構造図、（ｂ）はバルーンを膨張させた状態を示す図、（ｃ）はバルーンを収縮させた状態を示す図である。
【図４】本発明のアクチュエータの一例における駆動状態を説明する図であって、（ａ）は、アクチュエータの概略構造を示す概略構造図、（ｂ）はピストンを押し出した状態を示す図、（ｃ）はピストンが引き戻された状態を示す図である。
【図５】本発明のロボット装置の一例の構造を示す概略構造図である。
【図６】本発明のロボット装置の一例の構造を示す概略構造図である。
【図７】実施例１における実験結果を示す図であり、電圧印加時間に対する電流密度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，５７  ＭＥＡ、２  固体高分子膜、３，４  電極、５  電源、１０，２０，３０，４１  アクチュエータ、１２，１３，３２  ピストン、１４，１５，３３  シリンダ、１６，１７，２６，２７，３６，３７  ガスリークバルブ、２２，２３  バルーン、２４，２５，５８  配管、４０，５０  ロボット、４２，５２  タンク
【図１】
2004156684.tif 000010
【図２】
2004156684.tif 000011
【図３】
2004156684.tif 000012
【図４】
2004156684.tif 000013
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004156684.tif 000016