(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボット応用に必要な大きな力を発生することができ、高速に動作し、製造が簡便であり、実用に供するための信頼性に優れたアクチュエータ及びそれを用いた関節駆動機構を提供する。【解決手段】導電性ポリマー層３に電位差を生じさせる電圧印加により導電性ポリマー層３が膨脹して、少なくとも厚み方向と直交する方向である長手方向６に膨脹変形させる一方、導電性ポリマー層３に電位差を生じさせる別の電圧印加により導電性ポリマー層３が収縮して、少なくとも厚み方向と直交する方向である長手方向６に収縮変形させることができる。【選択図】図１（ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極層（１）と、
上記電極層と接した不揮発性のイオン電界質含有托体層（２）と、
導電性ポリマー層（３）とを少なくとも備える積層状態の構成とし、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が膨脹して、少なくとも厚み方向と直交する方向である長手方向（６）に膨脹変形させる一方、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に収縮変形させることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
上記イオン電界質含有托体層（２）を、上記電極層及び上記導電性ポリマー層の間に挟んだ構成として、上記電極層を一方の電極とし、上記導電性ポリマー層を他方の電極として、上記両電極間に上記電圧を印加させることにより上記導電性ポリマー層が膨脹又は収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向（６）に膨脹又は収縮変形させる請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
上記イオン電界質含有托体層（２）及び上記導電性ポリマー層（３）を、２つの電極層（１ａ，１ｂ）の間に挟んだ構成とし、上記２つの電極層の間に電圧を印加させることにより上記導電性ポリマー層が膨脹又は収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に膨脹又は収縮変形させる請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
絶縁体層（７）を介して上記電極間又は上記電極層間を絶縁状態で積層又は巻回するか、もしくは同極の電極を交互に積層又は巻回した請求項２又は３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
上記導電性ポリマー層の弾性率ＥｃｐがＥｃｐ≧０．１ＧＰａ、上記イオン電解質含有托体層の弾性率ＥｉｐがＥｉｐ≦（Ｅｃｐ／１０）である請求項１〜４のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
上記導電性ポリマー層の弾性率ＥｃｐがＥｃｐ≧０．１ＧＰａ、上記電極層の等価な弾性率ＥｅがＥｅ≦（Ｅｃｐ／１０）である請求項１〜４のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
上記電極層が、カーボン又は銀又は金などの非酸化性金属を含有した導電性ペーストの薄膜、又は金属の薄膜、又はこれらの薄膜をパターニング形成したもの又は金属細線を配置したものである請求項１〜６のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
上記導電性ポリマー層が、ポリアニリン、ポリピロール又はポリチオフェン基体のπ共役ポリマー、又はその誘導体である請求項１〜７のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
上記イオン電界質含有托体層に含有するイオン電界質が、蒸気圧が１ｍＨｇ以下のイオン性液体である請求項１〜８のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
上記イオン電界質含有托体層に含有するイオン性液体が、窒素含有の有機カチオンと無機アニオンを含むイオン性液体である請求項１〜９のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の上記アクチュエータを備え、上記アクチュエータが、少なくとも複数のリンク（１１）が回動可能に接続された間接機構の間接部（１２）をまたがるように連結している間接駆動機構。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の上記アクチュエータが、一対、少なくとも複数のリンク（１１）が回動可能に接続された間接機構の間接部（１２）をまたがるように連結し、上記一対のアクチュエータの電極に互いに逆位相の電圧をそれぞれ印加して駆動するとともに、必要に応じてこれらの電極にバイアス電圧を重畳することにより拮抗駆動することを特徴とする請求項１１に記載の間接駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭やオフィス、病院などで家事支援や仕事支援、高齢者や障害者の介護支援などに活躍することが期待されるロボットの駆動源として、駆動源自体が小型軽量かつ柔軟で安全なアクチュエータ及びそれを用いた関節駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の産業用ロボットの関節駆動機構の駆動源としては、電磁モータ、油圧アクチュエータ、空圧アクチュエータなどが用いられている。これらの駆動源を用いた関節駆動機構は、金属製のシリンダーを用いたものなど、それ自体硬く重い材質でできており、人と接触の危険性をさけるため工場内の特定の場所で管理されて用いられる。
【０００３】
これに対して、家庭やオフィス、病院などで家事支援や仕事支援、高齢者や障害者の介護支援などに活躍することが期待されるロボットの駆動源は、駆動源自体が小型軽量かつ柔軟で、安全であることが求められる。このようなアクチュエータとして、上記空圧式アクチュエータの中でも柔軟性に富んだラバー製の空圧式アクチュエータや、各種のポリマー材料を用いた人工筋肉アクチュエータが提案されている。
【０００４】
電気的刺激により動作するポリマーアクチュエータについては、非特許文献１にキーノート講演として解説されている。毎年、この分野の研究のコンファレンスが行われており、活発に研究が行われている。
【０００５】
ポリマーアクチュエータとして有機素材がその体積を変化させる現象のひとつは、イオンの作用によるものである。ある種のポリマーゲルは、そのｐＨを変化させることにより極めて大きな体積変化を生じることが知られている。このような現象は、イオンの振る舞いによるものであり、各種イオン性ゲル、メタルコンポジットイオンポリマー、導電性ポリマーなどにおいて、電気的刺激により駆動するポリマーアクチュエータの研究がなされている。
【０００６】
メタルコンポジットイオンポリマー（ＩＰＭＣ）の例として、特許文献１に、イオン交換樹脂膜を駆動体とするアクチュエータ素子が開示されている。このアクチュエータの駆動メカニズムは、電圧印加によりイオン交換樹脂膜の正イオンが陰極側に移動し、このイオンに伴われて水分分子が膜内で移動することにより陽極側と陰極側で水分量に差ができるため、電極間に挟まれた膜体が湾曲するとしている。この駆動方式は、その原理から、薄い膜体間を挟んで設けられた電極間の膨潤の差異によりこの薄い膜体がたわむ現象であり、大きな変位を得られるものの、たわみ剛性が低いため大きな力を引き出すことができない欠点がある。また、このアクチュエータは本質的に水分が必要であり、水中での応用や生体内での応用に適しているものの、空気中で使用する場合には水分蒸発に伴う寿命の問題がある。
【０００７】
導電性ポリマーの例として、特許文献２に、導電性ポリマーであるポリアニリン膜体を固体電解質成形体で挟んだアクチュエータが開示されている。導電性ポリマー自体は導電性を有するので、これらは電極として機能する。これらの導電性ポリマー間に電圧を印加することにより、固体電解質性成形体中の陰イオンが陰極から陽極に移動して、陽極のポリアニリンに陰イオンが挿入され膨潤する。一方、陰極側のポリアニリンは逆の作用を受け収縮する。この結果、導電性ポリマーとポリアニリン膜体とによりなるこの構成のアクチュエータは、湾曲することになる。この場合も、導電性ポリマーと固体電解質成形体よりなる薄い膜体がたわむ現象であり、大きな変位を得られるものの、たわみ剛性が低いため大きな力を引き出すことはできない。
【０００８】
【特許文献１】特公平７−４０７５号公報
【特許文献２】特開平１１―１６９３９３号公報
【非特許文献１】ＳＧ．ＷａｘなどのＳｍａｒｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １９９９：Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｕｂｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３６６９，ｐｐ．２−９，Ｍａｒｃｈ，１９９９年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
家庭やオフィス、病院などで家事支援や仕事支援、高齢者や障害者の介護支援などに活躍することが期待されるロボットの駆動源として、駆動源自体が小型軽量かつ柔軟で、安全であるアクチュエータを実現することが求められる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、このようなアクチュエータとして、ロボット応用に必要な大きな力を発生することができるとと共に、高速に動作し、製造が簡便であるとともに、実用に供するための信頼性に優れた、導電性ポリマー材料を用いたアクチュエータ及びそれを用いた関節駆動機構を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１２】
本発明によれば、電極層と、
上記電極層と接した不揮発性のイオン電界質含有托体層と、
導電性ポリマー層とを少なくとも備える積層状態の構成とし、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が膨脹して、少なくとも厚み方向と直交する方向である長手方向に膨脹変形させる一方、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に収縮変形させることを特徴とするアクチュエータを提供する。
【００１３】
また、本発明によれば、上記アクチュエータを備え、上記アクチュエータが、少なくとも複数のリンクが回動可能に接続された間接機構の間接部をまたがるように連結している間接駆動機構を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が膨脹して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に膨脹変形させる一方、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる別の電圧印加により上記導電性ポリマー層が収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に収縮変形させることができる。従って、家庭やオフィス、病院などで家事支援や仕事支援、高齢者や障害者の介護支援などに活躍することが期待されるロボットの駆動源として、駆動源自体が小型軽量かつ柔軟で、安全であるアクチュエータを実現できる。このようなアクチュエータとして、ロボット応用に必要な大きな力を発生することができると共に、高速に動作し、製造が簡便であるとともに、実用に供するための信頼性に優れた、導電性ポリマー材料を用いたアクチュエータ及びそれを用いた関節駆動機構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】
【００１５】
以下に、本発明にかかる実施の形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１６】
本発明の第１態様によれば、電極層と、
上記電極層と接した不揮発性のイオン電界質含有托体層と、
導電性ポリマー層とを少なくとも備える積層状態の構成とし、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が膨脹して、少なくとも厚み方向と直交する方向である長手方向に膨脹変形させる一方、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に収縮変形させることを特徴とするアクチュエータを提供する。
【００１７】
本発明の第２態様によれば、上記イオン電界質含有托体層を、上記電極層及び上記導電性ポリマー層の間に挟んだ構成として、上記電極層を一方の電極とし、上記導電性ポリマー層を他方の電極として、上記両電極間に上記電圧を印加させることにより上記導電性ポリマー層が膨脹又は収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に膨脹又は収縮変形させる第１の態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００１８】
本発明の第３態様によれば、上記イオン電界質含有托体層及び上記導電性ポリマー層を、２つの電極層の間に挟んだ構成とし、上記２つの電極層の間に電圧を印加させることにより上記導電性ポリマー層が膨脹又は収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に膨脹又は収縮変形させる第１の態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００１９】
本発明の第４態様によれば、絶縁体層を介して上記電極間又は上記電極層間を絶縁状態で積層又は巻回するか、もしくは同極の電極を交互に積層又は巻回した第２又は３の態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００２０】
本発明の第５態様によれば、上記導電性ポリマー層の弾性率ＥｃｐがＥｃｐ≧０．１ＧＰａ、上記イオン電解質含有托体層の弾性率ＥｉｐがＥｉｐ≦（Ｅｃｐ／１０）である第１〜４のいずれか１つの態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００２１】
本発明の第６態様によれば、上記導電性ポリマー層の弾性率ＥｃｐがＥｃｐ≧０．１ＧＰａ、上記電極層の等価な弾性率ＥｅがＥｅ≦（Ｅｃｐ／１０）である第１〜４のいずれか１つの態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００２２】
本発明の第７態様によれば、上記電極層が、カーボン又は銀又は金などの非酸化性金属を含有した導電性ペーストの薄膜、又は金属の薄膜、又はこれらの薄膜をパターニング形成したもの又は金属細線を配置したものである第１〜６のいずれか１つの態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００２３】
本発明の第８態様によれば、上記導電性ポリマー層が、ポリアニリン、ポリピロール又はポリチオフェン基体のπ共役ポリマー、又はその誘導体である第１〜７のいずれか１つの態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００２４】
本発明の第９態様によれば、上記イオン電界質含有托体層に含有するイオン電界質が、蒸気圧が１ｍＨｇ以下のイオン性液体である第１〜８のいずれか１つの態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００２５】
本発明の第１０態様によれば、上記イオン電界質含有托体層に含有するイオン性液体が、窒素含有の有機カチオンと無機アニオンを含むイオン性液体である第１〜９のいずれか１つの態様に記載のアクチュエータを提供する。
【００２６】
本発明の第１１態様によれば、第１〜１０のいずれか１つの態様に記載の上記アクチュエータを備え、上記アクチュエータが、少なくとも複数のリンクが回動可能に接続された間接機構の間接部をまたがるように連結している間接駆動機構を提供する。
【００２７】
本発明の第１２態様によれば、第１〜１０のいずれか１つの態様に記載の上記アクチュエータが、一対、少なくとも複数のリンクが回動可能に接続された間接機構の間接部をまたがるように連結し、上記一対のアクチュエータの電極に互いに逆位相の電圧をそれぞれ印加して駆動するとともに、必要に応じてこれらの電極にバイアス電圧を重畳することにより拮抗駆動することを特徴とする第１１の態様に記載の間接駆動機構を提供する。
【００２８】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１（ａ），図１（ｂ），図１（ｃ），及び図１（ｄ）は本発明の第１実施形態における柔軟アクチュエータの断面図を示す。図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す柔軟アクチュエータは、導電性ポリマーを用いた空気中で動作可能なアクチュエータである。図１（ａ）〜（ｄ）において、第１実施形態の柔軟アクチュエータは、柔軟電極１と、柔軟電極１と隣接した不揮発性のイオン電界質含有托体層２と、不揮発性のイオン電界質含有托体層２に隣接した導電性ポリマー層３とより構成される。柔軟電極１を一方の電極、導電性ポリマー層３を他方の電極としてイオン電解質托体層２を挟み、これら両電極１，３間に極性反転形電源４をスイッチ５を介して接続する。
【００３０】
このような構成において、図１（ａ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、柔軟電極１側が負極にかつ導電性ポリマー層３側が正極になるように電源４の極性を変更することにより、イオン電界質含有托体層２に含有されたイオン種が、導電性ポリマー層３にドーピングされて導電性ポリマー層３が膨脹する（図１（ｂ）参照）。一方、図１（ｃ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、柔軟電極１側が正極にかつ導電性ポリマー層３側が負極になるように電源４の極性を変更することにより、導電性ポリマー層３に含有されたイオン種が、イオン電界質含有托体層２にアンドーピングされて導電性ポリマー層３が収縮する（図１（ｄ）参照）。
【００３１】
この変形は、イオン種がある程度の嵩を持っているため、その導電性ポリマー層３への出入りに応じて導電性ポリマー層３の嵩も変化することや、酸化還元作用に伴う導電性ポリマー層３の導電性ポリマーの高分子鎖構造のコンフォメーションの変化、さらに電圧印加により注入された同種電荷による静電反発などが、その変形のメカニズムであるとされる。
【００３２】
図１（ａ），図１（ｂ），図１（ｃ），及び図１（ｄ）には、第１実施形態における柔軟アクチュエータの動作原理の理解を分かりやすくするため、これらの変形のメカニズムの内、アニオン（陰イオン）３０が導電性ポリマー層３にドーピング又はアンドープされることに伴う膨脹収縮変形の様子を図示している。ある種の材料系では、このアニオン３０のドープ、脱ドープが主たる変形のメカニズムとされる。
【００３３】
図１（ａ）は、スイッチオフの状態で電極に電圧を印加していない状態から、導電性ポリマー層３側に正電圧を印加開始したために、アニオン３０がイオン電界質含有托体層２側から導電性ポリマー層３側に移動し始める状態を示す。図１（ｂ）は導電性ポリマー層３側に正電圧を印加した状態を示す。図１（ａ）の電圧無印加時にイオン電解質托体層２に均質に存在したアニオン３０が、正電極側の導電性ポリマー層３側に引き寄せられ、導電性ポリマー層３まで入り込み、この酸化過程に伴い導電性ポリマー層３の体積が膨脹し、上記柔軟アクチュエータの厚み方向と直交する方向である長手方向６の方向に伸びる。この結果、例えば、柔軟アクチュエータの左端を固定端としかつ右端を自由端にすれば、図１（ａ）に示す初期位置での柔軟アクチュエータの右端位置３１に対して、図１（ｂ）では、上記膨張により、上記右端位置３１よりさらに右方向に突出するように伸びる。
【００３４】
一方、図１（ｃ）は、スイッチオフの状態で電極に電圧を印加していない状態から、導電性ポリマー層３側に負電圧を印加開始したために、アニオン３０が導電性ポリマー層３側からイオン電界質含有托体層２に移動し始める状態を示す。図１（ｄ）は導電性ポリマー層３側に負電圧を印加した状態を示す。図１（ｃ）の電圧無印加時に導電性ポリマー層３に存在したアニオン３０は、対向する正電極側の柔軟電極１の方に引き寄せられ、導電性ポリマー層３からイオン電解質托体層２へ離脱し、この還元過程に伴い導電性ポリマー層３の体積が収縮し、柔軟アクチュエータの厚み方向と直交する方向である長手方向６の方向に縮む。この結果、柔軟アクチュエータの左端を固定端としかつ右端を自由端にすれば、図１（ａ）に示す初期位置での柔軟アクチュエータの右端位置３１に対して、図１（ｄ）では、上記収縮により、上記右端位置３１より左方向に縮む。
【００３５】
ここで、導電性ポリマー層３の弾性率Ｅｃｐに比べてイオン性電解質托体層２の弾性率Ｅｉｐを十分小さく構成した場合、導電性ポリマー層３の膨脹収縮により、その変形が、曲げ変形よりも、その厚み方向と直交する方向である長手方向６の膨脹収縮変形の方が主体的なものとすることができる。
【００３６】
これらの弾性率の大きさの関係は、Ｅｉｐ≦（Ｅｃｐ／１０）であることが望ましい。このことにより、発生歪の低減を約１割以下に、発生力の低減を同じく約１割以下に抑えることができる。
【００３７】
さらに、導電性ポリマー層３の弾性率Ｅｃｐに比べて柔軟電極層１の弾性率Ｅｅを十分小さく構成した場合にも、導電性ポリマー層３の膨脹収縮により、その変形が、曲げ変形よりもその厚み方向と直交する方向である長手方向６の膨脹収縮変形の方が主体的なものとすることができる。
【００３８】
これらの弾性率の大きさの関係は、Ｅｅ≦（Ｅｃｐ／１０）であることが望ましい。このことにより、発生歪の低減を約１割以下に、発生力の低減を同じく約１割以下に抑えることができる。
【００３９】
さらに、Ｅｉｐ≦（Ｅｃｐ／１０）とＥｅ≦（Ｅｃｐ／１０）の両関係を満たすイオン電解質托体層２及び柔軟電極層１を含むアクチュエータでは、これらの層２，１の剛性による、発生歪みと発生力の低減を約２割程度以下に抑えることができる。
【００４０】
なお、いずれの場合にも、導電性ポリマー層３の断面積を、実現可能で現実的なｃｍ平方オーダに積層又は束ねた時に、ロボット応用に必要なＫｇオーダの大きな発生力を支えるためには、導電性ポリマー層３の導電性ポリマーの弾性率Ｅｃｐは少なくとも０．１ＧＰａ以上であることが望ましい。一方、従来例で示した曲げ変形の場合、その曲げ剛性が低いことから一般にｇオーダの発生力しか得ることができないのに対し、第１実施形態では、アクチュエータ構成をその長手方向に伸縮作用させる構成とすることにより、大きな負荷加重に対して作用して大きな発生力を持ったアクチュエータとすることができる。
【００４１】
（実施例１）
導電性ポリマーとして、ピロールのモノマー０．１モル／リットルと、支持電界質となるパラフェノールスルフォン酸０．２５モル／リットルを溶解した水溶液中に、１ｃｍ×３ｃｍの面積の白金を析出電極としてガルバノスタットモード（定電流制御モード）にて、電流密度１ｍＡ／ｃｍ２で膜厚２０μｍのポリピロールを電界重合により合成した。合成されたポリピロールの長手方向の弾性率は０．８ＧＰａであった。本発明の第１実施形態の主眼である不揮発性のイオン電界質ではないが、アクチュエータとしての動作を確認するためにイオン電界質托体としてＮａＰＦ６（ナトリウム６フッ化リン酸）１モル／リットルを溶解した水溶液を繊維状托体に含浸させ、その弾性率が０．０５ＭＰａのシートを、上記ポリピロールに貼り合わせ、このイオン電解質托体シートに柔軟電極として導電性の銀グリースを印刷塗布した。この導電性グリースは流動性を持ち、少なくともその弾性率は１ＭＰａ以下と見積られた。
【００４２】
上記構成のアクチュエータに±１Ｖの電圧印加したところ、無負荷状態でその長手方向に約３％のひずみが、また、その変位を拘束した状態で約３ＭＰａの発生応力が観測された。
【００４３】
上記柔軟電極としては、カーボン又は金などの非酸化性金属を含有した導電ペーストであれば、他の導電性ペーストを使用することもできる。また、これらの蒸着薄膜又はこの薄膜をパターニング形成して、アクチュエータの長手方向の剛性を低減化したものを用いても、上記条件の柔軟電極とすることができる。
【００４４】
導電性ポリマーの材質としては、ポリピロールの場合について述べたが、ポリアニリン又はポリチオフェン基体、その他のπ共役ポリマー又はその誘導体であれば同様の原理で動作可能である。
【００４５】
（実施例２）
導電性ポリマーとして、ピロールのモノマー０．１モル／リットルと、支持電界質となるパラフェノールスルフォン酸０．２５モル／リットルを溶解した水溶液中に、１ｃｍ×３ｃｍの面積の白金を析出電極としてガルバノスタットモード（定電流制御モード）にて、電流密度１ｍＡ／ｃｍ２で膜厚２０μｍのポリピロールを電界重合により合成した。合成されたポリピロールの長手方向の弾性率は０．８ＧＰａであった。イオン電界質托体としてブチルメチルイミドカチオン（ＢＭＩＭ＋）ヘキサフロフォスフェート（ＰＦ６）を含有したイオン性液体を含有する高分子托体シートを、上記ポリピロールシートに張り合わせ、このイオン電解質托体シートに柔軟電極として導電性の銀グリースを印刷塗布した。
【００４６】
上記構成のアクチュエータに±１Ｖの電圧を印加したところ、無負荷状態でその長手方向に約２％のひずみが、また、その変位を拘束した状態で約３ＭＰａの発生応力が観測された。
【００４７】
このイオン性液体は、常温でその蒸気圧が１ｍＨｇ以下であり不揮発である。したがって実施例１の場合の水溶液系の電界質を用いる場合に比べて電界質が蒸発により変化することがなく、大気中で信頼性よく長期に渡って使用することができる。
【００４８】
高分子托体シートとしては、繊維状のシートを用い、これにイオン性液体を物理的に含浸させたものや、イオン性液体を高分子ゲル骨格に托持させたものが考えられる。
【００４９】
このように、不揮発性のイオン電界質含有柔軟托体層を用いることにより、長期に渡って空気中で動作可能な固体型アクチュエータを提供できる。
【００５０】
導電性ポリマーの材質としては、ポリピロールの場合について述べたが、ポリアニリン又はポリチオフェン基体、その他のπ共役ポリマー又はその誘導体であれば同様の原理で動作可能である。
【００５１】
上記第１実施形態によれば、上記導電性ポリマー層３に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層３が膨脹して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向６に膨脹変形させる一方、上記導電性ポリマー層３に電位差を生じさせる別の電圧印加により上記導電性ポリマー層３が収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向６に収縮変形させることができる。この結果、家庭やオフィス、病院などで家事支援や仕事支援、高齢者や障害者の介護支援などに活躍することが期待されるロボットの駆動源として、駆動源自体が小型軽量かつ柔軟で安全であるアクチュエータを実現できる。このようなアクチュエータとして、ロボット応用に必要な大きな力を発生することができると共に、高速に動作し、製造が簡便であるとともに、実用に供するための信頼性に優れた、導電性ポリマー材料を用いたアクチュエータを提供することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ），及び図２（ｄ）は本発明の第２実施形態における柔軟アクチュエータの断面図を示す。図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す柔軟アクチュエータは、図１（ａ）〜図１（ｄ）と同様、導電性ポリマーを用いた空気中で動作可能なアクチュエータである。図２（ａ）〜図２（ｄ）において、第２実施形態の柔軟アクチュエータは、一方の柔軟電極１ａ（以下、第１柔軟電極１ａと称する。）と、柔軟電極１ａと隣接した不揮発性のイオン電界質含有托体層２と、不揮発性のイオン電界質含有托体層２に隣接した導電性ポリマー層３と、導電性ポリマー層３に隣接した他方の柔軟電極１ｂ（以下、第２柔軟電極１ｂと称する。）とより構成される。第１柔軟電極１ａを一方の電極、第２柔軟電極１ｂを他方の電極としてイオン電解質托体層２及び導電性ポリマー層３を挟み、これら両電極１ａ，１ｂ間に極性反転形電源４をスイッチ５を介して接続する。
【００５３】
このような構成において、図２（ａ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、第１柔軟電極１ａ側が負極にかつ第２柔軟電極１ｂ側が正極になるように電源４の極性を変更することにより、イオン電界質含有托体層２に含有されたイオン種が、導電性ポリマー層３にドーピングされて導電性ポリマー層３が膨脹する（図２（ｂ）参照）。一方、図２（ｃ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、第１柔軟電極１ａ側が正極にかつ第２柔軟電極１ｂ側が負極になるように電源４の極性を変更することにより、導電性ポリマー層３に含有されたイオン種が、イオン電界質含有托体層２にアンドーピングされて導電性ポリマー層３が収縮する（図２（ｄ）参照）。この変形のメカニズムは第１実施形態で述べたのと同様である。
【００５４】
導電性ポリマー層３側には電極層を設けず導電性ポリマー層自体を一方の電極とする第１実施形態（図１（ａ）〜図１（ｄ））においては、電源４を接続している側（図１（ａ），図１（ｂ），図１（ｃ），及び図１（ｄ））の左側から順次反応が進んでゆく傾向がある。これに対して、第２実施形態のように、導電性ポリマー層３側にも電極層１ｂを設けることにより、導電性ポリマー層３へのイオン種のドーピングと導電性ポリマー層３からのイオン種のアンドーピングによる導電率の変化に影響を受けることなく、安定にかつ高速にアクチュエータを動作させることができる。
【００５５】
ここで、導電性ポリマー層３の弾性率Ｅｃｐに比べてイオン性電解質托体層２の弾性率Ｅｉｐを十分小さく構成した場合、導電性ポリマー層３の膨脹収縮により、その変形が、曲げ変形よりもその厚み方向と直交する方向である長手方向６の膨脹収縮変形の方が主体的なものとすることができる。
【００５６】
さらに、導電性ポリマー層３の弾性率Ｅｃｐに比べて第１及び第２柔軟電極層１ａ，１ｂの弾性率Ｅｅを十分小さく構成した場合にも、導電性ポリマー層３の膨脹収縮により、その変形が、曲げ変形よりもその厚み方向と直交する方向である長手方向６の膨脹収縮変形の方が主体的なものとすることができる。特に、電極層を両側に設ける構成により、不要な曲げ変形を抑えるための各層の剛性のバランスを取り易くすることができる。
【００５７】
なお、いずれの場合にも、導電性ポリマー層３の断面積を、実現可能で現実的なｃｍ平方オーダに積層又は束ねた時に、ロボット応用に必要なＫｇオーダの大きな発生力を支えるためには、導電性ポリマー層３の導電性ポリマーの弾性率Ｅｃｐは少なくとも０．１ＧＰａ以上であることが望ましいことは第１実施形態と同様である。
【００５８】
（実施例３）
導電性ポリマーとして、ピロールのモノマー０．１モル／リットルと、支持電界質となるパラフェノールスルフォン酸０．２５モル／リットルを溶解した水溶液中に、１ｃｍ×３ｃｍの面積の白金を析出電極としてガルバノスタットモード（定電流制御モード）にて、電流密度１ｍＡ／ｃｍ２で膜厚２０μｍのポリピロールを電界重合により合成した。合成されたポリピロールの長手方向の弾性率は０．８ＧＰａであった。イオン電界質托体としてブチルメチルイミドカチオン（ＢＭＩＭ＋）ヘキサフロフォスフェート（ＰＦ６）を含有したイオン性液体を含有する高分子托体シートを、上記ポリピロールシートに貼り合わせ、この貼り合わせ体の両側に柔軟電極として溶媒に分散した導電性のグラファイトを塗布後、溶剤を揮発させてグラファイト電極を形成した。
【００５９】
上記構成のアクチュエータに±１Ｖの電圧印加したところ、実施例２とほぼ同様の、無負荷状態でその長手方向に約２％のひずみが、またその変位を拘束した状態で約３ＭＰａの発生応力が観測された。
【００６０】
このイオン性液体は、常温でその蒸気圧が１ｍＨｇ以下であり不揮発である。したがって、実施例１の場合の水溶液系の電界質を用いる場合に比べて電界質が蒸発により変化することがなく、大気中で信頼性よく長期に渡って使用することができる点も同様である。
【００６１】
高分子托体シートとしては、繊維状のシートを用い、これにイオン性液体を物理的に含浸させたものや、イオン性液体を高分子ゲル骨格に托持させたものが考えられる。
【００６２】
また、第１及び第２柔軟電極層１ａ，１ｂとしては、実施例１のカーボン以外に、銀又は金などの非酸化性金属を含有した導電性ペーストの薄膜、又は金属の薄膜、又はこれらの薄膜をパターニング形成したもの又は金属細線を配置したものなど、その等価な弾性率ＥｅがＥｅ≦（Ｅｃｐ／１０）である範囲内のものであればよい。
【００６３】
上記第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様な構成により同様な作用効果を奏することができる。さらに、導電性ポリマー層３側にも電極層１ｂを設けることにより、導電性ポリマー層３へのイオン種のドーピングと導電性ポリマー層３からのイオン種のアンドーピングによる導電率の変化に影響を受けることなく、安定にかつ高速にアクチュエータを動作させることができる。
【００６４】
（第３実施形態）
図３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ），及び図３（ｄ）は本発明の第３実施形態における柔軟アクチュエータの断面図を示す。第３実施形態は、前述した図２（ａ）〜図２（ｄ）の第２実施形態における導電性ポリマー側の第２柔軟電極１ｂを中心として上下の層を対称に配置した構成である。すなわち、図３（ａ）において、第２柔軟電極１ｂの下方にも第２の導電性ポリマー層３を隣接配置し、かつ、第２の導電性ポリマー層３の下方に第２のイオン電界質含有托体層２を隣接配置し、さらに、第２のイオン電界質含有托体層２の下方に第３柔軟電極１ａ’を隣接配置している。なお、導電性ポリマー層３同士の厚み及び材質はそれぞれ同じであり、イオン電界質含有托体層２同士の厚み及び材質はそれぞれ同じであり、第１柔軟電極１ａと第３柔軟電極１ａ’の厚み及び材質はそれぞれ同じである。
そして、対向する電極１ａ，１ａ’、に同相の電圧を印加することにより、この構成では構造が対称であることから剛性のアンバランスによる不要な曲げ変形は発生せず、アクチュエータの長手方向６の方向に効率良く伸び縮みさせることができる。
【００６５】
すなわち、このような構成において、図３（ａ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、第１柔軟電極１ａ側及び第３柔軟電極１ａ’側が負極にかつ第２柔軟電極１ｂ側が正極になるように電源４の極性を変更することにより、それぞれのイオン電界質含有托体層２，２に含有されたイオン種が、それぞれの導電性ポリマー層３，３にドーピングされてそれぞれの導電性ポリマー層３，３が膨脹する（図３（ｂ）参照）。一方、図３（ｃ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、第１柔軟電極１ａ側及び第３柔軟電極１ａ’側が正極にかつ第２柔軟電極１ｂ側が負極になるように電源４の極性を変更することにより、それぞれの導電性ポリマー層３，３に含有されたイオン種が、それぞれのイオン電界質含有托体層２，２にアンドーピングされてそれぞれの導電性ポリマー層３，３が収縮する（図３（ｄ）参照）。この変形のメカニズムは第１実施形態で述べたのと同様である。
【００６６】
尚、この第３実施形態の変形例として、図示はしていないが、図３（ａ）〜図３（ｄ）においてイオン電解質含有托体２と、導電性ポリマー層３をそっくり入れ替えた構成も、構造的には対称構造になるので同様に剛性のアンバランスによる不要な曲げ変形は発生せず、アクチュエータの長手方向６の方向に効率良く伸び縮みさせることができる。
【００６７】
上記第３実施形態によれば、上記第２実施形態と同様な構成により同様な作用効果を奏することができる。さらに、厚み方向の中央の第２柔軟電極１ｂを中心に、導電性ポリマー層３とイオン電解質含有托体２と第１柔軟電極１ａ又は第３柔軟電極１ａ’とが対称に配置されていることから、剛性のアンバランスによる不要な曲げ変形は発生せず、アクチュエータの長手方向６の方向に効率良く伸び縮みさせることができる。
【００６８】
（第４実施形態）
図４及び図５は、本発明の第４実施形態における積層型の柔軟アクチュエータの断面図を示す。図４に示す柔軟アクチュエータは、図１（ａ）〜図１（ｄ）の第１実施形態のアクチュエータを、絶縁層７をそれぞれ介して複数（例えば、図４では４層）積層した構成を示す。図５に示す柔軟アクチュエータは、図２（ａ）〜図２（ｄ）の実施形態のアクチュエータを、絶縁層７をそれぞれ介して複数（例えば、図４では４層）積層した構成を示す。図４及び図５において、これらの積層型の柔軟アクチュエータは、各柔軟電極１，若しくは，１ａと１ｂ及び、これと接した不揮発性のイオン電界質含有托体層２及び導電性ポリマー層３及び絶縁層７より構成される。柔軟電極１と導電性ポリマー層３、又は、柔軟電極１ａと１ｂを電極として、該電極間に電源４をスイッチ５を介してイオン電解質托体層２及び導電性ポリマー層３に接続する。
【００６９】
このような構成において、図１（ａ）又は図２（ａ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、各柔軟電極１又は各第１柔軟電極１ａ側が負極にかつ各導電性ポリマー層３又は各第２柔軟電極１ｂ側が正極になるように電源４の極性を変更することにより、各イオン電界質含有托体層２に含有されたイオン種が、各導電性ポリマー層３にドーピングされて各導電性ポリマー層３が膨脹する（図１（ｂ）又は図２（ｂ）参照）。一方、図１（ｃ）又は図２（ｃ）に示されるように、スイッチ５を閉じ、かつ、各柔軟電極１又は各第１柔軟電極１ａ側が正極にかつ各導電性ポリマー層３又は各第２柔軟電極１ｂ側が負極になるように電源４の極性を変更することにより、各導電性ポリマー層３に含有されたイオン種が、各イオン電界質含有托体層２にアンドーピングされて各導電性ポリマー層３が収縮する（図１（ｄ）又は図２（ｄ）参照）。この変形のメカニズムは上述した通りである。
【００７０】
尚、絶縁層７の材質としては、各導電性ポリマー層３の変形を阻害しないよう、その弾性率が１ＭＰａ以下に調整された軟質のアクリルゴムやシリコンゴムを用いるとよい。
【００７１】
このように、単層では、その断面積に限りがある導電性ポリマー層３を複数層だけ積層することにより、その断面積を増大させ、ロボット応用に必要な大きな発生力を持ったアクチュエータを実現することができる。
【００７２】
なお、導電性ポリマー層３へのイオン種のドーピング及びアンドーオイングは拡散プロセスであり、拡散に要する時間を短縮するには導電性ポリマー層３は薄いほうがよいというトレードオフがある。したがって、多数の薄い導電性ポリマー層３を重ねて断面積を稼ぐことが望ましい。
【００７３】
導電性ポリマー層３の厚みは、この観点から１０μｍから５０μｍが望ましい。
【００７４】
なお、いずれの場合にも、導電性ポリマー層３の断面積を、実現可能で現実的なｃｍ平方オーダに積層又は束ねた時に、ロボット応用に必要なＫｇオーダの大きな発生力を支えるためには、導電性ポリマー層３の弾性率Ｅｃｐは少なくとも０．１ＧＰａ以上であることが望ましいことは第１実施形態と同様である。
【００７５】
なお、第４実施形態では、シート状の単層アクチュエータを積層する場合の断面図を図示して説明したが、積層状態で巻回した構成でも同様の効果を得ることができる。
【００７６】
上記第４実施形態によれば、第１実施形態にかかる柔軟アクチュエータ又は第２実施形態にかかる柔軟アクチュエータを複数層、積層して、複数の導電性ポリマー層３を同時的に膨張又は収縮させることができて、単層では、その断面積に限りがある導電性ポリマー層３を複数層だけ積層することにより、その断面積を増大させ、ロボット応用に必要な大きな発生力を持ったアクチュエータを実現することができる。
【００７７】
（第５実施形態）
図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第５実施形態における積層型の柔軟アクチュエータの断面図を示す。図６（ａ）のアクチュエータは、第３実施形態で述べた図３（ａ）〜図３（ｄ）のアクチュエータを複数（例えば、図６（ａ）では３層）積層した構成に相当する。
【００７８】
すなわち、第３柔軟電極１ａ’を配置する代わりに、隣接して積層配置する第１柔軟電極１ａを配置するものであり、図６（ａ）の上から下向きに、第１柔軟電極１ａ、イオン電界質含有托体層２、導電性ポリマー層３、第２柔軟電極１ｂ、導電性ポリマー層３、イオン電界質含有托体層２、第１柔軟電極１ａが順に配置されて、第３実施形態で述べた図３（ａ）〜図３（ｄ）に相当する第１のアクチュエータを構成する。この第１のアクチュエータの最下層の第１柔軟電極１ａを次の第２のアクチュエータの最上層として、以下、イオン電界質含有托体層２、導電性ポリマー層３、第２柔軟電極１ｂ、導電性ポリマー層３、イオン電界質含有托体層２、第１柔軟電極１ａが順に配置されて、第３実施形態で述べた図３（ａ）〜図３（ｄ）に相当する第２のアクチュエータを構成する。この第２のアクチュエータの最下層の第１柔軟電極１ａを次の第３のアクチュエータの最上層として、以下、イオン電界質含有托体層２、導電性ポリマー層３、第２柔軟電極１ｂ、導電性ポリマー層３、イオン電界質含有托体層２、第１柔軟電極１ａが順に配置されて、第３実施形態で述べた図３（ａ）〜図３（ｄ）に相当する第３のアクチュエータを構成する。
【００７９】
このような構成においては、スイッチ５を閉じ、かつ、各第１柔軟電極１ａ側が負極にかつ各第２柔軟電極１ｂ側が正極になるように電源４の極性を変更することにより、各イオン電界質含有托体層２に含有されたイオン種が、隣接する導電性ポリマー層３にドーピングされて各導電性ポリマー層３が膨脹する（図３（ｂ）参照）。一方、スイッチ５を閉じ、かつ、各第１柔軟電極１ａ側が正極にかつ各第２柔軟電極１ｂ側が負極になるように電源４の極性を変更することにより、各導電性ポリマー層３に含有されたイオン種が、隣接するイオン電界質含有托体層２にアンドーピングされて各導電性ポリマー層３が収縮する（図３（ｄ）参照）。この変形のメカニズムは第１実施形態で述べたのと同様である。
【００８０】
また、この第５実施形態の変形例として、図６（ｂ）のアクチュエータは、同じく第３実施形態で述べた変形例のアクチュエータを複数（例えば、図６（ｂ）では３層）積層した構成に相当する。
【００８１】
すなわち、第３柔軟電極１ａ’を配置する代わりに、隣接して積層配置する第１柔軟電極１ａを配置するものであり、図６（ｂ）の上から下向きに、第２柔軟電極１ｂ、導電性ポリマー層３、イオン電界質含有托体層２、第１柔軟電極１ａ、イオン電界質含有托体層２、導電性ポリマー層３、第２柔軟電極１ｂが順に配置されて、第３実施形態の変形例に相当する第１のアクチュエータを構成する。この第１のアクチュエータの最下層の第２柔軟電極１ｂを次の第２のアクチュエータの最上層として、以下、導電性ポリマー層３、イオン電界質含有托体層２、第１柔軟電極１ａ、イオン電界質含有托体層２、導電性ポリマー層３、第２柔軟電極１ｂが順に配置されて、第３実施形態の変形例に相当する第２のアクチュエータを構成する。この第２のアクチュエータの最下層の第２柔軟電極１ｂを次の第３のアクチュエータの最上層として、以下、導電性ポリマー層３、イオン電界質含有托体層２、第１柔軟電極１ａ、イオン電界質含有托体層２、導電性ポリマー層３、第２柔軟電極１ｂが順に配置されて、第３実施形態の変形例に相当する第３のアクチュエータを構成する。
【００８２】
このような構成においては、スイッチ５を閉じ、かつ、各第１柔軟電極１ａ側が負極にかつ各第２柔軟電極１ｂ側が正極になるように電源４の極性を変更することにより、各イオン電界質含有托体層２に含有されたイオン種が、隣接する導電性ポリマー層３にドーピングされて各導電性ポリマー層３が膨脹する（図３（ｂ）参照）。一方、スイッチ５を閉じ、かつ、各第１柔軟電極１ａ側が正極にかつ各第２柔軟電極１ｂ側が負極になるように電源４の極性を変更することにより、各導電性ポリマー層３に含有されたイオン種が、隣接するイオン電界質含有托体層２にアンドーピングされて各導電性ポリマー層３が収縮する（図３（ｄ）参照）。この変形のメカニズムは第１実施形態で述べたのと同様である。
【００８３】
上記第５実施形態によれば、第４実施形態で述べた積層型のアクチュエータに対して、この第５実施形態のアクチュエータ及びその変形例のアクチュエータでは絶縁層が不要であるため、絶縁層による膨脹収縮の阻害がなく、より効率的にその長手方向６の方向に伸び縮みさせることができる。
【００８４】
また、図６（ａ）の第５実施形態では、柔軟電極１ｂの両面にたとえばポリピロールを電界重合により形成するプロセスを含む製造法によって、アクチュエータを効率良く製造しやすい構成である。また、図６（ｂ）は最外層部が、比較的機械的強度の優れた導電性ポリマー層３に接した柔軟電極層１ｂで構成されるため、機械的耐久性に優れるという特徴がある。
【００８５】
また、第５実施形態のアクチュエータ及びその変形例のアクチュエータとも、その基本要素のアクチュエータは第３実施形態で述べた通り、対称構造であり、不要な曲げ変形が発生することなく、必要な長手方向の伸び縮みを効率良く発生することができる。
【００８６】
また、図６（ａ）及び（ｂ）の第５実施形態のアクチュエータ及びその変形例のアクチュエータとも、基本要素のアクチュエータを層間で連結した実施形態を述べたが、第３実施形態で述べた基本要素のアクチュエータは、その両面が同位相の電極であるので、これらを単に積み重ねるのみで、束ねることも可能である。
【００８７】
（第６実施形態）
第６実施形態として、本発明の上記第１〜５実施形態のいずれかにかかる柔軟アクチュエータ１０を関節駆動機構に適用する場合について説明する。図７及び図８に本発明の第６実施形態にかかる関節駆動機構の側面図を示す。図７（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に関節駆動機構の動作状態を示す。この関節駆動機構は、柔軟電極層１、これに接した不揮発性のイオン電解質含有柔軟托体層２、及び導電性ポリマー層３を含む積層部材よりなり、電極１に電圧を印加するにより膨張収縮する上記柔軟アクチュエータ１０を備え、上記柔軟アクチュエータ１０，１０が、Ｌ字状リンク１１，１１が互いに回動可能に接続された間接機構の間接部１２をまたがるように連結した構成とするものである。すなわち、Ｌ字状リンク１１の突起１１ｃを有する突起側の端部１１ａと非突起側の端部１１ｂとを回動自在な間接部１２で連結するとともに、連結されたＬ字状リンク１１，１１の突起１１ｃ，１１ｃ間に上記柔軟アクチュエータ１０を架設して構成されている。
【００８８】
そして、図７（ｂ）のように駆動電源１３によりアクチュエータ１０，１０に電圧をそれぞれ印加して収縮させると、このリンク１１，１１の関節機構は上方に動く。一方、図７（ｃ）のように駆動電源１３によりアクチュエータ１０，１０に逆方向の電圧をそれぞれ印加して伸長させると、このリンク１１，１１の関節機構は下方に動く。
【００８９】
なお、アクチュエータ１０，１０には、それぞれ、駆動電源１３により独立して電圧を印加させることができる。
【００９０】
このような関節駆動機構は、アクチュエータ１０，１０がいわば生体の筋肉に近い軟らかい部材で構成されており、柔軟でかつ軽いため、人との接触においても本質的に安全である特徴がある。また、生体の内骨格を模擬した関節機構とすることにより、効率良く大きな負荷を支えることができ、家庭用に使用されるロボット用の機構とし相応しい。
【００９１】
また、図８（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に第６実施形態の変形例としての関節駆動機構を示す。１対の柔軟アクチュエータ１０、１０’（ここで、柔軟アクチュエータ１０’は柔軟アクチュエータ１０と同一のものであり、単に配置が異なるものである。）が、Ｔ字状リンク１１，１１が回動可能に接続された間接機構の間接部１２をまたがるように連結し、上記一対の柔軟アクチュエータ１０、１０’のそれぞれの電極に、駆動電源１３より、互いに逆位相の電圧（例えば、図８（ｂ）では、上側の柔軟アクチュエータ１０に正電圧、下側の柔軟アクチュエータ１０’に負電圧）を印加して駆動するとともに、必要に応じて、これらの電極に駆動電源１３よりバイアス電圧をそれぞれ重畳することにより拮抗駆動する構成としたものである。すなわち、Ｔ字状リンク１１Ａの突起１１ｃ，１１ｃを有する突起側の端部１１ａと非突起側の端部１１ｂとを回動自在な間接部１２で連結するとともに、連結されたＴ字状リンク１１，１１の突起１１ｃ，…，１１ｃ間に上記柔軟アクチュエータ１０，１０’をそれぞれ架設して構成されている。
【００９２】
なお、アクチュエータ１０，１０’には、それぞれ、駆動電源１３により独立して電圧を印加させることができる。
【００９３】
このような構成により、変形自在で制御性に優れたロボット用関節駆動機構を提供することができる。
【００９４】
なお、上記各実施形態において、上記導電性ポリマー層３の弾性率ＥｃｐがＥｃｐ≧０．１ＧＰａ、上記イオン電解質含有托体層２の弾性率ＥｉｐがＥｉｐ≦（Ｅｃｐ／１０）とすることができる。
【００９５】
上記各実施形態において、上記導電性ポリマー層３の弾性率ＥｃｐがＥｃｐ≧０．１ＧＰａ、上記電極層の等価な弾性率ＥｅがＥｅ≦（Ｅｃｐ／１０）とすることができる。
【００９６】
上記各実施形態において、上記電極層が、カーボン又は銀又は金などの非酸化性金属を含有した導電性ペーストの薄膜、又は金属の薄膜、又はこれらの薄膜をパターニング形成したもの又は金属細線を配置したものであるとすることができる。
【００９７】
上記各実施形態において、上記導電性ポリマー層３が、ポリアニリン、ポリピロール又はポリチオフェン基体のπ共役ポリマー、又はその誘導体である
上記各実施形態において、上記イオン電界質含有托体層２に含有するイオン電界質が、蒸気圧が１ｍＨｇ以下のイオン性液体とすることができる。
【００９８】
上記各実施形態において、上記イオン電界質含有托体層２に含有するイオン性液体は、窒素含有の有機カチオンと無機アニオンを含むイオン性液体とすることができる。
【００９９】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明にかかるアクチュエータ及びそれを用いた関節駆動機構は、導電性ポリマー層に電位差を生じさせる電圧印加により上記導電性ポリマー層が膨脹して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に膨脹変形させる一方、上記導電性ポリマー層に電位差を生じさせる別の電圧印加により上記導電性ポリマー層が収縮して、少なくとも上記厚み方向と直交する方向である長手方向に収縮変形させることができて、家庭やオフィス、病院などで家事支援や仕事支援、高齢者や障害者の介護支援などに活躍することが期待されるロボットの駆動源等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１（ａ）】本発明の第１実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図１（ｂ）】本発明の第１実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図１（ｃ）】本発明の第１実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図１（ｄ）】本発明の第１実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図２（ａ）】本発明の第２実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図２（ｂ）】本発明の第２実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図２（ｃ）】本発明の第２実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図２（ｄ）】本発明の第２実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図３（ａ）】本発明の第３実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図３（ｂ）】本発明の第３実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図３（ｃ）】本発明の第３実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図３（ｄ）】本発明の第３実施形態における動作原理を示す柔軟アクチュエータの断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態における積層型柔軟アクチュエータの断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態における積層型柔軟アクチュエータの断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第５実施形態における積層型の柔軟アクチュエータの断面図である。
【図７】（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第６実施形態にかかる関節駆動機構の側面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は第６実施形態の変形例にかかる関節駆動機構の側面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１ａ，１ｂ…柔軟電極、２…不揮発性のイオン電界質含有托体層、３…導電性ポリマー層、４…電源、５…スイッチ、６…長手方向、１０，１０’…柔軟アクチュエータ、１１…リンク、１１ａ…突起側の端部、１１ｂ…非突起側の端部、１１ｃ…突起、１２…間接部、１３…駆動電源、３０…アニオン（陰イオン）、３１…右端位置。
【図１（ａ）】
2005051949.tif 000003
【図１（ｂ）】
2005051949.tif 000004
【図１（ｃ）】
2005051949.tif 000005
【図１（ｄ）】
2005051949.tif 000006
【図２（ａ）】
2005051949.tif 000007
【図２（ｂ）】
2005051949.tif 000008
【図２（ｃ）】
2005051949.tif 000009
【図２（ｄ）】
2005051949.tif 000010
【図３（ａ）】
2005051949.tif 000011
【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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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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