(57)【要約】【課題】高分子アクチュエータを構成する膜の組み合わせにより、屈曲運動を直動運動に変換してアクチュエータとしての能力を高め、かつアクチュエータとして発生する力を高められるようにすることを課題とする。【解決手段】直動人工筋アクチュエータ１は、たとえばＩＰＭＣ膜からなる４枚のエレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、長手方向に一定の距離だけ離間して並ぶ一対のエレメント２ａ，２ｂ、その下（２段目）に配置されるもう一対のエレメント２ｃ，２ｄをそれぞれ接合した柔軟材３ａ，３ｂと、２段に配置される一対のエレメント２ｃ，２ｄともう一対の一対のエレメント２ａ，２ｂの長手方向の両端をそれぞれ接合した絶縁部材４ａ，４ｂとにより構成される。【選択図】      図１
2004314219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、
前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、
を備え、
前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
【請求項２】
前記一対の高分子アクチュエータは、前記一対の薄状樹脂膜をイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜により接続させた構造であることを特徴とする請求項１に記載の直動人工筋アクチュエータ。
【請求項３】
直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有するｍ（ｍは２以上の自然数）個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるｎ（ｎは２以上の自然数）個の高分子アクチュエータと、
前記ｎ個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、
を備え、
前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
【請求項４】
長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う２つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させたことを特徴とする請求項３に記載の直動人工筋アクチュエータ。
【請求項５】
直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、
前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、
前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、
を備えたことを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
【請求項６】
前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面と内面の極性を相違させることを特徴とする請求項５に記載の直動人工筋アクチュエータ。
【請求項７】
前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面をプラス極とし、内面をマイナス極としたことを特徴とする請求項６に記載の直動人工筋アクチュエータ。
【請求項８】
直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有するｍ（ｍは２以上の自然数）個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるｎ（ｎは２以上の自然数）個の高分子アクチュエータと、
前記ｎ個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、
前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、
を備えたことを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
【請求項９】
前記通電手段は、前記隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、外面と内面の極性を相違させることを特徴とする請求項８に記載の直動人工筋アクチュエータ。
【請求項１０】
前記通電手段は、前記隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、外面をプラス極とし、内面をマイナス極としたことを特徴とする請求項９に記載の直動人工筋アクチュエータ。
【請求項１１】
長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う２つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させたことを特徴とする請求項８、９または１０に記載の直動人工筋アクチュエータ。
【請求項１２】
直動人工筋アクチュエータ製造方法であって、
矩形状であり、かつ第１の厚みを有する複数の第１薄状樹脂膜を一方向に一定の間隔で配列させ、前記配列された前記複数の第１薄状樹脂膜を前記一方向に２段に配置させ、矩形状であり、かつ前記第１の厚みよりも薄い第２の厚みを有する複数の第２薄状樹脂膜をそれぞれ前記一方向に対して上下に重なり合う２段の前記第１薄状樹脂膜にエッジ部位で挟持させ、その挟持状態でプレス加工により接合し、その接合体をメッキ処理する工程を含んだことを特徴とする直動人工筋アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
前記直動人工筋アクチュエータを前記一方向に対して直交する方向に所定の幅で切断してなることを特徴とする請求項１２に記載の直動人工筋アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、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およびこの直動人工筋アクチュエータを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、機械は人間にはできない高速で高出力、高精度な動作を実現し、社会や産業に大きく貢献している。最近では、新たに小型化や柔軟さといった別の側面も要求されている。とくに、人間や人間の生活環境に共存するロボットには、安全でやわらかさを備えたアクチュエータが望ましい。
【０００３】
こうした中で注目されているアクチュエータの１つに、高分子アクチュエータがある。高分子アクチュエータは、生物的な柔らかい動作が可能であり、人工筋アクチュエータとして期待されている。
【０００４】
１９８０年代より日本を中心として刺激応答性高分子ゲルの研究が広く行われ、医療、福祉、ロボット、ホビー産業などから大きな関心がもたれている。高分子アクチュエータシステムの駆動方法としては、熱、ｐＨ、溶媒交換、電場など様々である。その中でも電場応答性の高分子アクチュエータは制御が容易であり、応答性の高いものとして考えられている。
【０００５】
そこで、今日、高分子アクチュエータの１つとして、フッ素系イオン交換樹脂膜の両面に金や白金などの貴金属を無電解メッキ法を用いて接合したＩＰＭＣ（Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ−ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）アクチュエータが提案されている。
【０００６】
このＩＰＭＣアクチュエータは、１９９１年には、それまで燃料電池の材料として研究されていたイオン交換樹脂と貴金属の接合体が、１Ｖ程度の低電圧に応答して高速に屈曲する現象が発見されている。図１０に、その接合体を屈曲させる実験例を示す。図１０（中央）の状態で接合体の両側の電極に電圧が加えられると、同図（左側）、（右側）に示したように、接合体は＋側に高速に屈曲する。
【０００７】
ＩＰＭＣには、つぎの特性がある。すなわち、
▲１▼低電圧で駆動する（１〜２Ｖ程度）。
▲２▼応答速度が速い（＞１００Ｈｚ）。
▲３▼耐久性・化学安定性がある（１０万回以上の連続使用可）。
▲４▼柔軟性がある。
▲５▼水中での動作が可能である。
▲６▼動作音がない。
【０００８】
ＩＰＭＣアクチュエータにおいては、膜自体がアクチュエータであるため、小型化および軽量化が可能である。また、膜が乾燥してしまうと、動作しないが、膨潤していて導電性があれば作動させることが可能である。
【０００９】
【非特許文献１】
安積欣志、小黒啓介「複合化による刺激応答機能の発見」ケミカルエンジニアリング、２００１年、Ｖｏｌ．４６、Ｎｏ．１０、第２０−２４頁
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＩＰＭＣアクチュエータは、現在までに能動カテーテルや生体動作を模倣した小型ロボットに応用されており、実用的なソフトアクチュエータとして期待されている。ところが、上述したＩＰＭＣアクチュエータは膜１枚では屈曲運動しかできず、アクチュエータとして発生すべき力は小さくなる。
【００１１】
そこで、ＩＰＭＣアクチュエータにかける電圧を大きくすると、発生する力は大きくなるが、高分子膜が電気分解を発生しない範囲で動作させなければならないといなどの課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、高分子アクチュエータを構成する膜の組み合わせにより屈曲運動を直動運動に変換することで、アクチュエータとしての変位を大きくとり、かつアクチュエータとして発生する力を大きくすることが可能な直動人工筋アクチュエータを提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の他の目的は、ロボットへの適用において、通電による直動運動時と非通電による開放時の組み合わせにより効率的運動を実現し、その際に、メカ的な構造を配置せずに高分子アクチュエータの柔軟性により開放時の動作を実現することが可能な直動人工筋アクチュエータを提供することにある。
【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、上述した目的を達成できる膜の組み合わせから成る直動人工筋アクチュエータを容易に製造することか可能な直動人工筋アクチュエータの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、を備え、前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、前記一対の高分子アクチュエータは、前記一対の薄状樹脂膜をイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜により接続させた構造であってもよい。
【００１７】
また、請求項３の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有するｍ（ｍは２以上の自然数）個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるｎ（ｎは２以上の自然数）個の高分子アクチュエータと、前記ｎ個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、を備え、前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、上記請求項３の発明において、長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う２つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させてもよい。
【００１９】
また、請求項５の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、上記請求項５の発明において、前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面と内面の極性を相違させてもよい。
【００２１】
請求項７の発明は、上記請求項６の発明において、前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面をプラス極とし、内面をマイナス極としてもよい。
【００２２】
また、請求項８の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有するｍ（ｍは２以上の自然数）個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるｎ（ｎは２以上の自然数）個の高分子アクチュエータと、前記ｎ個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明は、上記請求項８の発明において、前記通電手段は、前記隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、外面と内面の極性を相違させてもよい。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記通電手段は、前記隣り合う２つの高分子アクチュエータ毎に、外面をプラス極とし、内面をマイナス極としてもよい。
【００２５】
請求項１１の発明は、上記請求項８、９または１０の発明において、長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う２つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させてもよい。
【００２６】
また、請求項１２の発明に係る直動人工筋アクチュエータ製造方法は、直動人工筋アクチュエータ製造方法であって、矩形状であり、かつ第１の厚みを有する複数の第１薄状樹脂膜を一方向に一定の間隔で配列させ、前記配列された前記複数の第１薄状樹脂膜を前記一方向に２段に配置させ、矩形状であり、かつ前記第１の厚みよりも薄い第２の厚みを有する複数の第２薄状樹脂膜をそれぞれ前記一方向に対して上下に重なり合う２段の前記第１薄状樹脂膜にエッジ部位で挟持させ、その挟持状態でプレス加工により接合し、その接合体をメッキ処理する工程を含んだことを特徴とする。
【００２７】
請求項１３の発明は、上記請求項１２の発明において、前記直動人工筋アクチュエータを前記一方向に対して直交する方向に所定の幅で切断してもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態について詳述する。
【００２９】
まず、原理について説明する。図１は本発明の一実施の形態による直動人工筋アクチュエータの原理を説明する概略構成図であり、同図（Ａ），（Ｂ）において、１は直動人工筋アクチュエータを示している。
【００３０】
直動人工筋アクチュエータ１は、たとえばＩＰＭＣ膜からなる４枚のエレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、長手方向に一定の距離だけ離間して並ぶ一対のエレメント２ａ，２ｂ、その下（２段目）に配置されるもう一対のエレメント２ｃ，２ｄをそれぞれ接合した柔軟材３ａ，３ｂと、２段に配置される一対のエレメント２ｃ，２ｄともう一対の一対のエレメント２ａ，２ｂの長手方向の両端をそれぞれ接合した絶縁部材４ａ，４ｂとにより構成される。なお、上述した柔軟材３ａ，３ｂは必須の構成ではない。すなわち、１段目と２段目のエレメント間は電場の状態で短絡しないので、直接接触するように接続させたり、クリップ手段により挟持させるようにしてもよい。
【００３１】
上記ＩＰＭＣ膜は、フッ素系イオン交換樹脂膜の両面に金や白金などの貴金属を無電解メッキ法で接合した構造を有している。Ｎａｆｌｏｎ（登録商標）１１７（デュポン社）に金を１０［ｍｇ／ｃｍ２］程度メッキしたＩＰＭＣ膜が好適であるが、同様の機能を有していれば本発明はこれに限定されるものではない。また、柔軟材３ａ，３ｂは、たとえばエレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと同機能の材質もしくは同材質であり、エレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄよりも薄状に設けられていることが好ましい。
【００３２】
図１（Ａ）の状態において、一対のエレメント２ａ，２ｂ、もう一対のエレメント２ｃ，２ｄに対してそれぞれ外側がプラス（＋）極、内側がマイナス（−）極となるように電場が加えられると、同図（Ｂ）に示したように、エレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはそれぞれ外側に反りあがるように屈曲する。この屈曲により、直動人工筋アクチュエータ１は、その長手方向において、電場を加える前の状態（図１（Ａ））よりもたとえば距離Ｓだけ縮小する（同図（Ｂ））。このとき、接合部位を構成する柔軟材３ａ，３ａがフリージョイントの役割を果たし、エレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、ＩＰＭＣ膜の性質が伴って収縮することが可能となる。
【００３３】
ここで、直動人工筋アクチュエータ１の特性について説明する。図２は本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの特性を説明するための実験例を示す概略構成図であり、１００は実験装置を示している。
【００３４】
実験装置１００は、たとえば、水槽１０１、支持部１０２、移動台１０３、負荷部１０４、レーザ変位計測器１０６、コンピュータ１０７などにより構成される。
【００３５】
水槽１０１は、所定の水位まで水を溜めている。支持部１０２は、水槽１０１に固定されるとともに直動人工筋アクチュエータ１の長手方向の一端を支持する。移動台１０３は、直動人工筋アクチュエータ１の長手方向の他端を支持するとともに水槽１０１に浮かべられる。負荷部１０４は、移動台１０３に線材の一端を接続させてその他端に一定の負荷を与える。レーザ変位計測器１０６は、移動台１０３上に載置された指標１０５に対して直動人工筋アクチュエータ１の長手方向での変位を計測する。コンピュータ１０７は、直動人工筋アクチュエータ１に対して電場を与えて長手方向の屈曲運動をさせ、レーザ変位計測器１０６から変位の位置情報を取得して直動人工筋アクチュエータ１の特性を解析する。
【００３６】
ここでは、ステップ電圧やステップ状の負荷を加えたときの応答に関する実験例を説明する。図３は本実施の形態において入力電圧に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフであり、図４、図５はそれぞれ本実施の形態において負荷に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【００３７】
まず、電圧値に対する応答変化について図３を用いて説明する。無負荷の状態で１．５、２．０、２．５［Ｖ］の順に電圧値を変えてステップ入力を加えて変位および電流値を計測する。入力電圧を大きくすると、変位のピーク値も大きくなっていることが確認できる。
【００３８】
エレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ（ＩＰＭＣ膜）は電圧を加えると、プラス（＋）極側へ高速に屈曲する。また、電流は電圧を加えた瞬間に大きな電流が流れ、その後、指数関数的に減衰していることが確認できる。電流のピーク値も入力電圧を大きくすると、大きくなっていることが確認できる。
【００３９】
つづいて負荷に対する応答変化について図４および図５を用いて説明する。図４において、負荷が加えられている状態から、２．５［Ｖ］のステップ入力を加える。負荷が大きくなると、変位が小さくなっていることが確認できる。電流値は負荷を加えてもほとんど変わらない。
【００４０】
図５において、１．５［Ｖ］の入力電圧が加えられている状態で、時刻１［ｓ］のときに負荷を加える。負荷が大きくなると、ほぼ比例して変位が大きくなっていることが確認できる。
【００４１】
このように、直動人工筋アクチュエータ１は、適度な入力電圧に応じて変位を調整することが可能である。
【００４２】
つぎに、図１に示した直動人工筋アクチュエータ１の原理に基づく応用例について説明する。図６は本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの一応用例を示す概略構成図であり、同図において、２００は応用例による直動人工筋アクチュエータを示している。
【００４３】
直動人工筋アクチュエータ２００は、たとえば、長手方向に４つの直動人工筋アクチュエータを接続させ、その列を４つ設け、両端をそれぞれ支持部材２０１，２０２に固持させた構造を有している。本実施の形態では、一例として１列当たり４つの直動人工筋アクチュエータとし、その列を４列設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その用途すなわち直動人工筋アクチュエータを設ける場所や必要とされる力に応じてその数を任意に設定できるものとする。
【００４４】
また、直動人工筋アクチュエータ１の配置においては、図６に示したように、隣り合う列との関係でたとえば半分程度ずれた配置とすれば、各直動人工筋アクチュエータの伸縮に伴う柔軟材部分のｗ２方向の膨らみを絶縁部材部分の領域で吸収することができる。これにより、ｗ２方向で直動人工筋アクチュエータ同士の干渉が生じることは無く、全体のスペース効率を向上させることが可能である。なお、上記柔軟材部分には柔軟材を適用しなくてもよい。すなわち、図１の説明ですでに説明したように、１段目と２段目のエレメント間は電場の状態で短絡しないので、直接接触するように接合したり、クリップ手段により挟持させるようにしてもよい。
【００４５】
このように、直動人工筋アクチュエータ１を直列、並列に接続させた組み合わせ構造にすることで、Ｗ１方向の伸縮率を変更させたり、Ｗ１方向の伸縮時の力を変更させることが可能となる。
【００４６】
つぎに、歩行ロボットへの適用例について説明する。図７は本実施の形態による応用例を示す外観斜視図であり、図８は本実施の形態による応用例のヒップジョイントを説明する図である。
【００４７】
図７に歩行ロボット３００を示す。この歩行ロボット３００は、小型のコンパス型２足歩行ロボットを対象としている。この歩行ロボット３００は、内側と外側の２本ずつが繋がれており、同期して動くものである。ここでは、２次元平面（サジタル平面）内の運動のみを考える。また、シミュレーションでは、脚と床とは点接点であるとし、床との接地は完全非弾性衝突であると仮定する。そして、この歩行ロボット３００は、受動歩行を実現するモデルであり、動力無しに緩やかな傾斜面を歩行することが可能である。
【００４８】
この歩行ロボット３００の腰関節部３０１，３０２には、前述の直動人工筋アクチュエータ１を長手方向に対して直列接続数ｍ（ｍは自然数）、並列数ｎ（ｎは自然数）で構成される部位が設けられている。
【００４９】
歩行ロボット３００について、その腰関節部３０１，３０２で駆動させ、斜面や平地で歩行させることを考える。歩行ロボット３００の腰関節部３０１，３０２の駆動は、半径をｒとして、滑車のように収縮の力を腰関節のトルクＶｈへと変換することにより得られる。
【００５０】
一般の歩行ロボットでは、関節部位にはクラッチなどの構成が組み込まれるため、構造的に大きくなる。これは、クラッチにより歩行動作の制御が必要となるためである。これに対して、本実施の形態による直動人工筋アクチュエータによれば、その伸縮自在の特性からクラッチ制御は不要となる。すなわち、人間が歩行する場合には、一方の脚で地面に踏ん張りをきかせて、他方の脚を振り子のように前方に突き出す状態で関節部位が自然に伸びる特性があるが、これと同等の特性を直動人工筋アクチュエータから得ることができるためである。
【００５１】
以上説明したように本実施の形態によれば、高分子のアクチュエータを構成するＩＰＭＣ膜の組み合わせにより、屈曲運動を直動運動に変換してアクチュエータとしての能力を高め、かつアクチュエータとして発生する力を高めることが可能である。
【００５２】
また、歩行ロボットへの適用において、通電による直動運動時と非通電による開放時の組み合わせにより効率的運動を実現し、その際に、メカ的な構造を配置せずに高分子のアクチュエータの柔軟性により開放時の動作を実現することが可能である。
【００５３】
つぎに、本実施の形態の直動人工筋アクチュエータ製造方法について説明する。図９は本実施の形態による直動人工筋アクチュエータ製造方法を説明する図である。
【００５４】
まず、矩形状であり、かつ第１の厚みを有するＩＰＭＣ膜４０１，４０２，４０３，４０４を一方向に一定の間隔で配列させ（図９（Ａ））、その配列された４枚のＩＰＣＭ膜４０１，４０２，４０３，４０４をＩＰＭＣ膜４０１と４０８の組み合わせやＩＰＣＭ膜４０２と４０９の組み合わせのように一方向に２段に配置させる（図９（Ｂ））。
【００５５】
そして、矩形状であり、かつ第１の厚みよりも薄い第２の厚みを有する３枚のＩＰＭＣ膜４０５，４０６，４０７をそれぞれＩＰＣＭ膜の重なり合うエッジ部位で挟持させ（図９（Ａ），（Ｂ））、この積層中間部材をプレス加工で接合する。さらに、その接合体をメッキ処理した後、一方向に対して直交する方向Ｘに所定の幅で切断する（図９（Ｃ））。
【００５６】
このようにして得られた接合体を２枚用意して２段に重ね合わせる。そして、矩形状であり、かつ第３の厚みを有する絶縁部材を２段に重なり合う一対の接合体においてたとえばＩＰＭＣ膜４０５と４０６の中間位置、ＩＰＭＣ膜４０６と４０７の中間位置に長手方向に直交するように取り付ければよい。
【００５７】
このような製造過程を踏むことにより、同素材のＩＰＭＣ膜間の接着作業が簡略化され、一部分が薄い接続体を備えた直動人工筋アクチュエータの製造が容易になる。また、並列に並び各列をなす直動人工筋アクチュエータの片側からの配線のみで駆動（屈曲運動）を実現することが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高分子アクチュエータを構成する膜の組み合わせにより、屈曲運動を直動運動に変換してアクチュエータとしての能力を高め、かつアクチュエータとして発生する力を高めることが可能な直動人工筋アクチュエータを提供できるという効果を奏する。
【００５９】
また、ロボットへの適用において、通電による直動運動時と非通電による開放時の組み合わせにより歩行を実現し、その際に、メカ的な構造を配置せずに高分子アクチュエータの柔軟性により開放時の動作を実現することが可能な直動人工筋アクチュエータを提供できるという効果を奏する。
【００６０】
さらに、屈曲運動を直動運動に変換してアクチュエータとしての能力を高め、かつアクチュエータとして発生する力を高める直動人工筋アクチュエータを容易に製造することが可能な直動人工筋アクチュエータの製造方法を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による直動人工筋アクチュエータの原理を説明する概略構成図である。
【図２】本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの特性を説明するための実験例を示す概略構成図である。
【図３】本実施の形態において入力電圧に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【図４】本実施の形態において負荷に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【図５】本実施の形態において負荷に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【図６】本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの一応用例を示す概略構成図である。
【図７】本実施の形態による応用例を示す外観斜視図である。
【図８】本実施の形態による応用例のヒップジョイントを説明する図である。
【図９】本実施の形態による直動人工筋アクチュエータ製造方法を説明する図である。
【図１０】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１  直動人工筋アクチュエータ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  エレメント
３ａ，３ｂ  柔軟材
４ａ，４ｂ  絶縁部材
１００  実験装置
１０１  水槽
１０２  支持部
１０３  移動台
１０４  負荷部
１０５  指標
１０６  レーザ変位計測器
１０７  コンピュータ
２００  直動人工筋アクチュエータ
２０１，２０２  支持部材
３００  歩行ロボット
３０１，３０２  腰関節部
４０１，４０２，４０３，４０４，４０５  ＩＰＭＣ膜
４０６，４０７，４０８，４０９  ＩＰＭＣ膜
【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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