(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを用いて駆動することを特徴とするアクチュエータにおいて、そこに流れる流体内に化学反応の基となる物質を含有し、アクチュエータ側に化学反応により電荷を受ける電極を設けて、アクチュエータ単体ないし複数のアクチュエータ集合体に対して流体を用いてその駆動エネルギーを供給することを特徴とするエネルギー供給法。
【請求項２】
前記請求項１のエネルギー供給法において、水素を含む流体と酸素を含む流体を別々に流し、燃料電池の発電原理を利用して駆動電極に電力を供給することを特徴とする電力供給法。
【請求項３】
前記請求項１のエネルギー供給法において、グリコースと酸素を含む流体を潤滑材として流し、バイオ電池の発電原理を利用して駆動電極に電力を供給することを特徴とする電力供給法。
【請求項４】
前記請求項１から３のエネルギー供給法において、アクチュエータから排出された廃液を再生器により再生して再びアクチュエータに送り、流体を循環して駆動に用いることを特徴とする流体再生機構。
【請求項５】
前記請求項１から３のエネルギー供給法において、長時間アクチュエータが停止していても常に電極に電力が供給されるよう、一定量常時流体を流すことを特徴とする外部強制リフレッシュ機構。
【請求項６】
前記請求項項１から３のエネルギー供給法において、電極に電力供給し終わったあとの廃物分子を除去し、新たな電解分子ないし高エネルギー分子を供給するため、静電アクチュエータの収縮を利用することを特徴とするリフレッシュ機構。
【請求項７】
前記請求項１から３のエネルギー供給法において、電荷受給部位と駆動電極間の電荷移動を外部信号により制御することにより、アクチュエータの動作を制御することを特徴とするアクチュエータ動作制御機構。
【請求項８】
前記請求項４の流体再生機構において、再生器内で流体を加温・冷却することにより、アクチュエータの温度を管理できることを特徴とする温度管理機構。
【請求項９】
前記請求項４の流体再生機構において、アクチュエータから排出された廃液の異物ないし不純物を除去し、長期間アクチュエータを駆動しても潤滑材の劣化によるアクチュエータの性能低下を軽減することを特徴とする潤滑材浄化機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、直流駆動の静電アクチュエータを用いた集合化技術と人工筋肉の実現に関する。
【背景技術】
【０００２】 現在産業界では機器の小型化が目覚しい。当然そこに用いられる駆動装置もまた小型・軽量・低消費電力が求められている。これに最も適するものは生体が有する筋肉であろうが、しかし生体の筋肉の動作原理は今なお謎が多く、生体に近い人工筋肉の開発はいまだ完成に至っていないのが現状である。【非特許文献１】「生物分子モーター」(岩波書店)  第１頁〜第８頁
【非特許文献２】「筋肉」(化学同人)  第３９頁〜第６６頁
【０００３】 もっとも生体に近いアクチュエータも開発されつつあり、直流駆動の静電アクチュエータなどがそれに当たる。【特許文献１】特願２００７−６２５５８
【０００４】 本発明は直流駆動の静電アクチュエータ(以下単に静電アクチュエータと称す)を使い、生体と同様の筋肉システムを構築するために必要とされる技術を提示するものである。【０００５】 図２に直流駆動の静電アクチュエータの動作原理を示す。本静電アクチュエータは、電極を配置した固定子１１と、その上を電極と接しながらスライドする移動子１２とからなり、固定子１１に配置された駆動電極１３、１４に電圧を印加することにより動作する構造となっている。その電気的構成は、固定子側表面に設置されたプラス・マイナスの駆動電極１３，１４の２種類の電極及び駆動電極から駆動方向に伸びた突起電極１５からなり、これらは駆動電力配線によって電圧が供給される。供給された電圧は接触している移動子表面の帯電スリットに帯電される。(１６)この帯電電荷と固定子が形成する電場との相互作用により移動子に駆動力１７が発生する。なおこれら固定子と移動子との間にはそのすべりを良くする為、液体ないし気体で満たされている場合があり、特にそれを潤滑材と称する。このアクチュエータは、直流駆動のため特に複雑な駆動用制御回路を必要とせず、しかも静電力を利用しているため、駆動電流が極めて小さいことが特徴である。【０００６】 もっともこの静電アクチュエータは固定子、移動子の電極間に生じる静電力を駆動源とするため、その駆動力は相対的に小さく、駆動力を大きくするにはアクチュエータを何重にも重ね積層化するか、その面積(一定の密度で電極が配してある場合)をなるべく大きくする必要がある。【０００７】 図３に、図２の静電アクチュエータを積層化した積層化構造体の模式図を示す。積層化構造体は、複数のアクチュエータの固定子１１ないし移動子１２を固定する固定構造体１８により、互いに固定子同士又は移動子同士が接する形で並列に結合されており、それらを一層として更に直列に複数層結合された構造をしている。積層化構造体はそれらを囲む外被膜１９で覆われ、個々のアクチュエータの固定子１１と移動子１２が離れないよう、外側から一定圧力で構造体を拘束している。したがってこの方法では固定構造体にある程度柔軟性を持たせるか、外被膜に伸縮性を持たせるかしなければ、構造体自体の柔軟性はかなり悪くなる。【０００８】 図４はその積層化構造体に用いる固定子１１の例を示す。固定子１１は薄い柔軟性のあるフィルムの両面に駆動電極１３，１４を設置したもので、駆動電極の櫛方向に長い帯状をしている。また、駆動電極への電力は固定子１１と結合する固定構造体１８より配線によって供給される。【０００９】 一方、図５に積層化構造体に用いる移動子１２の例を示す。移動子１２も固定子同様、薄い柔軟性のあるフィルム状をしており、両面に極めて細かい帯電スリット２０が設置され、スリット方向に長い帯状をしている。【００１０】図６に両者を組み合わせた図を示す。固定子１１・移動子１２交互に積層され、駆動電極１３，１４に電圧を印加すると移動子全体に駆動力が生じる構造となっている。【００１１】図７にそのように組み合わされた固定子１１と移動子１２を固定構造体１８に接続する場合のパターン例を示す。本案では固定構造体１８の形状に合わせ、スリット条に積層化した構造となっている。本案はもっとも単純な構造であり、固定子１１・移動子１２を直線的に用いるので、局部的な応力を考慮する必要がないという利点を持つ。この他、一般的にはこのような横幅の広いものをコンパクトに収めるため、図８のように九十九折や図９のように渦巻状に配置したりすることが行われている。【特許文献２】特開平１−１８５１７７
【００１２】更に図１０はこれら積層化構造体とは全く異なる構造体の例を示す。柔軟化に伴い固定子と移動子が離れたり接触圧が増加したりする問題点を克服するため、個々のアクチュエータを円形にし、円筒状の固定子２１とその中を円柱状の移動子２２が挿入する形(図１１)となっている。固定子、移動子を円柱状に丸め、図１１のように一つの駆動体にすれば、先に示した非特許文献１にもあるように生体筋肉に良く見られる構造とすることができ、駆動力を飛躍的に向上させることも可能となる。図１２,図１３はアクチュエータを固定構造体１８に並べて集合体を形成した例である。【００１３】このようにシート状のアクチュエータを何層にも重ねたり、あるいはアクチュエータを筒状に整形し、複数のアクチュエータを束ねたり等の積層化することは、単に駆動力を増加させるにとどまらず積層の仕方を工夫することにより、単体のアクチュエータよりも性能向上が期待でき、その利用範囲を広げることができる。(前例のような積層方法を並列積層と称す)【００１４】例えば、静電アクチュエータを複数個収縮方向に直列に配置し、一番端の静電アクチュエータの移動子と隣接する静電アクチュエータの固定子を構造的に結合し、その隣接アクチュエータの移動子と更にその先に隣接する静電アクチュエータの固定子とを構造的に結合し、そのような構造をもう一方の端にある静電アクチュエータまで繰り返し結合すると(これを直列積層と称する)、そのような静電アクチュエータ集合体は同じ長さの一個の静電アクチュエータよりも収縮速度を速くすることができる。すなわち静電アクチュエータの性能を収縮力Ｆ (最大伸張時をＦ、最小収縮時をＦ’)、収縮率Ｐ(＝最小収縮時全体長Ｂ’/ 最大伸張時全体長Ｂ)、収縮速度Ｖ (＝収縮距離Ｌ / 収縮時間Ｔ)の三つのパラメータで評価し、一つの静電アクチュエータで構成した場合(参照用)の収縮力、収縮率、収縮速度をそれぞれＦ１(最大伸張時をＦ１、最小収縮時をＦ１’)、Ｐ１、Ｖ１とすると(図１４、図１５)、伸張長さが同じＮ段の直列に積層化した場合(図１６、図１７)の収縮力、収縮率、収縮速度をそれぞれＦ２(最大伸張時をＦ２、最小収縮時をＦ２’)、Ｐ２、Ｖ２とすると下記の結果となる。【００１５】 (数１)        Ｆ２＝Ｆ１  (最大伸張時)【００１６】 (数２)        Ｆ２’≒Ｆ１’/Ｎ  (最小収縮時)【００１７】 (数３)        Ｐ２≒Ｐ１/Ｎ【００１８】 (数４)        Ｖ２＝Ｎ・Ｖ１【００１９】先に述べたように並列積層は駆動力を増加させるが、これも同様に記述すると、静電アクチュエータをＮ２個並列に積層した場合(図１８、図１９)の収縮力、収縮率、収縮速度をそれぞれＦ３(最大伸張時をＦ３、最小収縮時をＦ３’)、Ｐ３、Ｖ３とすると下記の結果となる。【００２０】 (数５)        Ｆ３＝Ｎ・Ｆ１  (最大伸張時)【００２１】 (数６)        Ｆ３’＝ Ｎ・Ｆ１’  (最小収縮時)【００２２】 (数７)        Ｐ３＝Ｐ１【００２３】 (数８)        Ｖ３＝Ｖ１【００２４】更に静電アクチュエータを一つの移動子、固定子対の固定子ないし移動子に他の移動子、固定子対の移動子ないし固定子が結合され、その構造がＮ段連なった構造(このような積層方法をカスケード積層と称する)に積層した場合(図２０、図２１)の収縮力、収縮率、収縮速度をそれぞ��Ｆ４(最大伸張時をＦ４、最小収縮時をＦ４’)、Ｐ４、Ｖ４とすると下記の結果となる。【００２５】 (数９)        Ｆ４＝Ｆ１  (最大伸張時)【００２６】 (数１０)        Ｆ４’≒Ｆ１’/Ｎ  (最小収縮時)【００２７】 (数１１)        Ｐ４≒Ｎ・Ｐ１【００２８】 (数１２)        Ｖ４＝Ｎ・Ｖ１【００２９】積層タイプと性能変化を表１にまとめる。【表１】
0004217837.tif 000002
この様に静電アクチュエータを積層化することにより、収縮力、収縮率、収縮速度といった性能を単体のものと比べ、飛躍的に向上させることができる。すなわち所定の性能を有する人工筋肉を構築するにはアクチュエータの積層化は不可欠の技術となる。
【００３０】図２２はそれら組み合わせによる積層化構造体の製作例である。これらは複数方法を組み合わせて構成できることから、積層方法を適当に組み合わせることにより希望する性能を得ることができる。【００３１】ところで静電アクチュエータは移動子が固定子から過引き抜きされると両者が分離してしまい、駆動機能が喪失してしまうため、各静電アクチュエータは過引抜を防止する機構が必要となる。その一つの方法として、隣接固定構造体間で一定の距離以上に離れないよう拘束線ないし拘束被膜を用いる方法が考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】もっとも積層化することにより新たな問題点も発生する。その中で最大のものは積層化された各アクチュエータにいかに駆動電力を供給するかという問題である。一般的な方法として考えられるのが導線を各アクチュエータに張り巡らして供給する方法である。図２３に、伸張した積層化構造体への電力供給の方法として各層の固定構造体１８に柔軟性を有する導電体２３を用いて給電し、各層の各静電アクチュエータへは固定構造体上の配線によって行う方法を示す。  また図２４にその収縮状態を示す。しかしこの方法は大規模になればなるほど配線が煩雑となり、しかも直列に配したアクチュエータ間では配線自身も伸縮を繰り返すため、断線の危険が極めて高くなってしまう。そこで積層構造においても電力供給が容易かつ確実に供給できる方法の開発が課題となる。【００３３】更に、アクチュエータを積層することにより、収縮の制御をどのように行うかも問題となる。最も一般的な解決方法としては導体を電力供給の場合同様、各アクチュエータを直接駆動することが考えられる。この方法では集合体として巨大化したアクチュエータ全てを起動回路でON/OFFしなければならず、場合によっては高電流の出力制御回路を設け配線を太くしなければならなくなる可能性がある。更に電力供給同様、直列に配したアクチュエータ間では配線自身も伸縮を繰り返すため、断線の危険が極めて高くなってしまう。そこで積層構造でも容易に制御できる方法の開発が課題となる。【００３４】この他アクチュエータシステムの大型化に伴い過酷な環境下での駆動も当然考えられる。しかし静電アクチュエータで高出力を得るためにはマイクロサイズまで小型化することが不可欠であり、非常にシビアなクリアランス管理、潤滑材の粘性管理等が必要となることから、広範囲の動作温度に対応することは難しくなると考えられる。そこで温度管理をいかに行うかが課題となる。【００３５】また、静電アクチュエータを長期間使用した場合、潤滑材が劣化しアクチュエータの性能を悪化させることも考えられる。そこでいかに潤滑材を浄化するかが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００３６】一番目の課題である積層化されても容易かつ確実に電力供給できる方法として流体を用いた電荷輸送方法を提案する。この方法は電荷を保持することのできる流体と、流体から電荷授受機能を持たせた電荷授受電極を固定子の各駆動電極に設け、そこで受けた電荷により駆動電極の電圧を維持しようとするものであり、各固定子間に電圧を供給するための配線を設ける必要がなく、静電アクチュエータ集合体の構成が簡素化できるのが特徴である。直流駆動の静電アクチュエータは先にも述べたとおり、駆動電流が極めて小さいことから、電荷の輸送に流体を利用することが十分可能であり、しかも直流駆動のため複雑な制御回路が不要で、各電極に直接流体から電荷を受け取る機能を設けることができる。流体を用いた電荷輸送方法はこれらの特徴を利用した方法である。【００３７】二番目の課題である静電アクチュエータ集合体の起動制御については、エネルギー流体から電荷を取り出すための酸化還元電極と、駆動電極との間にスイッチを設けそれをON/OFFする方法を提案する。この方法は起動電流がほとんど流れないため、巨大な静電アクチュエータ構造体であっても駆動制御用の出力回路は小型化できる。すなわち図１６の直列積層や図２０のカスケード積層など、移動子が次の固定子と結合されている場合でも、移動子に蓄積された電荷をスイッチのON/OFFに利用することで、一端のアクチュエータのスイッチを外部からON/OFFすることにより、連鎖的に他のアクチュエータの駆動も制御でき、極めて小さな電力で巨大なアクチュエータ構造体を起動制御できるのである。
【発明の効果】
【００３８】以上説明のとおり、静電アクチュエータを複数組み合わせることにより、種々の性能を有した人工筋肉を構成でき、市場拡大の効果が期待できる。また、電力供給方法を工夫することにより、従来一般的であった導体を用いるのではなく流体を用いることが可能となり、潤滑材や冷却材ないし保温材との機能を兼ね備えることができ、生体筋肉により一層近づけることができる。このことは生体との融合、例えば人工心臓などへの応用の道を開くものである。更に人工筋肉であるがゆえに生体筋肉では不可能な極限環境 (例えば宇宙空間や高放射線区域、高圧、高温、極低温空間など) への応用が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】以下本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。【００４０】本静電アクチュエータは直流駆動であるため、複雑な駆動制御回路が必要ないのが特徴であることから、導線により駆動電力を供給する一般的な方法のほか、高エネルギー流体に駆動エネルギーを載せ各アクチュエータ内で電荷を引き出して駆動力を発生させることが可能となる。そこで図１に高エネルギーを利用してアクチュエータを駆動させ、その廃液を再生して再び静電アクチュエータに戻し、循環して使用する再生システムの概略構造図を示す。まず高エネルギー流体６から受け取った電荷を用い静電アクチュエータ１を駆動する。(静電アクチュエータ内での高エネルギー流体から電荷を取り出す機構については後述する。)この駆動力は駆動力伝達構造体２を介して外部に伝達される。その後アクチュエータを出た高エネルギー流体の廃液は他のアクチュエータから排出された廃液と合流し、再生器４に送られる。再生器４では再生用電力供給線５より供給された電力により、高エネルギー流体へと再生される。再生器４を出た高エネルギー流体６は、循環ポンプ７で昇圧された後、他のアクチュエータへの供給分岐管９への分岐がなされ流量制御弁８を介して再度静電アクチュエータ１に送られる。このように複数の静電アクチュエータ積層化構造体であっても、一つの再生器で駆動させることができる。これにより特別な電力供給ラインを設けなくとも電力供給ができ、複数の静電アクチュエータ積層化構造体から成る複雑なシステムであっても比較的単純に電力供給が可能となる。更に再生器に恒温機能や清浄機能(異物除去機能)を持たせれば、アクチュエータ自体の温度を一定に保つことができ、高温ないし低温環境で用いることや、高放射線下での高エネルギー分子の壊変による機能低下を改善することが可能となる。【００４１】図２５、図２６は、流体を用いた給電方法を示す。直流駆動の静電アクチュエータの場合、従来からあるインバータ制御のアクチュエータと異なり、アクチュエータの電極に一定の電荷さえ供給できれば動作が可能であるため、導電体で供給する必要はなく、流体に電荷を輸送させることにより駆動させることも可能となる。もっとも静電アクチュエータの低電力特性を生かすためには、駆動電極を電解液などの高濃度イオン流体で浸すことはできない。【００４２】そこで図２５に、中性流体を用いる例として、燃料電池の原理を応用した方法を示す。まず構造について説明する。固定子１１と移動子１２は水素分子を含む絶縁性を有する潤滑材４３で満たされ、駆動電極を有する固定子１１内部には移動子面側に開口した気化層３４・拡散層３５を突起電極間に設けてある。その奥固定子１１の下面には高分子膜３８が設置されており、拡散層３５と高分子層３８の間の拡散層表面には触媒３６がコーティングされ、その触媒３６により生成した水素イオンが透過できる構造となっている。更にその奥には高分子膜に面して拡散層４０があり、拡散層と高分子膜との間は触媒４１がコーティングされている。拡散層の先は気化層３９を介して冷却水層３３と接し、酸素を含む冷却水が流れて気化層３９・拡散層４０を通して酸素が供給される構造となっている。冷却水層３３の下には冷却��を密封する固定子下層３２があり、複雑な固定子の構造を支持している。【００４３】次に動作原理を説明する。潤滑材４３内の水素分子は、固定子上に開口した撥水性ないし撥油性の微粒子でできた気化層３４内に気体状態で充満する。その水素ガスが拡散層３５を通って触媒３６に達し、イオン化する。このとき生じた電子は導体３７を介して負の駆動電極１４に送られ、当該電極はマイナスの電位を持つようになる。更に触媒３６で生じた水素イオンは高分子膜３８を通ってその先の触媒４１に達し、冷却水３３から撥水性を有する拡散層４０を介し触媒表面の水分をコントロールする水管理層３９を通って供給された酸素分子と結合し、水分子となって冷却水側に放出される。このとき消費される電子は、導体４２を介して固定子上の駆動電極１３から供給され、結果として当該電極はプラスの電位を持つようになる。詳しくは以下を参照。【非特許文献３】「水素・燃料電池ハンドブック」(オーム社出版)  第１３７頁〜第１６２頁もっとも本例は触媒４１の水分管理や駆動時の温度問題、表面から順に固定子１１、高分子膜層３８、還元層３１、冷却水層、更にその下の固定子下層３２と多層構造を有し、構造が複雑で小型化が難しいなど克服すべき課題は多い。
【００４４】図２６は絶縁性を有する高エネルギー流体を用いた方法である。この方法は、移動子を満たす流体に高エネルギー分子(例えばグリコース等)を含む流体５３を用い、駆動電極１４と接して酸化酵素を含む酸化電極５１(グルコース酸化酵素固定化電極。以下ＧＯＤと称す。)を設けており、グリコースはこの酸化電極に接して酸化され、２個の水素イオンと２個の電子が放出される。したがってこの酸化電極５１に接した駆動電極１４はマイナスの電圧が印加される。一方、もう一つの駆動電極１３には酸素を還元するための還元物質が付加された還元電極５２(例えばビリルビン酸化酵素固定化電極。以下ＢＯＤと称す。) と接しており、ＧＯＤで生じた水素イオンを使って流体内にある酸素分子が還元され、２個の電子が消費されるとともに水分子が放出される。したがってＢＯＤに接した駆動電極１３は、プラスの電圧が印加される。これはバイオ電池の一種であり、この方法を用いれば電力供給は更に単純化し、より小型化が期待できる。詳しくは以下を参照。【非特許文献４】「バイオ電気化学の実際」(シーエムシー出版)  第２５４頁〜第２５７頁
【００４５】図２７は、このような給電方法を用いた場合の積層化構造を示す。全体を柔軟性がありしかも密封性のある外被膜１９で覆い、その一方から高エネルギー流体５３を注入し、反対側から排出する構造とする。更に、各アクチュエータに流体を流すため、固定構造体１８及び、固定子１１ないし移動子１２に流体流路５４を設け、流体が流れるようにする。このように流体を用いた場合、導電体等の特別な構造物が不要であり、比較的単純な構造で全アクチュエータに電力を供給できる。【００４６】図２８は静電アクチュエータ内に逆止弁を設け、自らの駆動力により流体を循環させる構造を示す。本例において流入側逆止弁５５は移動子１２内に貫通した貫通口５４のアクチュエータ内部側に外部から流入する方向に設置されている。また流出側逆止弁５６は固定子１１の移動子の最挿入位置よりも先に外部に向け開口された貫通口の外側に静電アクチュエータ内から流出する方向に設置されている。静電アクチュエータが伸張するときに外部から移動子内の貫通口及び流入側逆止弁５５を通して高エネルギー流体が静電アクチュエータ内部に流入し、その流体はＧＯＤならびにＢＯＤで酸化還元される。その後静電アクチュエータが収縮し、移動子が挿入されるとピストン効果により静電アクチュエータ内の圧力が上昇し、流入側逆止弁５５は閉じ逆に流出側逆止弁５６が開いて流体が外部に排出される。このように静電アクチュエータの伸張・収縮動作を利用して流体をポンピングすることができる。これを利用すればアクチュエータ内で電荷の消費が激しく、多量の高エネルギー流体を必要とする連続収縮駆動時に、アクチュエータ自らの力によって流体を循環させることができ、循環ポンプ７(図１)の小型化を図ることができる。【００４７】次に図２９に静電アクチュエータの起動方法として、スイッチを用いる方法を示す。この方法は酸化還元電極５１、５２と駆動電極１４、１３間にスイッチ６１(例えば電界効果トランジスター)を設け、開閉信号(ゲート信号)を送ることによりアクチュエータ駆動のON/OFFをコントロールするものである。図３０、図３１に固定子上の具体的配置例を示す。【００４８】図３０は、電力を各駆動電極に分配する母線を酸化還元電極とし、それと各駆動電極との間にスイッチ(トランジスター)６１を設置した例を示す。この場合、各スイッチのゲート信号は、固定子内部に設置した駆動制御用ゲート信号線６３により一つにまとめられる。しかしこの方法は、酸化還元電極の移動子に覆われた部分は、発電性能が悪化する可能性があり、移動子が全挿入(最収縮)時は十分な電力が供給できない可能性がある。【００４９】図３１は酸化還元電極５１、５２を移動子の最移動位置の先に配置し、常に高エネルギー流体に接することができる構造とし、その電極から駆動電極１４、１３へ電力を供給するラインにスイッチ６１が設置されている構造とする。これにより移動子の位置に関係なく常に駆動電極に電圧を供給でき、駆動制御も簡単な構造で実現できるようになる。ただ、酸化還元電極部分は移動子が移動できないため、収縮率が若干低下する。【００５０】最後に図３２に静電アクチュエータの温度管理及び潤滑材の劣化防止として、再生器内に恒温機構及び浄化機構��設けた例を示す。各アクチュエータから排出された廃液は再生器に戻り、フィルター７１を通って清浄される。このフィルター７１はアクチュエータ内で生じた異物や放射線・化学変化などによって変質した分子を除去する機能を有する。その後流体は放熱器７３の間を通り、加温・冷却器７２により一定の温度に加温・冷却される。この加温・冷却器は固有の電力線７４により電力供給され動作する。更に再生器４を通って高エネルギー流体に再生されて、再度アクチュエータに送られる。この方法は再生器に必要な機能を持たせることにより、各アクチュエータ側に特別な機構を設ける必要がなくなり、複雑化したアクチュエータシステムに有効である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】本発明の静電アクチュエータは制御が簡単であり、積層化・多重連結によりあらゆる出力やストロークのアクチュエータが構築でき、ミクロからマクロまでのあらゆる産業の汎用動力源として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】高エネルギー流体を用いた静電アクチュエータ駆動システムの概略図である。
【図２】直流駆動型静電アクチュエータの概略構造図である。
【図３】静電アクチュエータ構造体の概略図である。
【図４】帯型アクチュエータの固定子の電極パターンである。
【図５】帯型アクチュエータの移動子の帯電スリットパターンである。
【図６】帯型アクチュエータの固定子と移動子を組み合わせた外観図である。
【図７】帯型アクチュエータの設置パターンを示した図である。(例１)
【図８】帯型アクチュエータの設置パターンを示した図である。(例２)
【図９】帯型アクチュエータの設置パターンを示した図である。(例３)
【図１０】円筒型アクチュエータの固定子と移動子の概略構造図である。
【図１１】円筒型アクチュエータの固定子と移動子を組み合わせた外観図である。
【図１２】円筒型アクチュエータの設置パターンを示した図である。
【図１３】円筒型アクチュエータの設置パターンを横から見た図である。
【図１４】一つの静電アクチュエータの性能を説明する図である。(伸張状態)
【図１５】一つの静電アクチュエータの性能を説明する図である。(収縮状態)
【図１６】直列に接続した複数の静電アクチュエータの性能を説明する図である。(伸張状態)
【図１７】直列に接続した複数の静電アクチュエータの性能を説明する図である。(収縮状態)
【図１８】並列に接続した複数の静電アクチュエータの性能を説明する図である。(伸張状態)
【図１９】並列に接続した複数の静電アクチュエータの性能を説明する図である。(収縮状態)
【図２０】カスケード状に接続した複数の静電アクチュエータの性能を説明する図である。(伸張状態)
【図２１】カスケード状に接続した複数の静電アクチュエータの性能を説明する図である。(収縮状態)
【図２２】複数のアクチュエータを直列・並列に組み合わせた構成例を示した図である。
【図２３】積層化アクチュエータの各層へワイヤで電力供給する方法を示した図である。(伸張状態)
【図２４】積層化アクチュエータの各層へワイヤで電力供給する方法を示した図である。(収縮状態)
【図２５】燃料電池の原理を利用し駆動電極に電荷を供給する方法を示した図である。
【図２６】バイオ電池の原理を利用し駆動電極に電荷を供給する方法を示した図である。
【図２７】高エネルギー流体を用いて積層化アクチュエータの各アクチュエータに電力を供給する方法を示した図である。
【図２８】高エネルギー流体を用いた積層化アクチュエータにポンプ機能を持たせた構造を示す図である。
【図２９】高エネルギー流体を用いた場合の起動方法を示した図である。
【図３０】高エネルギー流体を用いた場合の起動制御機能を持たせた固定子の概略図である。(各駆動電極に酸化・還元電極を持つ例)
【図３１】高エネルギー流体を用いた場合の起動制御機能を持たせた固定子の概略図である。(複数の駆動電極に一つの酸化・還元電極を持つ例)
【図３２】潤滑材の清浄・恒温機能を持たせた再生器の概略図である。
【符号の説明】
【００５３】１           静電アクチュエータ２           駆動力伝達構造体３           収縮制御線４           再生器５           再生用電力供給線６           高エネルギー流体７           循環ポンプ８           流量調整弁９           他アクチュエータへの流体供給用分岐管１０         他アクチュエータからの流体回収用分岐管１１         固定子１２         移動子１３         ＋極駆動電極１４         −極駆動電極１５         突起電極１６         移動子帯電電荷１７         駆動力１８         固定構造体１９         集合体外被膜２０         移動子帯電パターン２１         円筒型固定子２２         円柱型移動子２３         電力供給用導電体３１         還元層３２         固定子下層３３         固定子冷却水層３４         酸化電極気化層３５         酸化電極拡散層３６         酸化電極触媒コーティング３７         酸化電極電荷供給ライン３８         高分子膜３９         還元電極水管理層４０         還元電極拡散層４１         還元電極触媒コーティング４２         還元電極電荷供給ライン４３         水素含有絶縁性潤滑材５１         酸化電極(例えばグルコース酸化酵素固定化電極。ＧＯＤ)５２         還元電極(例えばビリルビン酸化酵素固定化電極。ＢＯＤ)５３         高エネルギー流体(例えばグルコース含有水)５４         移動子内流路５５         流入側逆止弁５６         流出側逆止弁６１         電力供給スイッチ(例えば電界効果トランジスター)６２         スイッチ開閉信号線６３         駆動制御用ゲート信号線６４         移動子移動範囲７１         潤滑材清浄フィルター７２         加温・冷却器７３         放熱器７１         加温・冷却電力線
【図１】
0004217837.tif 000003
【図２】
0004217837.tif 000004
【図３】
0004217837.tif 000005
【図４】
0004217837.tif 000006
【図５】
0004217837.tif 000007
【図６】
0004217837.tif 000008
【図７】
0004217837.tif 000009
【図８】
0004217837.tif 000010
【図９】
0004217837.tif 000011
【図１０】
0004217837.tif 000012
【図１１】
0004217837.tif 000013
【図１２】
0004217837.tif 000014
【図１３】
0004217837.tif 000015
【図１４】
0004217837.tif 000016
【図１５】
0004217837.tif 000017
【図１６】
0004217837.tif 000018
【図１７】
0004217837.tif 000019
【図１８】
0004217837.tif 000020
【図１９】
0004217837.tif 000021
【図２０】
0004217837.tif 000022
【図２１】
0004217837.tif 000023
【図２２】
0004217837.tif 000024
【図２３】
0004217837.tif 000025
【図２４】
0004217837.tif 000026
【図２５】
0004217837.tif 000027
【図２６】
0004217837.tif 000028
【図２７】
0004217837.tif 000029
【図２８】
0004217837.tif 000030
【図２９】
0004217837.tif 000031
【図３０】
0004217837.tif 000032
【図３１】
0004217837.tif 000033
【図３２】
0004217837.tif 000034