(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮可能な中空の外側構造体と、
前記外側構造体の内部に収容され、前記外側構造体との間に作動空間を形成する伸縮可能な中空の内側構造体と、
前記外側構造体と前記内側構造体との間の作動空間に封入された作動流体と、
前記作動空間内の前記外側構造体の内面と前記内側構造体の外面の少なくとも一方に層状に設けられた発熱体と、
前記作動空間外の前記外側構造体の外面と前記内側構造体の内面にそれぞれ嵌め込まれた形状保持リングと、を備え、
前記層状の発熱体を発熱させて前記作動流体を加熱することにより、前記作動流体を液相から気相に転移させて前記作動空間内の圧力を上昇させ、前記外側構造体と前記内側構造体を伸張させることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記層状の発熱体は、前記作動空間内の前記外側構造体の内面と前記内側構造体の外面のそれぞれに設けられている請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記外側構造体の外面に嵌め込まれた形状保持リングの径は、前記作動流体がその沸点より低温の液相時において前記外側構造体の外面に当接するように設定されており、前記内側構造体の内面に嵌め込まれた形状保持リングの径は、前記作動流体がその沸点より低温の液相時において前記内側構造体の内面に当接するように設定されている請求項１または２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記外側構造体と前記内側構造体は、一定の間隔で複数の山部と谷部が形成されたベローズ形状を備える請求項１ないし３のいずれか１項記載の駆動装置。
【請求項５】
前記外側構造体の谷部の外側と前記内側構造体の山部の内側にそれぞれ前記形状保持リングが嵌め込まれている請求項４記載の駆動装置。
【請求項６】
前記外側構造体と前記内側構造体は、前記山部と谷部のピッチが同一である請求項４または５記載の駆動装置。
【請求項７】
前記外側構造体と前記内側構造体は、弾性材料からなる請求項１ないし６のいずれか１項記載の駆動装置。                                                                   
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体の圧力変化、特に相転移に伴う大きな圧力変化を利用した駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作動流体の相転移に伴う圧力変化を利用した駆動装置として、例えば、弾性を有する単層のベローズの内部空間（作動空間）に作動流体を充填するとともに、作動空間内にヒータを配置するものがあった（特許文献１）。
【０００３】
この装置においては、ヒータに通電して（通電オン）発熱させることによって、常温で液体である作動流体の温度を沸点以上まで上昇させ、気化させていた。これにより、作動空間内の圧力が上昇し、その体積が増加し、ベローズが膨張する。ベローズは一般的に、径方向のバネ定数は軸方向のバネ定数に比べて非常に大きい。そのため、作動空間の体積が増加すると、ベローズは主に軸方向に伸張する。
【０００４】
一方、作動流体が気化された状態のベローズにおいて、ヒータへの通電を停止（通電オフ）すると、ベローズ及び作動流体は自然冷却され、沸点未満まで温度が下がると作動流体は液化する。これにより、内部空間の圧力は低下し、体積は減少し、ベローズは収縮する。
【０００５】
以上のようにヒータへの通電をオンオフすることによって、ベローズを伸張、収縮駆動させることができる。
【特許文献１】特開２００３−３５３０３号公報
【特許文献２】特開２０００−２１９１３４号公報
【特許文献３】特開２００１−１６３２７８号公報
【特許文献４】特開２００１−３１５６３６号公報
【特許文献５】特開２００２−２６７９２１号公報
【特許文献６】特開２００２−３３６２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の駆動装置においては、大きな駆動力を得るその他の目的でベローズの外形を大きくする場合がある。このような場合には、作動空間も大きくなって、これに収容される作動流体の量も多くなる。このため、ベローズを駆動、走行させるために、作動流体を気化させるのに要する熱量はきわめて大きなものとなる。例えば、ベローズの径と長さをｎ倍とした場合では、作動流体をすべて気化させるのに要する熱量はｎ3倍となる。
【０００７】
さらに、作動流体の量が増えることにより、気化・液化に要する時間が増加するため、ヒータへの通電のオンオフからベローズが伸縮するまでの応答時間が増大して駆動装置としての作動速度が低下するという問題があった。
【０００８】
これに対して、ベローズ内の作動流体すべてを気化させることなく、ヒータ周辺の作動流体のみを気化させてベローズを伸縮させる駆動装置がある。この装置では、ベローズの外形が大きくなったとしても、作動流体を気化させるのに要する熱量を増やすことなく、ベローズの伸縮を実現することができる。しかしながら、ベローズの外形を大きくすると、作動空間に封入された作動流体のうちヒータの発熱により気化するものの割合が著しく小さくなるため、作動空間内の圧力上昇量及び体積増加量が相対的に小さくなる、すなわち、ベローズの伸長量が相対的に小さくなる。このため、ベローズの外形を大きくするにつれて、駆動装置の駆動量が低減してしまうと言う問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の駆動装置においては、伸縮可能な中空の外側構造体と、前記外側構造体の内部に収容され、前記外側構造体との間に作動空間を形成する伸縮可能な中空の内側構造体と、前記外側構造体と前記内側構造体との間の作動空間に封入された作動流体と、前記作動空間内の前記外側構造体の内面と前記内側構造体の外面の少なくとも一方に層状に設けられた発熱体と、前記作動空間外の前記外側構造体の外面と前記内側構造体の内面にそれぞれ嵌め込まれた形状保持リングと、を備え、前記層状の発熱体を発熱させて前記作動流体を加熱することにより、前記作動流体を液相から気相に転移させて前記作動空間内の圧力を上昇させ、前記外側構造体と前記内側構造体を伸張させることを特徴としている。
【００１０】
前記層状の発熱体は、前記作動空間内の前記外側構造体の内面と前記内側構造体の外面のそれぞれに設けることが好ましい。
【００１１】
前記外側構造体の外面に嵌め込まれた形状保持リングの径を、前記作動流体がその沸点より低温の液相時において前記外側構造体の外面に当接するように設定し、前記内側構造体の内面に嵌め込まれた形状保持リングの径を、前記作動流体がその沸点より低温の液相時において前記内側構造体の内面に当接するように設定することが好ましい。
【００１２】
前記外側構造体と前記内側構造体は、一定の間隔で複数の山部と谷部が形成されたベローズ形状を備えることができる。
【００１３】
この場合、前記外側構造体の谷部の外側と前記内側構造体の山部の内側にそれぞれ前記形状保持リングを嵌め込むことができる。また、前記外側構造体と前記内側構造体は、前記山部と谷部のピッチを同一とすることができる。
【００１４】
上記外側構造体及び内側構造体は、弾性材料を用いることが好ましい。この弾性材料としては、例えば、シリコンゴムなどの弾性ゴム、リン青銅やニッケルなどの金属、テフロン（登録商標）などのエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。
【００１５】
上記発熱体は、外側構造体の内面及び外面、並びに、内側構造体の内面及び外面のうち、少なくともいずれか一つに、貼り付け、コーティング、蒸着、又はディッピングにより形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、構造体の外形を大きくした場合であっても、作動流体の気化に要する熱量を増大させる必要がなく、ヒータへの通電のオンオフから構造体が伸縮するまでの応答時間が増大することがなく、かつ、駆動量又は走行量の低減を防止することのできる駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
本実施形態に係る駆動装置は、図１に示すように、外側構造体１１、内側構造体１２、作動流体２１、発熱体（ヒータ）３１、３２、及び、電源４１を備える。この駆動装置では、電源４１から電力を供給（電圧を印加）（通電）された発熱体３１、３２が発熱することにより、発熱体３１、３２に挟まれた作動流体２１の液相部分が加熱されて気相へと転移する。これにより、作動空間内の圧力が高まり、外側構造体１１及び内側構造体１２が伸張する。
【００１８】
外側構造体１１及び内側構造体１２は、一定の間隔で複数の山部１１ａ、１２ａと谷部１１ｂ、１２ｂが形成されたベローズ状の筒形状をなしている。外側構造体１１と内側構造体１２は、筒形状の軸方向長さが同一であって、外側構造体１１の山部１１ａ間のピッチは内側構造体１２の山部１２ａ間のピッチと同一であり、さらに、外側構造体１１の谷部１１ｂ間のピッチも内側構造体１２の谷部１２ｂ間のピッチと同一である。内側構造体１２は、その最大外径が、外側構造体１１の最小内径よりも大きく、かつ、外側構造体１１の最大外径よりも小さい。これらの構造体１１、１２は、伸縮可能な弾性材料（例えば硬度５０（ショアＡ）程度のシリコーンゴムなどの弾性ゴム、リン青銅やニッケルなどの金属、テフロン（登録商標）などのエンジニアリングプラスチック）からなる。外側構造体１１の山部１１ａと内側構造体１２の山部１２ａ、外側構造体１１の谷部１１ｂと内側構造体１２の谷部１２ｂ、がそれぞれ互いに対応するように、外側構造体１１内に内側構造体１２を配置することにより、二重構造とされて使用される。外側構造体１１及び内側構造体１２の軸方向両端部は、金属製のリング板状の封止板１５、１６によりそれぞれ閉止されている。これにより、外側構造体１１と内側構造体１２との間に封止された作動空間１８が形成される。作動空間１８には作動流体２１が充填、封入される。
【００１９】
なお、外側構造体１１と内側構造体１２は、ベローズ状に代えて、螺旋溝を備えた筒形状とすることもできる。この螺旋溝を外側構造体１１と内側構造体１２とで対応するように形成すると、内側構造体１２を外側構造体１１内に容易に螺入することが可能となる。すなわち、外側構造体１１もしくは内側構造体１２を変形させることなく、外側構造体１１の内部に内側構造体１２を配置することができる。このため、ゴムなどに比べ高い弾性を示す金属等の材料で外側構造体１１と内側構造体１２を構成することができる。また、封止板１５、１６に代えて、外側構造体１１と内側構造体１２とを互いに結合して作動空間１８を閉じてもよい。
【００２０】
図１、図２に示すように、外側構造体１１の内面及び内側構造体１２の外面には、層状（膜状、面状）の発熱体３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの発熱体３１、３２は、例えば、導電性物質を溶解した液体のコーティングもしくはディッピング、導電性物質の蒸着、導電性薄膜（例えば抵抗金属箔、導電性カーボン含有ゴム）の貼り付け、により形成することができる。発熱体３１、３２を層状（面状）とすることにより、線状の発熱体に比べ、作動流体２１との接触面積を増やすことができるため、作動流体２１への熱伝導を促進することができる。また、発熱体３１、３２を層状とすることにより、線状の発熱体を用いる場合と比べ、作動空間１８の体積をより小さくして必要となる作動流体２１の量を抑えることができる。さらに、層状とすることにより、線状の発熱体では起こり得る断線のおそれがきわめて小さくなり、信頼性の高い駆動装置を実現することができる。また、硬性の発熱体を作動空間１８内に配置する場合には、発熱体と外側構造体１１及び内側構造体１２と、が互いに接触、衝突することによって、外側構造体１１及び内側構造体１２の伸縮を妨げるおそれがあるが、発熱体３１、３２を層状とすることにより、外側構造体１１及び内側構造体１２の伸縮をスムーズかつ十分行うことができる。
【００２１】
発熱体３１、３２は、電気抵抗の温度係数が小さく、耐食性が強い材料からなることが好ましく、例えば、コンスタンタンを用いると、電気抵抗の温度係数がきわめて小さいために、駆動装置の動作環境の変化があっても安定した動作を行わせることができる。発熱体３１、３２を層状（面状）とすることにより、線状の発熱体に比べ、作動流体２１との接触面積を増やすことができるため、作動流体２１への熱伝導を促進することができる。なお、発熱体３１、３２は、外側構造体１１の内面及び外面、並びに、内側構造体１２の内面及び外面のうち、少なくともいずれか一つに層状に形成されていればよい。
【００２２】
発熱体３１、３２には、導線４１１、４１２が接続され、この導線４１１、４１２は外部の電源４１に接続されている。この電源４１は、制御器４２に接続され、制御器４２の制御のもと、発熱体３１、３２へ通電を行う。導線４１１、４１２は、発熱体３１、３２に接続せずに、これらと導通する金属製の封止板１５、１６に接続しても良い。
【００２３】
外側構造体１１の各谷部１１ｂの外側には、互いに独立した形状保持リング３５がそれぞれ嵌め込まれ、内側構造体１２の各山部１２ａの内側には、互いに独立した形状保持リング３６がそれぞれ嵌め込まれている。これらの形状保持リング３５、３６は剛性材料からなり、例えばステンレスで構成することができる。形状保持リング３５、３６の径は、作動流体２１がその沸点より低温の液相時において、外側構造体１１では各谷部１１ｂの外側に、内側構造体１２では各山部１２ａの内側に、ちょうど当接する程度としている。これらのリング３５、３６は、外側構造体１１および内側構造体１２が、この実施形態に示すように、ゴムなどの弾性が大きな材料の場合に特に必要となる。すなわち、これらのリング３５、３６により、作動空間１８内の作動流体２１が加熱されて液体から気体に相転移して体積が増加したときに、外側構造体１１及び内側構造体１２が径方向に伸張するのを抑え、軸方向に伸張しやすくすることができる。
【００２４】
作動流体２１は、駆動装置を使用する環境下における常温で液体であって、沸点が常温よりやや高い物質（常温より約５〜２０°Ｃ高い物質）を用いることが望ましい。駆動装置を人体内で用いる場合は、５０°Ｃ以上の沸点が好ましく、例えば、住友スリーエム社のＰＦ−５０６０（商品名）（沸点５６°Ｃ）を用いることができる。このように、常温よりやや高い程度の沸点を有する物質を用いることにより、わずかな電力で作動流体２１を加熱気化することができる。また、人体内で用いる場合において、沸点がより高い物質に比べ、安全性を高めることができる。
【００２５】
さらに、作動流体２１は、比熱及び蒸発潜熱が小さいことが好ましい。比熱を小さくすることにより、急速な温度上昇が可能となるため、高い応答速度の相転移を実現することができる。また、蒸発潜熱又は気化熱が小さいと、少ない熱量で作動流体２１を気化することができるため、応答速度の高い相転移を実現することができる。これらの効果は、作動流体２１の冷却時、また液化時においても同様に働く。
【００２６】
また、作動流体２１は、外側構造体１１、内側構造体１２、発熱体３１、３２を構成する材料に対して不活性であることが好ましく、例えば、フッ素系液体を用いることができる。前出のＰＦ−５０６０は、この点にも適合するため、作動流体２１として好ましい物質である。
【００２７】
作動空間１８への作動流体２１の供給は、封止板１６を貫通して外部から作動空間１８内へ連通する導通管２３に接続された作動流体供給器（作動流体供給手段）２４によって行う。導通管２３には弁２５が設けられている。この弁２５は、作動流体２１の供給時には開かれて作動空間１８と作動流体供給器２４とを連通させ、作動流体２１の供給が終了すると閉められて作動空間１８から外部への逆流を防止する。ここで、封止板１６のうち、少なくとも導通管２３を貫通させる部分を、キャップピアシング機構を備えた材料で構成すると、導通管２３を出し入れしても、キャップピアシング機構を構成する素材自体の粘弾性によって作動空間１８の気密性を保持することができる。これにより、作動流体２１の供給時の気密性保持のための特別な構成が不要となるとともに、作動流体２１の補充作業が容易となる。また、作動流体供給器２４は電動、手動どちらでもよく、例えばシリンジを使うこともできる。また、封止板１５を貫通させるように導通管２３を配置してもよい。
【００２８】
作動空間１８内には、温度センサ４５１及び圧力センサ４６１が配置され、作動空間１８内の温度及び圧力を常時検知することができる。温度センサ４５１は、例えば、白金測温抵抗体を用いることができる。温度センサで検出された情報は、導線４５２で接続された温度測定器４５に送られる。また、圧力センサ４６１は、例えば、ピエゾ抵抗型半導体を用いることができる。圧力センサ４６１で検出された情報は、導線４６２で接続された圧力測定器４６に送られる。温度測定器４５及び圧力測定器４６は制御器４２に接続されている。この制御器４２は、温度測定器４５及び圧力測定器４６から送られてくる作動空間１８内の温度の検知結果及び圧力の検知結果に基づいて、発熱体３１、３２への電力を供給するように又は印加を停止するように、電源４１の動作を制御することができる。
【００２９】
本実施形態に係る駆動装置は、例えば次の順序で組み立てることができる。まず、各山部１１ａと各山部１２ａ、各谷部１１ｂと各谷部１２ｂ、がそれぞれ対応するように、外側構造体１１内へ内側構造体１２を圧入する。つづいて、各谷部１１ｂの外側に形状保持リング３５を、各山部１２ａの内側に形状保持リング３６をそれぞれ配置する。次に、外側構造体１１と内側構造体１２間に形成する作動空間１８を封止するように、ベローズ状の外側構造体１１及び内側構造体１２の軸方向両端を封止板１５及び封止板１６を接着固定する。最後に、導通管２３を封止板１６に貫通させ、作動流体供給器２４により作動空間１８内に作動流体２１を充填する。
【００３０】
以上のように構成した本実施形態に係る駆動装置においては、電源４１から電力を供給された発熱体３１、３２が発熱することにより、作動流体２１が加熱されて液相部が気相に転移し、作動空間１８内の圧力が上昇し、これに伴って外側構造体１１及び内側構造体１２が伸張する。ベローズ状の外側構造体１１及び内側構造体１２の径方向の伸張は形状保持リング３５及び形状保持リング３６によりそれぞれ規制されているため、外側構造体１１及び内側構造体１２は軸方向に伸張する。また、この軸方向の伸張を利用することにより、外側構造体１１及び内側構造体１２を一体となって伸張方向に走行させることが可能である。例えば、ここで、簡単な議論から、作動空間１８内の圧力の上昇が外側構造体１１及び内側構造体１２の伸長を引き起こすことを説明する。図３は、外側構造体１１と内側構造体１２の間の作動空間１８の断面の一部を拡大したものである。外側構造体１１と内側構造体１２の間の間隔がｄであって、外側構造体１１及び内側構造体１２のベローズのピッチ（隣り合う山部１１ａ（山部１２ａ）同士の間隔、及び、隣り合う谷部１１ｂ（谷部１２ｂ）同士の間隔）が図３（ａ）に示すようにｈａである場合と、図３（ｂ）に示すようにｈｂである場合を考える（ｈａ＜ｈｂ）。このとき、領域Ａ（図３における斜線部）の面積は、図３（ａ）がｈａ×ｄ、図３（ｂ）がｈｂ×ｄと表される。作動空間１８の体積は、図３における領域Ａの面積を外側構造体１１及び内側構造体１２の全長及び周方向にわたって積分したものであるので、作動空間１８の体積は、図３（ｂ）の場合が図３（ａ）の場合よりも大きくなる。ここでｈａ＜ｈｂであるが、このことは、図３（ｂ）が図３（ａ）に比べて外側構造体１１及び内側構造体１２が伸張していることを表している。すなわち、外側構造体１１及び内側構造体１２が伸長すると、作動空間１８の体積が増加する。このことから、作動流体２１が加熱されて液相部が気相に転移し、作動空間１８内の圧力が上昇すると、これに伴って外側構造体１１及び内側構造体１２が伸長することが理解できる。
【００３１】
外側構造体１１と内側構造体１２とからなる二層ベローズの構造により、単層ベローズの場合と比べ作動空間１８内の作動流体２１の質量を大幅に減少させることができるため、短時間ですべての作動流体２１を気化させることが可能となる。よって、作動流体２１の気化又は液化のレスポンスを向上させることができ、かつ外側構造体１１及び内側構造体１２の伸張量を大きくとることができる。このことは、本駆動装置の作動周波数と振幅を高めることを意味する。さらに、外側構造体１１及び内側構造体１２の外形に比して必要となる作動空間１８をきわめて小さくできることにより、駆動量を大きくするために外側構造体１１及び内側構造体１２の外形を大きくしたとしても、必要となる作動流体２１の質量はわずかに増加するだけで済む。よって、作動流体２１の相転移に要する熱量（電力量）を大幅に増大することなく、大きな駆動量を得ることができる。
【００３２】
本実施形態では、外側構造体１１及び内側構造体１２の伸張量及び伸張の応答速度を所望範囲とするために、次のような温度設定を行っている。まず、常温で作動流体２１がすべて液体であるとき（初期状態）の外側構造体１１及び内側構造体１２の軸方向長さと、外側構造体１１及び内側構造体１２が塑性変形を開始しない範囲内で最大限に伸張したときの軸方向長さと、の差を最大伸張量とする。初期状態の長さに対して、この最大伸張量に１未満の所定の定数（例えば０．６）を乗じて得た数値の分だけ伸びるような温度を、温度Ｔの最大値Ｔｃｅｉｌｉｎｇとして設定する。一方、作動流体２１の沸点より所定温度（例えば３℃）だけ低い温度を、温度Ｔの設定最小温度Ｔｆｌｏｏｒとして設定する。
【００３３】
発熱体３１、３２を発熱させて初期状態の作動流体２１を加熱すると、発熱体３１及び３２に近く温度上昇の速い部分から作動流体２１の気化が始まり、作動空間１８内の圧力が上昇し、外側構造体１１及び内側構造体１２が伸張し始める。さらに加熱すると、発熱体３１及び３２から遠い作動流体２１も気化し始めて、外側構造体１１及び内側構造体１２の伸張はさらに進行する。温度がＴｃｅｉｌｉｎｇに達したことを温度センサ４５１で検知すると、制御器４２の制御により電源４１による電力の供給が中止される。すると、作動流体２１の温度は、外気その他の影響による自然冷却により低下し始め、沸点まで低下した作動流体２１は液化する。作動流体２１の液化により、伸張していた外側構造体１１及び内側構造体１２は収縮し始める。作動流体２１の温度が設定最小温度Ｔｆｌｏｏｒまで低下したことを温度センサ４５１で検知したところで、電源４１による電力の供給を開始すると、作動流体２１の温度が上昇し、作動流体２１の温度が沸点に達すると再び外側構造体１１及び内側構造体１２は伸張する。このような、加熱（電力供給）→加熱中止（電力供給中止）→自然冷却→加熱→加熱中止→自然冷却→加熱→…の繰り返しによって、外側構造体１１及び内側構造体１２に伸縮運動をさせることができる。
【００３４】
本実施形態に係る駆動装置の動作について、図４を参照しつつ、詳細に説明する。駆動装置の動作制御の流れは、作動流体２１が加熱中であるか自然冷却中であるかによって、大きく２つに分かれる。図４においては、ステップＳ１１０〜Ｓ１１５が加熱中の動作制御を示し、ステップＳ１２０〜Ｓ１２５は自然冷却中の動作制御を示している。
【００３５】
まず作動流体２１を加熱するための動作制御について説明する。
動作制御が開始されると（ステップＳ１００）、まず、温度測定器４５と圧力測定器４６によって作動空間１８内の温度Ｔと圧力Ｐが測定され、その結果が制御器４２に取り込まれる（ステップＳ１１１）。温度Ｔ及び圧力Ｐの測定、並びに、制御器４２への送出は連続的に行うことが好ましいが、あらかじめ制御器４２に記憶させた間隔（例えば１ミリ秒）ごとに行うこともできる。制御器４２では、温度Ｔと圧力Ｐがそれぞれ限界値（これ以上上昇すると危険な値）としての限界温度Ｔｌｉｍｉｔと限界圧力Ｐｌｉｍｉｔよりも高いかどうかが判断され、高い場合（ステップＳ１１２でＹＥＳ）は、発熱体３１、３２への電力の供給を停止（ステップＳ１３０）した後、動作制御を終了する（ステップＳ１３１）。
【００３６】
一方、温度Ｔと圧力Ｐがそれぞれ限界温度Ｔｌｉｍｉｔと限界圧力Ｐｌｉｍｉｔ以下であった場合（ステップＳ１１２でＮＯ）は、次に測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係を調べる（ステップＳ１１３）。ここで、アクチュエータが正常に動作しているならば、例えば温度Ｔの上昇に伴って圧力Ｐも上昇するように、両者は互いに独立ではない所定の関係を有する。したがって、あらかじめ測定し制御器４２に記憶させた正常な温度Ｔと圧力Ｐの関係と、実際に測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係を比較することにより、測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係が正常であるか否かを判断することができる。よって、測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係が、制御器４２に記憶させた正常な関係に対して、あらかじめ定めた閾値を超えて大きくずれる場合は異常であると判断して（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、  発熱体３１、３２への電力の供給を停止（ステップＳ１３０）した後、動作制御を終了する（ステップＳ１３１）。異常の原因として、例えばベローズに穴が開いたために作動流体を加熱しても圧力が上昇しない場合が考えられる。
【００３７】
これに対して、測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係が、制御器４２に記憶させた正常な関係に対して、あらかじめ定めた閾値を超えることなく正常であると判断された場合は（ステップＳ１１３でＮＯ）、操作者が終了の操作をしたかどうかを判断する（ステップＳ１１４）。終了の操作は制御器４２に接続された入力部（例えばキーボード、マウス）４８によって行うことができる。操作者が終了の操作をしていた場合（ステップＳ１１４でＹＥＳ）、発熱体３１、３２への電力の供給を停止した後（ステップＳ１３０）、終了する（ステップＳ１３１）。
【００３８】
操作者が終了の操作をしていない場合は（ステップＳ１１４でＮＯ）、温度ＴがＴｃｅｉｌｉｎｇより高いか否かが判断される（ステップＳ１１５）。温度ＴがＴｃｅｉｌｉｎｇ以下であった場合（ステップＳ１１５でＮＯ）、発熱体３１、３２へ電力を供給し（ステップＳ１１０）、再び温度測定器４５と圧力測定器４６によって温度Ｔと圧力Ｐが測定される（ステップＳ１１１）。これに対して、温度ＴがＴｃｅｉｌｉｎｇよりも大きかった場合（ステップＳ１１５でＹＥＳ）は、作動流体２１を自然冷却するための制御（ステップＳ１２０〜ステップＳ１２５）を行う。なお、発熱体３１、３２へ供給される電力は、例えば３０Ｊ／ｓｅｃの直流電圧とすることができるが、その電力量も供給するときの波形も任意のもの（例えば矩形波、正弦波、パルス状など）とすることができる。
【００３９】
以下に作動流体２１を自然冷却するための動作制御について説明する。
まず、発熱体へ電力の供給を停止し（ステップＳ１２０）、温度測定器４５と圧力測定器４６によって作動空間１８内の温度Ｔと圧力Ｐが測定され、その結果が制御器４２に取り込まれる（ステップＳ１２１）。制御器４２では、温度Ｔと圧力Ｐがそれぞれ限界温度Ｔｌｉｍｉｔと限界圧力Ｐｌｉｍｉｔよりも高いかどうかが判断され、高い場合（ステップＳ１２２でＹＥＳ）は、動作制御を終了する（ステップＳ１３１）。
【００４０】
一方、温度Ｔと圧力Ｐがそれぞれ限界温度Ｔｌｉｍｉｔと限界圧力Ｐｌｉｍｉｔ以下であった場合（ステップＳ１２２でＮＯ）は、次に測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係を調べる（ステップＳ１２３）。測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係が、制御器４２に記憶させた正常な関係に対して、あらかじめ定めた閾値を超えて大きくずれる場合は異常であると判断して（ステップＳ１２３でＹＥＳ）、  動作制御を終了する（ステップＳ１３１）。
【００４１】
これに対して、測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係が、制御器４２に記憶させた正常な関係に対して、あらかじめ定めた閾値を超えることなく正常であると判断された場合は（ステップＳ１２３でＮＯ）、操作者が終了の操作をしたかどうかを判断する（ステップＳ１２４）。終了の操作は制御器４２に接続された入力部４８によって行うことができる。操作者が終了の操作をしていた場合（ステップＳ１２４でＹＥＳ）、制御を終了する（ステップＳ１３１）。
【００４２】
操作者が終了の操作をしていない場合は（ステップＳ１２４でＮＯ）、温度Ｔが設定最小温度Ｔｆｌｏｏｒより高いか否かが判断される（ステップＳ１２５）。温度Ｔが設定最小温度Ｔｆｌｏｏｒ以上であった場合（ステップＳ１２５でＮＯ）、発熱体３１、３２への電力供給を停止し（ステップＳ１２０）、再び温度測定器４５と圧力測定器４６によって温度Ｔと圧力Ｐが測定される（ステップＳ１２１）。これに対して、温度Ｔが設定最小温度Ｔｆｌｏｏｒよりも小さかった場合（ステップＳ１２５でＹＥＳ）は、作動流体２１を加熱するための制御（ステップＳ１１０〜ステップＳ１１５）を行う。
【００４３】
本実施形態の駆動装置では、上述のいずれかの終了条件（ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１４、Ｓ１２２、Ｓ１２３、Ｓ１２４）を満たすまで、加熱又は自然冷却の動作制御を繰り返され、これにより作動流体２１が相転移して外側構造体１１及び内側構造体１２が伸縮する。
【００４４】
なお、限界温度Ｔｌｉｍｉｔ、限界圧力Ｐｌｉｍｉｔ、Ｔｃｅｉｌｉｎｇ、及び、設定最小温度Ｔｆｌｏｏｒは、あらかじめ定めて制御器４２に記憶させておくことが好ましいが、動作中に変更することもできる。また、発熱体３１、３２へ電力を供給する場合（ステップＳ１１０）及び電力の供給を停止する場合（ステップＳ１２０）のいずれの場合も、次にこれらの動作を行うまで、その供給／停止状態は保持される。
【００４５】
つづいて、図５を参照しつつ、外側構造体１１及び内側構造体１２の伸張量を所望量にするための供給電力量の設定に関する制御について説明する。この制御は、駆動装置の動作中に随時行う。
【００４６】
制御が開始（ステップＳ２００）されると、まず温度測定器４５と圧力測定器４６によってそれぞれ温度Ｔと圧力Ｐが測定され（ステップＳ２０１）、その結果が制御器４２に取り込まれる。ここで、温度Ｔと圧力Ｐがそれぞれ限界温度Ｔｌｉｍｉｔと限界圧力Ｐｌｉｍｉｔよりも高い場合は（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、発熱体３１、３２への電力の供給を停止（ステップＳ２１０）した後、動作制御を終了する（ステップＳ２１１）。
【００４７】
温度Ｔと圧力Ｐがそれぞれ限界温度Ｔｌｉｍｉｔと限界圧力Ｐｌｉｍｉｔ以下であった場合（ステップＳ２０２でＮＯ）は、次に測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係を調べる（ステップＳ２０３）。温度Ｔと圧力Ｐの関係が異常であった場合（ステップＳ２０３でＹＥＳ）は、発熱体３１、３２への電力の供給を停止した後（ステップＳ２１０）、終了する（ステップＳ２１１）。
【００４８】
これに対して、測定された温度Ｔと圧力Ｐとの関係が正常であると判断された場合は（ステップＳ２０３でＮＯ）、操作者が終了の操作をしたかどうかを判断する（ステップＳ２０４）。操作者が終了の操作をしていた場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、発熱体３１、３２への電力の供給を停止した後（ステップＳ２１０）、終了する（ステップＳ２１１）。
【００４９】
操作者が終了の操作をしていない場合は（ステップＳ２０４でＮＯ）、あらかじめ制御器４２に記憶された設定温度Ｔｓｅｔを参照する（ステップＳ２０５）。設定温度Ｔｓｅｔは、外側構造体１１及び内側構造体１２を所望量伸張させるために作動流体２１を加熱するのに必要な温度として設定された値である。
【００５０】
次に、制御器４２において、この設定温度Ｔｓｅｔと測定された温度Ｔとが比較され、作動空間１８内の温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔとなるように電力量ｗが決定され（ステップＳ２０６）、電力量ｗの電力が発熱体３１、３２に供給される（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０５〜Ｓ２０７における電力量ｗの決定には、フィードバック制御（比例制御、比例積分制御、比例積分微分制御など）を用いるのがよい。電力量ｗが０以下の場合は電力量ｗ＝０とし、発熱体３１、３２には電力は供給されず、作動流体は自然冷却される。
【００５１】
電力供給後は、再び温度測定器４５と圧力測定器４６によってそれぞれ温度Ｔと圧力Ｐが測定される（ステップＳ２０１）。その後は、既に述べたいずれかの終了条件（ステップＳ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０４）を満たすまで、制御を続ける。このような制御を繰り返すことにより、作動流体２１は設定温度Ｔｓｅｔに到達し、外側構造体１１及び内側構造体１２は所望量だけ伸張し、設定した力を発揮することができる。
【００５２】
なお、ステップＳ２０５において、設定温度Ｔｓｅｔに代えて、又は、設定温度Ｔｓｅｔとともに、あらかじめ制御器４２に記憶された設定圧力Ｐｓｅｔを参照することもできる。設定圧力Ｐｓｅｔは、設定温度Ｔｓｅｔと同様に、外側構造体１１及び内側構造体１２を所望量伸張させるために必要な圧力として設定された値である。この場合、制御器４２において、設定圧力Ｐｓｅｔと測定された圧力Ｐとが比較され、作動空間１８内の圧力Ｐが設定圧力Ｐｓｅｔとなるように電力量ｗが決定され（ステップＳ２０６）、電力量ｗの電力が発熱体３１、３２に供給される（ステップＳ２０７）のは、上述の設定温度Ｔｓｅｔによる制御と同様である。
【００５３】
また、設定温度Ｔｓｅｔ及び設定圧力Ｐｓｅｔは駆動装置を動作させる前にあらかじめ決めておくことが好ましいが、動作中に変更することもできる。さらに、発熱体３１、３２への電力供給／停止を行った場合（ステップＳ２０７）は、次にこれらの動作を行うまで、その供給／停止状態は保持されている。
【００５５】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る駆動装置の構成を示し、外側構造体及び内側構造体の内部構成を示した一部縦断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態に係る外側構造体及び内側構造体が収縮した状態を示す概念図であり、（ｂ）は外側構造体及び内側構造体が伸張した状態を示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態に係る駆動装置の動作制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る駆動装置の動作制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１１  外側構造体
１１ａ      山部
１１ｂ      谷部
１２  内側構造体
１２ａ      山部
１２ｂ      谷部
１５  封止板
１６  封止板
１８  作動空間
２１  作動流体
３１  発熱体（ヒータ）
３２  発熱体（ヒータ）
３５  形状保持リング
３６  形状保持リング
４１  電源
４２  制御器
４５  温度測定器
４６  圧力測定器
１３１      発熱体
１３２      発熱体
Ｐｌｉｍｉｔ      限界圧力
Ｐｓｅｔ    設定圧力
Ｔｆｌｏｏｒ      設定最小温度
Ｔｃｅｉｌｉｎｇ  設定最大温度
Ｔｌｉｍｉｔ      限界温度
Ｔｓｅｔ    設定温度
【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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