(57)【要約】【課題】  高分子アクチュエータの複数の導電性高分子チューブの端部を束ねて締結する際に、その締結部の信頼性を高める。【解決手段】  電圧を加えることで伸縮する導電性高分子材料でコイル部材を覆って導電性高分子チューブ１３を構成し、複数の導電性高分子チューブ１３の端部を芯材１５の外周を囲むように束ねるととともに、束ねられた複数の導電性高分子チューブ１５の端部の外周を締結リング１８で締め付けて芯材１５との間に締結し、その締結部を合成樹脂で固めてアクチュエータエレメント１４を構成する。この構成により、複数の導電性高分子チューブ１３を整然した形状に束ねて出力伝達部材に精度良く固定できるだけでなく、その締結部における導電性高分子チューブ１３の捩れや曲がりを防止して締結部の信頼性を高め、導電性高分子チューブ１３が発生する出力を効果的に伝達することができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を加えることで伸縮する導電性高分子材料（１２）でコイル部材（１１）を覆って導電性高分子チューブ（１３）を構成し、複数の導電性高分子チューブ（１３）の端部を芯材（１５）の外周を囲むように束ねるととともに、束ねられた複数の導電性高分子チューブ（１３）の端部の外周を締結リング（１８）で締め付けて芯材（１５）との間に締結し、その締結部を合成樹脂（５４）で固めたことを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項２】
各々の導電性高分子チューブ（１３）に通電する電極線（２０）を前記合成樹脂（５４）の内部に埋設したことを特徴とする、請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
【請求項３】
束ねられた導電性高分子チューブ（１３）が貫通する球面ベアリング（１９）を締結リング（１８）に接するように取り付け、出力伝達部材（４４，４６）に形成した球面状座部（４４ｂ，４６ｂ）に前記球面ベアリング（１９）を支持したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高分子アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を加えることで伸縮する導電性高分子材料を用いた高分子アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる高分子アクチュエータは、下記特許文献１により公知である。この特許文献１の図７の実施例に示されたものは、コイルスプリングの外周を電解質部を挟んで導電性高分子材料で覆って導電性高分子チューブを構成し、この導電性高分子チューブの導電性高分子材料および電解質部間に電圧を加えることで、導電性高分子チューブをコイルスプリングの軸線に沿う方向に伸縮させて高分子アクチュエータとしての機能を発揮させるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−１３３８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、１本の導電性高分子チューブが発生し得る出力は小さいため、多数の導電性高分子チューブを並列に結合して大出力の高分子アクチュエータを得ることが考えられる。この場合、多数の導電性高分子チューブの端部を単に束ねて固定するだけでは信頼性が低く、固定部で導電性高分子チューブが緩んだり傾いたりして出力伝達部材に出力を効果的に伝達できなくなったり、束ねられた多数の導電性高分子チューブの端部の形状が崩れて出力伝達部材に正しく固定できなくなったりする問題がある。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、高分子アクチュエータの複数の導電性高分子チューブの端部を束ねて締結する際に、その締結部の信頼性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電圧を加えることで伸縮する導電性高分子材料でコイル部材を覆って導電性高分子チューブを構成し、複数の導電性高分子チューブの端部を芯材の外周を囲むように束ねるととともに、束ねられた複数の導電性高分子チューブの端部の外周を締結リングで締め付けて芯材との間に締結し、その締結部を合成樹脂で固めたことを特徴とする高分子アクチュエータが提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、各々の導電性高分子チューブに通電する電極線を前記合成樹脂の内部に埋設したことを特徴とする高分子アクチュエータが提案される。
【０００７】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、束ねられた導電性高分子チューブが貫通する球面ベアリングを締結リングに接するように取り付け、出力伝達部材に形成した球面状座部に前記球面ベアリングを支持したことを特徴とする高分子アクチュエータが提案される。
【０００８】
尚、実施例の下部ベース部材４４および上部ベース部材４６は本発明の出力伝達部材に対応する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の構成によれば、芯材の周囲に複数の導電性高分子チューブの端部を束ね、その外周を締結リングで締め付けて締結するので、複数の導電性高分子チューブを整然とした形状に束ねて出力伝達部材に精度良く固定できるだけでなく、その締結部における導電性高分子チューブの捩れ、曲がり等を防止して締結部の信頼性を高め、導電性高分子チューブが発生する出力を効果的に伝達することができる。しかも前記締結部を合成樹脂で固めることにより、導電性高分子チューブの緩みや抜けを防止して信頼性を一層高めることができる。
【００１０】
請求項２の構成によれば、各々の導電性高分子チューブに通電する電極線を前記合成樹脂の内部に埋設したので、電極線の断線、短絡、接触不良等の発生を防止して信頼性をより一層高めることができる。
【００１１】
請求項３の構成によれば、束ねた導電性高分子チューブを締結リングに接する球面ベアリングの内部を貫通させ、この球面ベアリングを出力伝達部材に形成した球面状座部に支持したので、導電性高分子チューブの収縮荷重を締結リングから球面ベアリングを介して出力伝達部材に確実に伝達することができる。しかも導電性高分子チューブの張力で球面状座部に対して球面ベアリングを位置決めすることで、導電性高分子チューブの端部に曲げ荷重が加わるのを防止して出力伝達効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は導電性高分子チューブの構造を示す図、図２はアクチュエータエレメントの全体図、図３は図２の３−３線拡大断面図、図４は自動車のサスペンション装置の正面図、図５は車高調整用アクチュエータの縦断面図、図６は図５の６−６線断面図、図７は図５の７部拡大図、図８は前記図５に対応する作用説明図である。
【００１４】
本実施例は、高分子アクチュエータを自動車のサスペンションの車高調整装置に適用したものであり、まず高分子アクチュエータに使用されるアクチュエータエレメントの構造を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１５】
高分子アクチュエータに使用する導電性高分子材料は、例えばポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンおよびこれらの誘導体のうちの一種、あるいは複数種の混合物で構成される。導電性高分子材料を電解液に浸し、導電性高分子材料および電解液にそれぞれプラス電位およびマイナス電位を与えると、導電性高分子材料に電解液中のマイナスイオンが吸収されて膨張し、逆に導電性高分子材料および電解液にそれぞれマイナス電位およびプラス電位を与えると、導電性高分子材料から電解液中のマイナスイオンが放出されて収縮する性質がある。このとき、僅かに１Ｖ〜３Ｖの電圧を加えるだけで導電性高分子材料は１５％程度の伸縮率と２２ＭＰａ程度の出力を発生することができ、かつ０．２秒程度の応答時間で伸長状態および収縮状態を切り替えることができる。
【００１６】
図１に示すように、細い金属線をコイル状に巻いたコイル部材１１を導電性高分子材料１２で覆うことにより導電性高分子チューブ１３を構成する。導電性高分子材料１２をコイル部材１１と一体化することで、その径方向の伸縮を抑制して軸方向の伸縮を促進することができる。１本の導電性高分子チューブ１３が発生する出力には限界があるため、それを複数本束ねてアクチュエータエレメント１４を構成する。
【００１７】
図２および図３に示すように、本実施例のアクチュエータエレメント１４は６本の導電性高分子チューブ１３…を束ね、その両端部で一体に締結したものである。即ち、アクチュエータエレメント１４の端部において、金属等の硬質材料で形成した円柱状の芯材１５の外周にゴム等の緩衝材１６を被せ、その外周に複数本（実施例では６本）の導電性高分子チューブ１３…の端部を束ねた後、それらの外周にゴム等の緩衝材１７を介して金属で形成した円筒状の締結リング１８を嵌合させる。そして締結リング１８を隣接する導電性高分子チューブ１３…の間の６カ所で、図３（Ｂ）の状態から図３（Ａ）の状態に径方向内側にかしめることにより、芯材１５と締結リング１８との間に６本の導電性高分子チューブ１３…を締結する。
【００１８】
締結リング１８をかしめ加工する前に、半球状の球面ベアリング１９の中心を貫通する貫通孔１９ａに、予め６本の導電性高分子チューブ１３…を挿通しておく。また締結リング１８をかしめ加工する際に、その内側に延びる１本の電極線２０を何れか１本の導電性高分子チューブ１３に電気的に接続しておく。６本の導電性高分子チューブ１３…は相互に接触しているため、１本の電極線２０を介して６本の導電性高分子チューブ１３に電圧を印加することができる。
【００１９】
図４は自動車のサスペンション装置を示すもので、車輪３１を回転自在に支持するナックル３２がサスペンションアーム３３を介して車体３４に上下動自在に支持されており、サスペンションアーム３３および車体３４間にコイルスプリング３５および車高調整用アクチュエータ３６が同軸かつ直列に配置される。またナックル３２と車体３４とを接続するダンパー３７は、下端をナックル３２に支持されたシリンダ３８と、シリンダ３８から上方に突出して車体３４に支持されたピストンロッド３９とを備える。従って、路面から車輪３１に入力された衝撃はコイルスプリング３５により緩衝されてダンパー３７により減衰され、かつ車高調整用アクチュエータ３６の伸縮によって車高調整が行われる。
【００２０】
次に、図５〜図７に基づいて車高調整用アクチュエータ３６の構造を説明する。
【００２１】
車高調整用アクチュエータ３６は、車体３４に固定された有底円筒状の下部ケーシング４１と、下部ケーシング４１の上端に伸縮自在なブーツ４２を介して接続された同直径の上部ケーシング４３とを備える。下部ケーシング４１の底面に固定された下部ベース部材４４から大径ピストン４５が上向きに突出し、また上部ケーシング４３の底面に固定された上部ベース部材４６から同軸に形成された大径シリンダ４８が下向きに突出し、この大径シリンダ４８の内部に大径ピストン４５が摺動自在に嵌合する。
【００２２】
下部ベース部材４４および大径ピストン４５を貫通する小径シリンダ４７に摺動自在に嵌合する小径ピストン４９の下端は、コイルスプリング３５の上端を支持するスプリングシート４０の上面に支持される。大径シリンダ４８、上部ベース部材４６および上部ケーシング４３は、大径ピストン４５および大径シリンダ４８間に配置されたリターンスプリング５０により、大径ピストン４５、下部ベース部材４４および下部ケーシング４１に対して上向きに付勢される。大径ピストン４５および大径シリンダ４８により区画された第１油室５１と、小径シリンダ４７および小径ピストン４９により区画された第２油室５２とは相互に連通しており、第１、第２油室５１，５２にはオイルが充填される。
【００２３】
下部ベース部材４４および上部ベース部材４６が、円周方向に所定間隔で配置された複数本（実施例では２０本）のアクチュエータエレメント１４…で接続される。下部ベース部材４４、下部ケーシング４１、ブーツ４２、上部ケーシング４３、上部ベース部材４６、大径ピストン４５および大径シリンダ４８で区画された電解液室５３には電解液が充填されており、電解液室５３に収納されたアクチュエータエレメント１４…は電解液に接触する。
【００２４】
図７に詳細に示すように、上部ベース板４６に各アクチュエータエレメント１４を固定すべく、その上面から下面に向けて１本の環状溝４６ａ、２０個の球面状座部４６ｂ…および２０個の貫通孔４６ｃ…が形成される。アクチュエータエレメント１４の６本の導電性高分子チューブ１３…が貫通孔４６ｃを緩く貫通した状態で、球面ベアリング１９が球面状座部４６ｂに揺動自在に嵌合する。そして導電性高分子チューブ１３…に張力を付与することで、球面ベアリング１９と球面状座部４６ｂとの間の滑りによりアクチュエータエレメント１４が直線状に延びた状態で、環状溝４６ａに溶融した合成樹脂５４を流し込んで硬化させる。
【００２５】
以上、各アクチュエータエレメント１４の上端を上部ベース部材４６に固定する構造を説明したが、その下端を下部ベース部材４４に固定する構造も同一である。但し、アクチュエータエレメント１４の下端には電極線２０が設けられていない点が異なっている。
【００２６】
上部ベース板４６の上面に環状の第１電極板５５および環状の第２電極板５６が同心状に固定される。径方向外側に配置された第１電極板５５には、２０本のアクチュエータエレメント１４…から上方に延びる２０本の電極線２０…が接続される。また径方向内側に配置された第２電極板５６から、９０°間隔で配置された４本の白金製の電極棒５７…が電解液室５３内に延びており、それらの下端は大径シリンダ４８の外周に固定した支持部材５８に支持される。
【００２７】
次に、上記構成を備えた第１実施例の作用を説明する。
【００２８】
アクチュエータエレメント１４…の導電性高分子チューブ１３…に電極線２０…を介して接続された第１電極板５５をバッテリのマイナス極に接続し、電解液室５３内の電解液に浸された電極棒５７…に連なる第２電極板５６をバッテリのプラス極に接続すると、導電性高分子チューブ１３…に吸収されていたマイナスイオンが電解液中に排出されることで、導電性高分子チューブ１３…が軸方向に収縮する。すると、図８に示すように、アクチュエータエレメント１４…が軸方向に収縮して下部ベース部材４４に対して上部ベース部材４６が引き下げられるため、大径ピストン４５に対して大径シリンダ４８が相対的に下降して第１油室５１のオイルを第２油室５２に押し出すことで、大径ピストン４５よりも小径の小径ピストン４９が大きなストロークで下部ベース部材４４から下方に突出し、上部ベース部材４６の上面から小径ピストン４９の下端までの距離が増加する。その結果、車体３４に対してサスペンションアーム３３が押し下げられることで、車高が増加方向に調整される。
【００２９】
また各アクチュエータエレメント１４が収縮するとき、その収縮荷重が締結リング１８から球面ベアリング１９を介して下部ベース部材４４および上部ベース部材４６に伝達されるので、前記収縮荷重を高い信頼性で効率よく伝達することができる。
【００３０】
逆に、第１電極板５５をバッテリのプラス極に接続し、第２電極板５６をバッテリのマイナス極に接続すると、電解液中のマイナスイオンが導電性高分子チューブ１３…に吸収されることで、導電性高分子チューブ１３…、即ちアクチュエータエレメント１４…が軸方向に伸長する。アクチュエータエレメント１４…は引張荷重を伝達するのみで圧縮荷重を伝達できないが、図５に示すように、第１油室５１に収納したリターンスプリング５０の弾発力で大径ピストン４５に対して大径シリンダ４８が相対的に上昇して第１油室５１の容積が拡大することで、第２油室５２の容積を縮小させるべく大径ピストン４５よりも小径の小径ピストン４９が大きなストロークで下部ベース部材４４から上方に退没し、上部ベース部材４６の上面から小径ピストン４９の下端までの距離が減少する。その結果、車体３４に対してサスペンションアーム３３が上昇することで、車高が減少方向に調整される。
【００３１】
尚、下部ベース部材４４に対して上部ベース部材４６が昇降すると電解液室５３の容積が増減するが、下部ケーシング４１および上部ケーシング４３を接続するブーツ４２が弾性変形することで前記容積の増減を吸収することができる。
【００３２】
このように、本実施例では応答性の高い高分子アクチュエータを車高調整用アクチュエータ３６に適用したことで、従来の油圧や空圧を採用した車高調整用アクチュエータ３６に比べて速やかな車高調整が可能になるだけでなく、油圧ポンプ、エアーコンプレッサ、アキュムレータ等の大がかりが設備が不要になってコストおよびスペースの削減に寄与することができる。また高分子アクチュエータは１Ｖ〜３Ｖの極めて低い電圧で作動可能であるために消費電力が小さく、しかも騒音を発生しないので静粛な車高調整が可能である。
【００３３】
またアクチュエータエレメント１４自体も以下のような優れた特性を有している。即ち、６本の導電性高分子チューブ１３…の端部を束ねる際に、硬質の芯材１５の周囲を囲むように配置した導電性高分子チューブ１３…の外周を環状の締結リング１８をかしめることで一体に締結するので、６本の導電性高分子チューブ１３…を整然とした形状に束ねて下部ベース部材４４および上部ベース部材４６に精度良く固定できる。しかも締結部における導電性高分子チューブ１３…の捩れや曲がりが防止されるので、その出力を下部ベース部材４４および上部ベース部材４６に効果的に伝達することができる。また前記締結部を合成樹脂５４で固めることにより、導電性高分子チューブ１３…の緩みや抜けを防止して信頼性を一層高めることができるだけでなく、電極線２０…を前記合成樹脂５４の内部に埋設したことで、電極線２０…の断線、短絡、接触不良等の発生を防止して信頼性をより一層高めることができる。
【００３４】
更に、各アクチュエータエレメント１４を下部ベース部材４４および上部ベース部材４６に固定する際に、球面ベアリング１９および球面状座部４４ｂ，４６ｂ間の滑りによりアクチュエータエレメント１４の両端部を正しく軸線方向に整列させ、アクチュエータエレメント１４が端部付近で屈曲して充分な出力を下部ベース部材４４および上部ベース部材４６に伝達できなくなる不具合を解消することができる。
【００３５】
以上のように、大径ピストン４５および大径シリンダ４８で区画した第１油室５１と、小径ピストン４９および小径シリンダ４７で区画した第２油室５２とを相互に連通させ、複数本のアクチュエータエレメント１４…の伸縮により大径ピストン４５および大径シリンダ４８を相対移動させることで第１油室５１の容積および第２油室５２の容積を変化させ、第２油室５２の容積変化に伴う小径ピストン４９および小径シリンダ４７の相対移動を出力として取り出すので、大径ピストン４５および小径ピストン４９の直径比を変化させることで車高調整用アクチュエータ３６に出力ストロークを任意に増加させることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３７】
例えば、実施例ではアクチュエータエレメント１４を車高調整用アクチュエータ３６に適用しているが、本発明の高分子アクチュエータは他の任意の用途に適用することができる。
【００３８】
また実施例では６本の導電性高分子チューブ１３…を束ねてアクチュエータエレメント１４を構成しているが、束ねる導電性高分子チューブ１３…の本数は任意である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】導電性高分子チューブの構造を示す図
【図２】アクチュエータエレメントの全体図
【図３】図２の３−３線拡大断面図
【図４】自動車のサスペンション装置の正面図
【図５】車高調整用アクチュエータの縦断面図
【図６】図５の６−６線断面図
【図７】図５の７部拡大図
【図８】前記図５に対応する作用説明図
【符号の説明】
【００４０】
１１        コイル部材
１２        導電性高分子材料
１３        導電性高分子チューブ
１５        芯材
１８        締結リング
１９        球面ベアリング
２０        電極線
４４        下部ベース部材（出力伝達部材）
４４ｂ      球面状座部
４６        上部ベース部材（出力伝達部材）
４６ｂ      球面状座部
５４        合成樹脂
【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】
2005086981.tif 000009
【図８】
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