專利名稱：導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有相對(duì)于壓縮方向的剛性及相對(duì)于拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器及使用它的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)家庭用機(jī)器人等在靠近人類的場(chǎng)所工作的機(jī)械的要求的提高，對(duì)像人類肌肉那樣進(jìn)行柔和動(dòng)作的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的期待也增大。作為人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的候補(bǔ)，在此之前提出了各種方式的驅(qū)動(dòng)器，而作為其中之一，提出了采用導(dǎo)電性高分子的驅(qū)動(dòng)器。
作為采用導(dǎo)電性高分子的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的一例，提出了如圖11A、圖11B、圖11C所示的發(fā)生撓性變形的驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器，形成在作為導(dǎo)電性高分子膜的聚苯胺膜體21a、21b中夾入固體電解質(zhì)成形體22的結(jié)構(gòu)。接通開關(guān)98，則在電源97中設(shè)定的電位差被施加給聚苯胺膜體21a、21b間，如圖11B所示，一方的聚苯胺膜體21b中插入陰離子而伸長(zhǎng)，從另一方的聚苯胺膜體脫離陰離子而縮小，結(jié)果是發(fā)生撓性變形(例如，參照專利文獻(xiàn)1(特開平11-169393號(hào)公報(bào)))。
該構(gòu)成中，基于作為電極作用的2個(gè)導(dǎo)電性高分子膜的變位量的差而使撓性變形發(fā)生，不過，另方面，還已知一種驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成是使電解質(zhì)托體層為流體或凝膠狀物質(zhì)，因而可使兩電極的變形不會(huì)相互影響，只抽取單方的導(dǎo)電性高分子的變位并進(jìn)行伸縮變形。此時(shí)，關(guān)于不利用變位的電極，不須為導(dǎo)電性高分子，主要采用金屬電極，不過，也顯示出在金屬電極上設(shè)置導(dǎo)電性高分子而增加變位的情形(例如，參照非專利文獻(xiàn)1(Proceedings of SPIE，Vol.4695的8～16頁)。
這種導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，以2～3V的低電壓可發(fā)生與肌肉匹配這樣的應(yīng)變，因而被期待著作為人工肌肉實(shí)用化。
可是，在采用導(dǎo)電性高分子作為進(jìn)行伸縮變形的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，由于導(dǎo)電性高分子為膜狀，因而，那種狀態(tài)不能具有向拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和向壓縮方向的剛性等。作為其措施，非專利文獻(xiàn)1(Proceedings of SPIE，Vol.4695的8～16頁)示出了一種將由彈簧產(chǎn)生的預(yù)壓向?qū)щ娦愿叻肿幽さ睦旆较蚴┘佣l(fā)生向兩方向的驅(qū)動(dòng)力和剛性等的方法。另外，非專利文獻(xiàn)2(Japanese Journal of Applied Physics，Vol.41，Part 1，No.12的7532～7536頁)示出了一種即使施加由重錘產(chǎn)生的預(yù)壓也獲得同樣效果的方法。
不過，由上述構(gòu)成構(gòu)成進(jìn)行伸縮變形的驅(qū)動(dòng)器時(shí)也存在課題。在施加由彈簧產(chǎn)生的預(yù)壓的構(gòu)成中，要想獲得足夠的剛性和驅(qū)動(dòng)力而必需剛性高的彈簧，這種情況下，收縮方向變位減少。
另一方面，在施加由重錘產(chǎn)生的預(yù)壓的構(gòu)成中，存在受到重力方向的影響、同時(shí)重錘質(zhì)量對(duì)動(dòng)特性造成影響的問題點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于，鑒于有關(guān)問題點(diǎn)，提供不需預(yù)壓而能夠具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器及使用它的機(jī)器人。
為了實(shí)施上述目的，本發(fā)明如以下構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第1方式，提供一種高分子驅(qū)動(dòng)器，具備經(jīng)由電解質(zhì)托體層連接的第1導(dǎo)電性高分子膜和第2導(dǎo)電性高分子膜、與上述第1導(dǎo)電性高分子膜連接的第1變位抽取構(gòu)件、與上述第2導(dǎo)電性高分子膜連接的第2變位抽取構(gòu)件，并且，上述第1變位抽取構(gòu)件的變位方向與上述第2變位抽取構(gòu)件的變位方向配置成不同，同時(shí)，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件進(jìn)行連接以使一方的膨脹方向變位與另一方的收縮方向變位相互交換，在上述第1導(dǎo)電性高分子膜和上述第2導(dǎo)電性高分子膜之間施予電位差，而通過氧化還原反應(yīng)而使上述第1導(dǎo)電性高分子膜和上述第2導(dǎo)電性高分子膜的一方膨脹、另一方收縮。
發(fā)明的效果從而，根據(jù)本發(fā)明，能夠無需預(yù)壓而獲得具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。即，根據(jù)本發(fā)明，利用使一方的膨脹方向變位與另一方的收縮方向變位相互交換的連桿機(jī)構(gòu)將通過氧化還原反應(yīng)而使一方膨脹、另一方收縮的2個(gè)導(dǎo)電性高分子膜進(jìn)行連接，而能夠使一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的壓縮方向的驅(qū)動(dòng)力而發(fā)生。再有，在一方的導(dǎo)電性分子膜的壓縮方向施加外力時(shí)，基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的剛性從而另一方也能受到，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的驅(qū)動(dòng)器。


本發(fā)明的這些及其他目的和特征，通過下面的關(guān)于附圖的最佳實(shí)施方式的記述將變得清楚。這些圖中，圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的斜視圖。
圖2A是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖2B是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖2C是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖3A是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖3B是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖3C是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖4A是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖4B是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖4C是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的俯視圖。
圖5是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的斜視圖。
圖6是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器其他構(gòu)成的概略的斜視圖。
圖7是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的斜視圖。
圖8A是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的局部剖開俯視圖。
圖8B是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的局部剖開俯視圖。
圖8C是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的局部剖開俯視圖。
圖9是采用本發(fā)明的第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器臂的概略圖。
圖10A是采用本發(fā)明的第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器手的其局部指部的概略圖。
圖10B是采用本發(fā)明的第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器手的其局部指部的概略圖。
圖11A是表示現(xiàn)有構(gòu)成的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的圖。
圖11B是表示現(xiàn)有構(gòu)成的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的圖。
圖11C是表示現(xiàn)有構(gòu)成的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的概略的圖。
圖12A是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器中的導(dǎo)電性高分子伸縮板隨著陰離子移動(dòng)而伸縮的狀態(tài)的圖。
圖12B是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器中的導(dǎo)電性高分子伸縮板隨著陰離子移動(dòng)而伸縮的狀態(tài)的圖。
圖12C是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器中的導(dǎo)電性高分子伸縮板隨著陰離子移動(dòng)而伸縮的狀態(tài)的圖。
圖12D是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器中的導(dǎo)電性高分子伸縮板隨著陰離子移動(dòng)而伸縮的狀態(tài)的圖。
圖12E是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器中的導(dǎo)電性高分子伸縮板隨著陰離子移動(dòng)而伸縮的狀態(tài)的圖。
圖12F是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器中的導(dǎo)電性高分子伸縮板隨著陰離子移動(dòng)而伸縮的狀態(tài)的圖。
具體實(shí)施例方式
在繼續(xù)本發(fā)明的記述之前，在附圖中關(guān)于相同部件附以相同參照符號(hào)。
以下，在根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明之前，關(guān)于本發(fā)明的各種形態(tài)進(jìn)行說明。
根據(jù)本發(fā)明的第1形態(tài)，提供一種高分子驅(qū)動(dòng)器，具備經(jīng)由電解質(zhì)托體層連接的第1導(dǎo)電性高分子膜和第2導(dǎo)電性高分子膜、與上述第1導(dǎo)電性高分子膜連接的第1變位抽取構(gòu)件、與上述第2導(dǎo)電性高分子膜連接的第2變位抽取構(gòu)件，并且，上述第1變位抽取構(gòu)件的變位方向與上述第2變位抽取構(gòu)件的變位方向配置成不同，同時(shí)，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件進(jìn)行連接以使一方的膨脹方向變位與另一方的收縮方向變位相互交換，在上述第1導(dǎo)電性高分子膜和上述第2導(dǎo)電性高分子膜之間施予電位差，而通過氧化還原反應(yīng)而使上述第1導(dǎo)電性高分子膜和上述第2導(dǎo)電性高分子膜的一方膨脹、另一方收縮。
根據(jù)這種構(gòu)成，能夠使一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的壓縮方向的驅(qū)動(dòng)力發(fā)生。再有，在一方的導(dǎo)電性分子膜的壓縮方向施加外力時(shí)，基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的剛性從而另一方也能受到，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)，提供第1形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件經(jīng)由連桿機(jī)構(gòu)連接。
根據(jù)這種構(gòu)成，變位抽取構(gòu)件的變位通過連結(jié)機(jī)構(gòu)而容易相互變位，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第3形態(tài)，提供第1形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件的連接為在與各自變位方向形成不同角度的部位的相互連接。
根據(jù)這種構(gòu)成，隨著相鄰的2個(gè)變位抽取構(gòu)件的與變位方向形成不同角度部位彼此的面方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，變位抽取構(gòu)件的變位相互變換，因此，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第4形態(tài)，提供第1形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件的連接為經(jīng)由彈性體的連接。
根據(jù)這種構(gòu)成，由于彈性力而使變位減少，不過，能夠使一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的壓縮方向的驅(qū)動(dòng)力而發(fā)生。再有，在一方的導(dǎo)電性分子膜的壓縮方向施加外力時(shí)，基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的剛性從而另一方也能受到，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第5形態(tài)，提供第2形態(tài)的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件電連接地保持著上述第1導(dǎo)電性高分子膜的各個(gè)端部，同時(shí)上述第2變位抽取構(gòu)件電連接地保持著上述第2導(dǎo)電性高分子膜的各個(gè)端部，上述連桿機(jī)構(gòu)，由相同長(zhǎng)度的連結(jié)構(gòu)件連結(jié)相鄰的第1變位抽取構(gòu)件與上述第2變位抽取構(gòu)件彼此，由上述連結(jié)構(gòu)件構(gòu)成平行連桿機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第6形態(tài)，提供第1～5任意一個(gè)形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子在膜厚度方向交錯(cuò)配置。
根據(jù)這種構(gòu)成，第1導(dǎo)電性高分子膜的兩面與第2導(dǎo)電性高分子膜對(duì)置，同樣地，第2導(dǎo)電性高分子膜的兩面與第1導(dǎo)電性高分子膜對(duì)置，因此，能夠獲得高密度地多層化的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第7形態(tài)，提供第1～6任意一個(gè)形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子平行配置。
根據(jù)這種構(gòu)成，相鄰的導(dǎo)電性高分子膜間的距離為一定，因此，能夠減少導(dǎo)電性高分子膜的同一面上的反應(yīng)的不均，獲得更穩(wěn)定輸出的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第8形態(tài)，提供第7形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子等間隔配置。
根據(jù)這種構(gòu)成，能夠使相鄰的導(dǎo)電性高分子膜間的距離全部為最小限，能夠獲得更高密度地多層化的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第9形態(tài)，提供第1～8任意一個(gè)形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件與上述第2變位抽取構(gòu)件的變位方向分別等同于上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子膜的長(zhǎng)度方向。
根據(jù)這種構(gòu)成，采用的是由于導(dǎo)電性高分子膜的膨脹收縮而發(fā)生的伸縮最大的方向，因此，能夠獲得驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的不必要的應(yīng)變少的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第10形態(tài)，提供第1～9任意一個(gè)形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件與上述第2變位抽取構(gòu)件的變位方向正交。
根據(jù)這種構(gòu)成，不存在進(jìn)行負(fù)載方向和變位方向的變換時(shí)無用的力矩，因此，能夠獲得有效利用導(dǎo)電性高分子膜的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第11形態(tài)，提供第1～10任意一個(gè)形態(tài)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件與上述第2變位抽取構(gòu)件的任意一個(gè)或雙方與只在各自的變位抽取構(gòu)件的變位方向能夠移動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接。
根據(jù)這種構(gòu)成，基于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)抑制作為目的的方向以外的變位，因此，獲得驅(qū)動(dòng)力只相對(duì)于變位方向作用的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第12形態(tài)，提供一種機(jī)器人，具備機(jī)器臂和將第1～5形態(tài)的任意一個(gè)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器作為2個(gè)一組的對(duì)抗肌結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的上述機(jī)器臂的一對(duì)驅(qū)動(dòng)部。
根據(jù)這種構(gòu)成，將能夠?qū)崿F(xiàn)上述各種效果的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器作為2個(gè)1組的對(duì)抗肌結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部，適用于上述機(jī)器臂。其結(jié)果是獲得發(fā)揮多自由度、像人類的臂那樣柔和動(dòng)作的機(jī)器臂。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)特別適用于家庭用途的機(jī)器臂。
以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
(第1實(shí)施方式)圖1是表示作為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器一例的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1的概略的斜視圖。另外，圖2A～圖2C表示其俯視圖。
圖1中，2a～2d、3a～3c是伴隨著氧化還原反應(yīng)進(jìn)行膨脹收縮變形的導(dǎo)電性高分子制的矩形例如長(zhǎng)方形的作為伸縮體的膜狀伸縮板。作為構(gòu)成導(dǎo)電性高分子膜的伸縮板2a～2d、3a～3c的導(dǎo)電性高分子，可以利用聚吡咯、聚苯胺、聚甲氧基苯胺等，聚吡咯在變位大這點(diǎn)上作為優(yōu)選。另外，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c的厚度優(yōu)選是分別為幾十μm左右。若比那薄則強(qiáng)度上弱，若比那厚則離子不能充分進(jìn)出導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c內(nèi)部，因此不作為優(yōu)選。
導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c經(jīng)由作為電解質(zhì)托體層一例的凝膠狀電解質(zhì)4a～4f而交錯(cuò)層疊配置。凝膠狀電解質(zhì)4a～4f的厚度優(yōu)選為幾十μm～幾mm左右，若比這厚則不能密密地配置導(dǎo)電性高分子伸縮板，驅(qū)動(dòng)器的發(fā)生力降低。另方面，若過薄，則凝膠狀電解質(zhì)中所含有的離子變少，驅(qū)動(dòng)器的變位減少。導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c分別由完全相同形狀、厚度、材料構(gòu)成，平行且等間隔配置，相位相差90度且長(zhǎng)度方向相互正交配置。另外，凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4a～4f也分別由完全相同形狀、厚度、材料構(gòu)成，平行且等間隔配置。凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4a～4f的大小，與導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d和伸縮板3a～3c相互正交配置時(shí)伸縮板2a～2d和伸縮板3a～3c重疊部分的大小幾乎相同。從而，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c及電解質(zhì)托體層4a～4f，各自的中心軸大致相同，且圖中，從上向下，按照導(dǎo)電性高分子伸縮板2a、凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4a、導(dǎo)電性高分子伸縮板3a、凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4b、導(dǎo)電性高分子伸縮板2b、凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4c、導(dǎo)電性高分子伸縮板3b、凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4d、導(dǎo)電性高分子伸縮板2c、凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4e、導(dǎo)電性高分子伸縮板3c、凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4f、導(dǎo)電性高分子伸縮板2d的順序配置。像這樣配置，則可使導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c上的反應(yīng)的不均減小。另外，相鄰的導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c的間隔相等，因此，可以高效地層疊，能夠高密度地安裝。
導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d其兩端分別由作為變位抽取構(gòu)件一例的金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b保持且被電連接。同樣，導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c其兩端分別由作為變位抽取構(gòu)件一例的金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d保持且被電連接。作為由金屬結(jié)構(gòu)體保持導(dǎo)電性高分子伸縮板的方法，有分別由金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d構(gòu)成多個(gè)金屬塊、在將導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c夾入在其金屬塊之間的狀態(tài)使金屬塊一體化而形成金屬結(jié)構(gòu)體等的方法。作為一體化金屬塊彼此的方法，能夠利用螺絲緊固、焊接、壓接或粘接等。金屬結(jié)構(gòu)體及金屬塊的材質(zhì)，可以利用鉑金、鈦、鎳或不銹鋼等，不過，不銹鋼在價(jià)廉這點(diǎn)上為優(yōu)選。
金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b的變位方向等同于導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d的長(zhǎng)度方向，金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d的變位方向等同于導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c的長(zhǎng)度方向，金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b和金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d各自的變位方向相互正交配置。若考慮到使金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b和金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d各個(gè)變位，則導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c相對(duì)于與金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b和金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d各自變位方向不同方向的變形，由于不必要的應(yīng)變的原因而不作為優(yōu)選。為此，金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d的變位方向采用導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c變形最大的方向、換言之伸縮方向，因而可減少驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的不必要的應(yīng)變。
金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d，在它們上面的中心，利用銷20分別由相同長(zhǎng)度的絕緣性的作為連結(jié)構(gòu)件一例的連結(jié)棒6a～6d轉(zhuǎn)動(dòng)自由地連接，連結(jié)棒6a～6d組合構(gòu)成平行四邊形框、構(gòu)成4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30。金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d的里面(圖中金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d的下面?zhèn)?，也同樣在它們上面的中心，利用銷20分別由相同長(zhǎng)度的絕緣性的其他的連結(jié)棒6a～6d設(shè)置其他的連桿機(jī)構(gòu)30。形成這種構(gòu)成，則在進(jìn)行負(fù)載方向和變位方向等的變換時(shí)不會(huì)發(fā)生無用的力矩，能夠高效地利用導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c的剛性和發(fā)生力等。
另外，與金屬結(jié)構(gòu)體5a連接的配線，與電源7的一個(gè)極連接。電源7的另一個(gè)極上經(jīng)由開關(guān)8連接金屬結(jié)構(gòu)體5c。
接下來，對(duì)該人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1的作用進(jìn)行說明。
作為導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c收縮的原因，有陰離子的進(jìn)出、陽離子的進(jìn)出、高分子結(jié)構(gòu)的變化等，不過，在根據(jù)圖2A、圖2B及圖2C進(jìn)行的動(dòng)作原理說明中，聚吡咯等材料系統(tǒng)中陰離子的摻雜、不摻雜作為主要的變形機(jī)理，因而關(guān)于陰離子的進(jìn)出進(jìn)行敘述。
圖2A表示在斷開開關(guān)的狀態(tài)沒有對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c外加電壓狀態(tài)，圖2B表示對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d外加正電位而對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c外加負(fù)電位的情況。另外，圖2C表示對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d外加負(fù)電位而對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c外加正電位的情況。
圖12A～12F表示圖2A、圖2B和圖2C的離子活動(dòng)狀態(tài)。即，圖12A、圖12B和圖12C、圖12D和圖12E、圖12F分別與圖2A、圖2B和圖2C對(duì)應(yīng)。分別是圖12A、圖12C、圖12E是表示導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d的長(zhǎng)度方向變位的圖，圖12B、圖12D、圖12F是表示與圖12A、圖12C、圖12E相差90度相位的導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c的長(zhǎng)度方向變位的圖。如這些圖所示，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c各自由于陰離子進(jìn)入內(nèi)部而拉伸，由于陰離子從內(nèi)部釋放而收縮。具體如以下。
首先，若從圖2A及圖12A、圖12B的無外加電壓的開關(guān)斷開狀態(tài)，如圖2B及圖12C、圖12D所示對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c外加電位，則無外加電壓時(shí)分別均勻地存在于凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4a～4f上的陰離子被吸引到正電極側(cè)的導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d側(cè)，進(jìn)入導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d內(nèi)部。伴隨著該氧化還原過程，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d沿長(zhǎng)度方向一齊伸長(zhǎng)。另方面，從負(fù)電極側(cè)的導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c側(cè)向凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4a～4f釋放出存在于內(nèi)部的陰離子。伴隨著該氧化還原過程，導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c沿長(zhǎng)度方向一齊收縮。這些伸長(zhǎng)及收縮的結(jié)果是，上述連桿機(jī)構(gòu)30的連結(jié)棒6a～6d在無外加電壓時(shí)呈正方形，而如圖2B所示呈縱向長(zhǎng)的平行四邊形。
導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c為膜狀物質(zhì)，因此，不能在拉伸方向發(fā)生驅(qū)動(dòng)力，而導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c的收縮通過由4根連結(jié)棒6a～6d構(gòu)成的4節(jié)平行連桿機(jī)構(gòu)30變換到導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d的拉伸方向(即，圖2B的上下方向)，從而，人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a～2d的拉伸方向變形，發(fā)生驅(qū)動(dòng)力。
另外，圖2C及圖12E、圖12F表示對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d外加負(fù)電位而對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c外加正電位的情況。與圖2B的情況相反，無外加電壓時(shí)均勻地存在于凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4a～4f上的陰離子被吸引到正電極側(cè)的導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c側(cè)，進(jìn)入導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c內(nèi)部。伴隨著該氧化還原過程，導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c伸長(zhǎng)。另方面，從負(fù)電極側(cè)的導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d側(cè)向凝膠狀電解質(zhì)的電解質(zhì)托體層4a～4f釋放出存在于內(nèi)部的陰離子。伴隨著該氧化還原過程，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d收縮。這些伸長(zhǎng)及收縮的結(jié)果是，上述連桿機(jī)構(gòu)30的連結(jié)棒6a～6d在無外加電壓時(shí)呈正方形，而如圖2C所示呈橫向長(zhǎng)的平行四邊形。
導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d的收縮通過由4根連結(jié)棒6a～6d構(gòu)成的4節(jié)平行連桿機(jī)構(gòu)30變換到導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c的拉伸方向(即，圖2C的左右方向)，而導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c拉伸，因此，不會(huì)妨礙導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d的收縮，人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a～2d的收縮方向(即，圖2C的左右方向)變形，發(fā)生驅(qū)動(dòng)力。
反之，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器1施加朝向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a～2d收縮方向(即，圖2C的上下方向)的外力時(shí)，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d不具有向收縮方向的剛性，不過，其外力，經(jīng)由由連結(jié)棒6a～6d構(gòu)成的4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30、由于導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c的拉伸方向(即，圖2C的左右方向)的剛性而受阻。另外，關(guān)于朝向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a～2d拉伸方向的外力，也照舊由于導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d的剛性而受阻。
如上所述，根據(jù)第1實(shí)施方式，其配置是使與上述作為第1導(dǎo)電性高分子膜的伸縮體2a～2d連接的上述第1變位抽取構(gòu)件的金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b的變位方向、和與上述作為第2導(dǎo)電性高分子膜的伸縮體3a～3c連接的上述第2變位抽取構(gòu)件的金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d的變位方向不同，同時(shí)，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件的金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b及5c、5d，具備由連結(jié)棒6a～6d構(gòu)成的4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30以使一方的膨脹方向變位與另一方的收縮方向變位相互變換。像這樣構(gòu)成，則能夠利用使一方的導(dǎo)電性高分子膜的收縮方向變位與另一方的導(dǎo)電性高分子膜的膨脹方向變位相互變換的連桿機(jī)構(gòu)30，將通過氧化還原反應(yīng)而使一方膨脹、另一方收縮的2種導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c進(jìn)行連接，能夠使一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的壓縮方向的驅(qū)動(dòng)力而發(fā)生。即，向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a～2d收縮方向的變形經(jīng)由4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30而相互變換成向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板3a～3c拉伸方向的變形，同時(shí)，向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a～2d拉伸方向的變形也經(jīng)由4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30而相互變換成向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板3a～3c壓縮方向的變形，因而，能夠使一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮體2a～2d或3a～3c的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮體3a～3c或2a～2d而發(fā)生。再有，在對(duì)一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮體2a～2d或3a～3c的壓縮方向施加外力的情況下，能夠基于另一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮體3a～3c或2a～2d而使另一方也受到，因此，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
還有，第1實(shí)施方式中，關(guān)于由變位抽取構(gòu)件5a、5b和5c、5d分別夾入并保持導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c的方法進(jìn)行了說明，而保持方法并不限定于此，也可以在設(shè)置于導(dǎo)電性高分子伸縮板的孔部中插入變位抽取構(gòu)件而進(jìn)行保持。另外，還可以在將導(dǎo)電性高分子伸縮板折疊形成環(huán)狀的部分中插入變位抽取構(gòu)件，或在設(shè)置于變位抽取構(gòu)件的孔部中安裝用以防止在通過導(dǎo)電性高分子伸縮板后脫離的限位板等、只進(jìn)行變位抽取構(gòu)件向拉伸方向移動(dòng)或只相對(duì)于導(dǎo)電性高分子伸縮板的收縮進(jìn)行保持。另外，第1實(shí)施方式中，是在兩面設(shè)置連桿機(jī)構(gòu)30，而這也不一定為兩面，可以是單面。再有，連結(jié)棒6a～6d也不一定為絕緣性的，只要不短路電源7兩極即可，因此，可以使與變位抽取構(gòu)件5a、5b、5c、5d的連結(jié)部具有絕緣性。關(guān)于變位抽取構(gòu)件也不一定為金屬體，只要具備用以連接電源7與導(dǎo)電性高分子伸縮板的配線部即可。另外，可以將配線直接與導(dǎo)電性高分子伸縮板連接、而不與變位抽取構(gòu)件連接。關(guān)于這些任意情況，都含在本發(fā)明中。
(第2實(shí)施方式)圖3A～圖3C是表示作為本發(fā)明的第2實(shí)施方式的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器一例的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1B的概略的俯視圖。還有，對(duì)實(shí)現(xiàn)與上述第1實(shí)施方式同樣功能的部分，附以同一符號(hào)而省略重復(fù)說明。
第2實(shí)施方式中，取代第1實(shí)施方式中的由連結(jié)棒6a～6d構(gòu)成的4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30，而是使作為變位抽取構(gòu)件一例的金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d端部相互接觸而配置。在各接觸面上設(shè)置絕緣性的板狀滑動(dòng)構(gòu)件9a～9h。即，在金屬結(jié)構(gòu)體5a的兩側(cè)部的接觸面上分別固定有滑動(dòng)構(gòu)件9a和9b，在金屬結(jié)構(gòu)體5b的兩側(cè)部的接觸面上分別固定有滑動(dòng)構(gòu)件9c和9d，在金屬結(jié)構(gòu)體5c的兩側(cè)部的接觸面上分別固定有滑動(dòng)構(gòu)件9e和9f，在金屬結(jié)構(gòu)體5d的兩側(cè)部的接觸面上分別固定有滑動(dòng)構(gòu)件9g和9h。從而，在金屬結(jié)構(gòu)體5a和金屬結(jié)構(gòu)體5c之間滑動(dòng)構(gòu)件9a與滑動(dòng)構(gòu)件9e能夠滑動(dòng)地對(duì)置，在金屬結(jié)構(gòu)體5c和金屬結(jié)構(gòu)體5b之間，滑動(dòng)構(gòu)件9f與滑動(dòng)構(gòu)件9c能夠滑動(dòng)地對(duì)置，在金屬結(jié)構(gòu)體5b和金屬結(jié)構(gòu)體5d之間，滑動(dòng)構(gòu)件9d與滑動(dòng)構(gòu)件9g能夠滑動(dòng)地對(duì)置，在金屬結(jié)構(gòu)體5d和金屬結(jié)構(gòu)體5a之間，滑動(dòng)構(gòu)件9h與滑動(dòng)構(gòu)件9b能夠滑動(dòng)地對(duì)置。作為滑動(dòng)構(gòu)件9a～9h的材料，由于氟樹脂等在具有低摩擦特性、耐藥品性等方面作為優(yōu)選。接觸面的角度，為與金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d的變位方向不同的角度(例如，與變位方向傾斜了45度的角度)，相對(duì)于人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1B施加朝向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a-1、2a-2的收縮方向的外力時(shí)，在導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2上發(fā)生拉伸方向的變位。從而，施加的外力由于導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2的剛性而受阻。另外，在對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a-1、2a-2施加正電壓而拉伸時(shí)，同時(shí)對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2施加負(fù)電壓而使其收縮，因此，金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b隨著金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板3a-1、3a-2收縮方向變位，而向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a-1、2a-2拉伸方向變位。關(guān)于導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c，在第2實(shí)施方式中，成為將第1實(shí)施方式中的導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c分別分割成2半的狀態(tài)，即，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c分別由2塊并列配置的伸縮板2a-1、2a-2、2b-1、2b-2、2c-1、2c-2、2d-、2d-2、3a-1、3a-2、3b-1、3b-2、3c-1、3c-2構(gòu)成，而這樣一來，則更能夠抑制相對(duì)于與變位方向不同方向的膨脹。關(guān)于分割，并不限定地分成2半，可以根據(jù)必要分割得更細(xì)，也可以不分割。另外，圖3A～圖3C中，在導(dǎo)電性高分子伸縮板2a-1、2a-2間及伸縮板3a-1、3a-2間，分別設(shè)置間隙，而關(guān)于該間隙不設(shè)置也沒問題。
如上所述，根據(jù)第2實(shí)施方式，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a-1、2a-2向收縮方向的變形與導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2向拉伸方向的變形可以相互變換，同時(shí)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a-1、2a-2向拉伸方向的變形與導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2向收縮方向的變形可以相互變換，因而，能夠使一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮板的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮板的壓縮方向的驅(qū)動(dòng)力而發(fā)生。再有，在向一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮板的壓縮方向施加外力時(shí)，能夠基于另一方的作為導(dǎo)電性高分子膜的伸縮板的拉伸方向的剛性而使另一方也受到，因此，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
還有，第2實(shí)施方式中，在作為變位抽取構(gòu)件的金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d的端部設(shè)有滑動(dòng)構(gòu)件9a～9h，不過它也可以是球狀、圓柱狀等實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)接觸的構(gòu)件。另外，關(guān)于變位抽取構(gòu)件不一定為金屬體，只要具備用以連接電源7與導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c的配線部即可。再有，變位抽取構(gòu)件為氟樹脂等形成，因而可以不采用滑動(dòng)構(gòu)件而直接接觸。
另外，使變位抽取構(gòu)件相互連接的方法，并不限定于接觸，可以是利用非接觸性的物理作用產(chǎn)生的相互連接。作為這種作用可以利用磁石的排斥力和靜電排斥力等。
關(guān)于這些任意情況，都含在本發(fā)明中。
(第3實(shí)施方式)圖4A～圖4C是表示作為本發(fā)明的第3實(shí)施方式的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器一例的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1C的概略的俯視圖。還有，對(duì)實(shí)現(xiàn)與上述第1實(shí)施方式同樣功能的部分，附以同一符號(hào)而省略重復(fù)說明。
第3實(shí)施方式中，取代第1實(shí)施方式中的由連結(jié)棒6a～6d構(gòu)成的4節(jié)連桿30，而是利用作為絕緣性彈性體一例的彈性體環(huán)10連結(jié)金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d。具體地說，1個(gè)彈性體環(huán)10和各個(gè)金屬結(jié)構(gòu)體5a～5d上面的例如中央部由銷19固定。相對(duì)于人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1C施加朝向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a-1、2a-2的收縮方向的外力時(shí)，彈性體環(huán)10向外力方向壓縮的同時(shí)、還向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板3a-1、3a-2拉伸方向伸長(zhǎng)。從而，施加的外力由于導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2的剛性而受阻。另外，在對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a-1、2a-2施加正電壓而拉伸時(shí)，同時(shí)對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2施加負(fù)電壓而使其收縮，因此，金屬結(jié)構(gòu)體5a、5b隨著金屬結(jié)構(gòu)體5c、5d向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板3a-1、3a-2收縮方向變位，而向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a-1、2a-2拉伸方向變位。
如上所述，根據(jù)第3實(shí)施方式，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a-1、2a-2向收縮方向的變形與導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2向拉伸方向的變形可以相互變換，同時(shí)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a-1、2a-2向拉伸方向的變形與導(dǎo)電性高分子伸縮板3a-1、3a-2向收縮方向的變形可以相互變換，因而，能夠使一方的導(dǎo)電性高分子伸縮板的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的導(dǎo)電性高分子伸縮板的壓縮方向的驅(qū)動(dòng)力而發(fā)生。再有，在向一方的導(dǎo)電性高分子伸縮板的壓縮方向施加外力時(shí)，能夠基于另一方的導(dǎo)電性高分子伸縮板的拉伸方向的剛性而使另一方也受到，因此，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
還有，第3實(shí)施方式中，彈性體環(huán)不一定為絕緣性，只要不短路電源7兩極即可，因此，可以使與變位抽取構(gòu)件的連結(jié)部具有絕緣性，且可以使變位抽取構(gòu)件為絕緣性。關(guān)于這些任意情況，都含在本發(fā)明中。
(第4實(shí)施方式)圖5是表示作為本發(fā)明的第4實(shí)施方式的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器一例的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1D的概略的斜視圖。還有，對(duì)實(shí)現(xiàn)與上述實(shí)施方式同樣功能的部分，附以同一符號(hào)而省略重復(fù)說明。
第4實(shí)施方式中，成為在第1實(shí)施方式上附加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)18的結(jié)構(gòu)。金屬結(jié)構(gòu)體5b-1由大致H形狀的金屬板體構(gòu)成，在上面?zhèn)燃跋旅鎮(zhèn)确謩e突出的凸部，分別固定圓棒狀導(dǎo)軌11a、11b、11c、11d的各一端。金屬結(jié)構(gòu)體5a-1由與金屬結(jié)構(gòu)體5b-1幾乎相同大小的大致H形狀的金屬板體構(gòu)成，在上面?zhèn)燃跋旅鎮(zhèn)确謩e突出的凸部，分別經(jīng)由貫通軸承(沒有圖示)保持圓棒狀導(dǎo)軌11a、11b、11c、11d的各另一端。金屬結(jié)構(gòu)體5c-1由比金屬結(jié)構(gòu)體5b-1、5a-1大的大致H形狀的金屬板體構(gòu)成，在上面?zhèn)燃跋旅鎮(zhèn)确謩e突出的凸部，分別固定圓棒狀導(dǎo)軌11e、11f、11g、11h的各一端。金屬結(jié)構(gòu)體5d-1由比金屬結(jié)構(gòu)體5b-1、5a-1大的大致H形狀的金屬板體構(gòu)成，在上面?zhèn)燃跋旅鎮(zhèn)确謩e突出的凸部，分別經(jīng)由貫通軸承(沒有圖示)保持圓棒狀導(dǎo)軌11e、11f、11g、11h的各一端。從而，在導(dǎo)軌11a、11b、11c、11d外側(cè)與它們正交配置導(dǎo)軌11e、11f 11g、11h。各個(gè)連桿機(jī)構(gòu)30配置在導(dǎo)軌11a、11b、11c、11d內(nèi)側(cè)，各個(gè)連桿機(jī)構(gòu)30的連結(jié)棒6a、6b、6c、6d的移動(dòng)動(dòng)作與各個(gè)凸部不接觸，以使不妨礙上述動(dòng)作。導(dǎo)軌11a～11d的方向等同于導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d的伸縮方向，導(dǎo)軌11e～11h的方向等同于導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c的伸縮方向。如此構(gòu)成導(dǎo)向機(jī)構(gòu)18，從而使金屬結(jié)構(gòu)體5a-1、5b-1、5c-1、5d-1變位的方向被限定。即，即使由于導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2d、3a～3c上的伸縮的不均和各構(gòu)件上的衰減等要因，而相對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)體5a-1、5b-1、5c-1、5d-1施加朝向與規(guī)定變位方向不同方向的驅(qū)動(dòng)力，金屬結(jié)構(gòu)體5a-1、5b-1、5c-1、5d-1也只向?qū)щ娦愿叻肿由炜s板2a～2d、3a～3c的伸縮方向變位。
如上所述，根據(jù)第4實(shí)施方式，能夠與第1實(shí)施方式同樣獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性、且變位抽取構(gòu)件的變位方向和驅(qū)動(dòng)力的方向不受由于導(dǎo)電性高分子發(fā)生的變位不均和結(jié)構(gòu)上的誤差等造成的影響的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
還有，第4實(shí)施方式中，導(dǎo)軌11a～11d、11e～11h的根數(shù)在每一個(gè)方向上設(shè)置4根，不過，不一定為4根，只要是1根以上即可。另外，在2個(gè)方向上設(shè)置導(dǎo)軌，不過，這也可以如圖5所示，只在金屬結(jié)構(gòu)體5a-1、5b-1上設(shè)置導(dǎo)軌11a～11d而使導(dǎo)軌只為1個(gè)方向。再有，導(dǎo)向不一定為導(dǎo)軌，可以利用各種直線導(dǎo)軌。關(guān)于這些任意情況，都含在本發(fā)明中。
(第5實(shí)施例)圖7是表示作為本發(fā)明的第5實(shí)施方式的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器一例的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E的概略的斜視圖。另外，圖8A、圖8B、圖8C分別表示其剖視圖。即，圖8A表示在斷開開關(guān)的狀態(tài)沒有對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2b、3a～3c外加電壓狀態(tài)，圖8B表示對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2b外加負(fù)電位而對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c外加正電位的情況。另外，圖8C表示對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2b外加正電位而對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c外加負(fù)電位的情況。還有，對(duì)實(shí)現(xiàn)與上述實(shí)施方式同樣功能的部分，附以同一符號(hào)而省略重復(fù)說明。
圖8A、圖8B、圖8C各圖中，導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2b、3a～3c、作為變位抽取構(gòu)件其他例的矩形金屬板5a～5d，配置在充滿由正方體箱狀外殼12、矩形板狀蓋13圍起的密閉空間的作為電解質(zhì)托體層其他例的電解液14的液體中的大致中央部。作為電解液14，可以利用將NaPF6或TBAPF6等電解質(zhì)熔解在水或碳酸丙烯酯等有機(jī)溶劑中得到的液體、和BMIPF6等離子性液體。作為陰離子含有PF6的電解質(zhì)，與導(dǎo)電性高分子聚吡咯的組合由于可獲得大的變位而作為優(yōu)選。4個(gè)變位抽取構(gòu)件5a～5d中的變位抽取構(gòu)件5a固定在蓋13內(nèi)面以使與蓋13為一體。
變位抽取構(gòu)件5b上連接有桿15，桿15貫通外殼12上設(shè)置的密封構(gòu)件16a，突出到外殼12外部。與變位抽取構(gòu)件5a連接的配線，經(jīng)過蓋13具備的密封構(gòu)件16b，與電源7的一極連接。電源7的另一極上經(jīng)由開關(guān)8連接有變位抽取構(gòu)件5c。連接開關(guān)8與變位抽取構(gòu)件5c的配線，通過蓋13具備的密封構(gòu)件16c，連接由外殼12、蓋13圍起的空間內(nèi)外。
其結(jié)果是，從圖8A的開關(guān)斷開的狀態(tài)如圖8B所示，對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2b外加負(fù)電位而對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c外加正電位時(shí)，4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30上下方向伸長(zhǎng)、左右方向壓縮，變位抽取構(gòu)件5b比圖8A向圖8B的左方向移動(dòng)，從而，桿15進(jìn)入外殼12內(nèi)。反之，如圖8C所示，對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2b外加正電位而對(duì)導(dǎo)電性高分子伸縮板3a～3c外加負(fù)電位時(shí)，4節(jié)連桿機(jī)構(gòu)30左右方向伸長(zhǎng)、上下方向壓縮，變位抽取構(gòu)件5b比圖8A向圖8B的右方向移動(dòng)，從而，桿15從外殼12內(nèi)出來。
根據(jù)這種構(gòu)成，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性、且變位抽取構(gòu)件5a～5d的變位方向和驅(qū)動(dòng)力的方向不受由于導(dǎo)電性高分子伸縮板2a～2b、3a～3c發(fā)生的變位不均和結(jié)構(gòu)上的誤差等造成的影響這樣的具有與實(shí)施方式同樣特征且容易保持的推挽型導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器。
還有，第5實(shí)施方式中，電解質(zhì)托體層為電解液14，而也可以與上述實(shí)施方式同樣采用凝膠狀電解質(zhì)4a、4b等。關(guān)于這些任意情況，都含在本發(fā)明中。
另外，圖9表示采用多只第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E的機(jī)器臂的構(gòu)成例。將人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1a～1h以2個(gè)1組作為對(duì)抗肌結(jié)構(gòu)、構(gòu)成各機(jī)器臂的一對(duì)驅(qū)動(dòng)部。使各機(jī)器臂的一對(duì)驅(qū)動(dòng)部中的一方驅(qū)動(dòng)部拉伸、另一方面驅(qū)動(dòng)部收縮，另外，再使它們進(jìn)行相反動(dòng)作，而能夠使連結(jié)機(jī)器臂的一對(duì)驅(qū)動(dòng)部的軸101～104發(fā)生正反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。具體地說，圖9的構(gòu)成中，利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1a、1b的拉伸及收縮動(dòng)作而使上下軸101正反旋轉(zhuǎn)，以下同樣，分別利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1c、1d的拉伸及收縮動(dòng)作而使軸102正反旋轉(zhuǎn)，利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1e、1f的拉伸及收縮動(dòng)作而使軸103正反旋轉(zhuǎn)，利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1g、1h的拉伸及收縮動(dòng)作而使軸104分別正反旋轉(zhuǎn)。
詳細(xì)地說，4自由度的機(jī)器臂，由相對(duì)于固定壁301沿上下方向軸在沿橫向的平面內(nèi)正反旋轉(zhuǎn)的第1關(guān)節(jié)上下軸101、在沿上下方向的平面內(nèi)正反旋轉(zhuǎn)的第2關(guān)節(jié)軸102、在第2臂308和第1臂311間相互正反旋轉(zhuǎn)的第3關(guān)節(jié)軸103和在第1臂311和手313間相互正反旋轉(zhuǎn)的第4關(guān)節(jié)軸104構(gòu)成。
第1關(guān)節(jié)101，在上下端部由軸承304和305旋轉(zhuǎn)自由且沿上下方向支撐的旋轉(zhuǎn)軸303上端部的兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)自由地連結(jié)圓形支撐體302、302，且人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1a、1b(其中人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1b配置在人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1a背后而沒有圖示。)的各一端部與固定壁301連結(jié)，同時(shí)各另一端部與上述各圓形支撐體302的支撐軸102(第2關(guān)節(jié)軸102)連結(jié)。從而，利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1a、1b的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)，能夠環(huán)繞第1關(guān)節(jié)上下軸101在沿橫向的平面內(nèi)使第2臂308和手313一體地正反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。還有，上側(cè)的軸承305由支撐棒306支撐在固定壁301上。
第2關(guān)節(jié)，在固定于旋轉(zhuǎn)軸303兩側(cè)的2個(gè)支撐體302、302上固定第2臂用連桿308一端。在第2臂用連桿308的圓形支撐體302、302和垂直于旋轉(zhuǎn)軸303一端固定的支撐體307、307之間，連結(jié)有人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1c、1d，利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1c、1d的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)，能夠環(huán)繞作為第2關(guān)節(jié)的支撐軸102的橫軸在沿上下方向的面內(nèi)使機(jī)器臂的第1臂311、第2臂308和手313一體地正反旋轉(zhuǎn)。
第3關(guān)節(jié)，在沿第2臂308、且與第2臂308交叉并旋轉(zhuǎn)自由地與第2臂308前端連結(jié)、且固定第1臂311基端的支撐體310，和垂直于第2臂308固定的支撐體309、309間連結(jié)有人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1e、1f，利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1e、1f的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)，能夠環(huán)繞作為第3關(guān)節(jié)的支撐軸103的橫軸在沿上下方向的面內(nèi)使機(jī)器臂的第1臂311和手313一體地正反旋轉(zhuǎn)。
第4關(guān)節(jié)，在沿第1臂311、且在第2臂308前端與第1臂311基端間與第1臂311交叉、且固定在第1臂311基端的支撐體310，和在第1臂311前端與手313基端間與第1臂311交叉、且固定在手313基端的支撐體312間，連結(jié)有人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1g、1h，利用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1g、1h的對(duì)抗驅(qū)動(dòng)，能夠環(huán)繞作為第3關(guān)節(jié)的支撐軸103的橫軸在沿上下方向的平面內(nèi)使手313正反旋轉(zhuǎn)。
人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1a、1b、人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1c、1d、人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1e、1f、人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1g、1h分別由控制計(jì)算機(jī)1001適宜控制各自的電源7的電壓和開關(guān)8的狀態(tài)等，而控制人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1a、1b、人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1c、1d、人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1e、1f、人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1g、1h的各自的收縮·拉伸動(dòng)作。
另外，圖10A及圖10B表示采用至少1只第5實(shí)施方式的人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E的機(jī)器手局部的指部的構(gòu)成例。人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E固定在機(jī)器手的甲殼31上，隨著電源7、開關(guān)8的狀態(tài)，而使與人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E的桿15連接的金屬絲34進(jìn)退。金屬絲34貫通基端側(cè)的指32a、32b，與前端側(cè)的指32c結(jié)合。甲殼31和指32a經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸33a在能夠旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下連結(jié)。若人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E收縮，則金屬絲34被拉向甲殼31的方向，因而，機(jī)器手的指部如圖10B所示變形以使成為彎曲的狀態(tài)。反之，若人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E拉伸，則金屬絲34從甲殼31拉出，因而，機(jī)器手的指部如圖10A所示變形以使成為伸長(zhǎng)的狀態(tài)。
人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E，是通過控制計(jì)算機(jī)1000適宜控制電源7的電壓和開關(guān)8的狀態(tài)等，控制人工肌肉驅(qū)動(dòng)器的收縮·拉伸動(dòng)作。與此相伴，控制機(jī)器手的指部的彎曲動(dòng)作。另外，機(jī)器手的多個(gè)指部分別采用人工肌肉驅(qū)動(dòng)器1E，從而，能夠控制把持動(dòng)作。
形成這種構(gòu)成，則能夠獲得像人類的手指或手那樣進(jìn)行柔和動(dòng)作的機(jī)器手的指部或機(jī)器手。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)特別適于家庭用途的機(jī)器手的指部或機(jī)器手。
還有，上述各實(shí)施方式，是使導(dǎo)電性高分子伸縮板2a、2a-1、2a-2、2b、2c、2d、3a、3b、3c發(fā)生適當(dāng)?shù)淖兾?，因而，外加在柔軟電極上的電壓優(yōu)選是設(shè)定為不會(huì)在作為電解質(zhì)托體層的凝膠狀電解質(zhì)4a、4b、4c、4d、4e、4f和電解液14中發(fā)生電解那種程度的電壓。
還有，能夠通過對(duì)上述各種實(shí)施方式中的任意實(shí)施方式進(jìn)行適宜組合從而實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)特的效果。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，能夠獲得即使不施加預(yù)壓也具有拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力和壓縮方向的剛性的驅(qū)動(dòng)器，作為人工肌肉驅(qū)動(dòng)器等有用，同時(shí)，利用它適于作為機(jī)器人的機(jī)器臂和機(jī)器手的驅(qū)動(dòng)部。
本發(fā)明，參照附圖關(guān)于最佳實(shí)施方式進(jìn)行敘述，不過，對(duì)于很熟悉該技術(shù)的人們來說可聯(lián)想到各種變形和修正等。本發(fā)明應(yīng)該理解為像那樣的變形和修正等只要不脫離由附加的權(quán)利要求范圍限定的本發(fā)明的范圍都包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，具備經(jīng)由電解質(zhì)托體層連接的第1導(dǎo)電性高分子膜和第2導(dǎo)電性高分子膜、與上述第1導(dǎo)電性高分子膜連接的第1變位抽取構(gòu)件、與上述第2導(dǎo)電性高分子膜連接的第2變位抽取構(gòu)件，并且，上述第1變位抽取構(gòu)件的變位方向與上述第2變位抽取構(gòu)件的變位方向配置成不同，同時(shí)，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件進(jìn)行連接以使一方的膨脹方向變位與另一方的收縮方向變位相互交換，在上述第1導(dǎo)電性高分子膜和上述第2導(dǎo)電性高分子膜之間施予電位差，而通過氧化還原反應(yīng)而使上述第1導(dǎo)電性高分子膜和上述第2導(dǎo)電性高分子膜的一方膨脹、另一方收縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件經(jīng)由連桿機(jī)構(gòu)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件在與各自變位方向呈不同角度的部位相互連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1及第2變位抽取構(gòu)件經(jīng)由彈性體連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件電連接地保持上述第1導(dǎo)電性高分子膜的各個(gè)端部，同時(shí)上述第2變位抽取構(gòu)件電連接地保持上述第2導(dǎo)電性高分子膜的各個(gè)端部，上述連桿機(jī)構(gòu)，由相同長(zhǎng)度的連結(jié)構(gòu)件將相鄰的第1變位抽取構(gòu)件與上述第2變位抽取構(gòu)件彼此連結(jié)，由上述連結(jié)構(gòu)件構(gòu)成平行連桿機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子在膜厚度方向上交錯(cuò)配置
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子平行配置
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子等間隔配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件與上述第2變位抽取構(gòu)件的變位方向分別與上述第1導(dǎo)電性高分子膜與上述第2導(dǎo)電性高分子膜的長(zhǎng)度方向相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件與上述第2變位抽取構(gòu)件的變位方向正交。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，上述第1變位抽取構(gòu)件及上述第2變位抽取構(gòu)件中任意一個(gè)或雙方與只在各自的變位抽取構(gòu)件的變位方向上能夠移動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接。
12.一種機(jī)器人，具備機(jī)器臂、和將權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器作為2個(gè)一組的對(duì)抗肌結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的上述機(jī)器臂的一對(duì)驅(qū)動(dòng)部。
全文摘要
一種導(dǎo)電性高分子驅(qū)動(dòng)器，利用使一方的收縮方向變位與另一方的膨脹方向變位相互變換的連桿機(jī)構(gòu)(30)將通過氧化還原反應(yīng)而使一方膨脹、另一方收縮的2個(gè)導(dǎo)電性高分子膜(2a、3a)進(jìn)行連接，而能夠使一方的導(dǎo)電性高分子膜的拉伸方向的驅(qū)動(dòng)力基于另一方的導(dǎo)電性高分子膜的壓縮方向的驅(qū)動(dòng)力而發(fā)生。
文檔編號(hào)H02N11/00GK1771657SQ20058000027
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者淺井勝?gòu)? 橫山和夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社