[发明专利]高分子致动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以用简单且廉价的构造来稳定地实现大的伸缩动 作的高分子致动器。

背景技术

随着对家用机器人等靠近人的场所动作的机械的要求的提高，对如人 的肌肉般进行柔和动作的人工肌肉致动器的期待也越大。作为人工肌肉致 动器的备选，其存在使用了导电性高分子的致动器、使用了含有碳微粒的 高分子的致动器(例如，参照专利文献1)、以及使用了含碳纳米管的高分 子构造体的致动器(例如，参照专利文献2)等，这些致动器利用随着离 子的移动而使含有高分子材料的构造体伸缩的现象，因此，将它们统称为 离子性高分子致动器。

作为离子性高分子致动器一种的使用了导电性高分子的人工肌肉致 动器的一个例子，人们提出了一种如图7A、图7B及图7C所示的弯曲变 形的致动器。上述致动器是一种利用使用了导电性高分子的高分子构造 体、即聚苯胺膜体35a、35b来夹入电解质托体层、即固体电解质成形体 32的构造。通过接通开关37来将在电源36中设定的电位差施加在聚苯胺 膜体35a、35b之间，如图7B所示，将阴离子插入一个聚苯胺膜体35b中 而使其伸出，阴离子从另一个聚苯胺膜体35a中脱离而使其收缩。其结果 是，可以弯曲变形(例如，参照专利文献3)。

在上述构造中，通过用作电极的两个导电性高分子膜、即聚苯胺膜体 35a、35b的位移量之差来产生弯曲变形，不过，另一方面，还已知采用下 述的制动器的构造，即通过使电解质托体层、即固体电解质成形体32为 液态或者凝胶态的物质，而使两个电极、即聚苯胺膜体35a、35b的变形 相互没有影响，通过仅抽出两个聚苯胺膜体35a、35b中任意一个导电性 高分子膜35a或者35b的变形来进行收缩变形的致动器。这时，针对没有 利用位移一方的电极而言，虽然其主要是使用金属电极而无需是导电性高 分子，但还是公开了通过在金属电极上设置导电性高分子来增加位移的技 术(例如，参照非专利文献1)。

作为离子性高分子致动器伸缩的原理，其不仅存在这样的利用离子插 入所产生的体积变化，还存在利用高分子的构造变化的情况和利用静电排 斥等的情况等，在上述任意一个情况下，它们均是在借助电解质托体层连 接在一起的两个电极之间施加电位差的构造，因此，各电极中可以发生相 互对应的现象。这样的离子性高分子致动器是用2～3V的低电压来产生与 肌肉相匹敌的形变，因此，可以期待作为人工肌肉而应用于实际当中。

专利文献1：日本特开2005-176412号公报

专利文献2：日本特开2005-176428号公报

专利文献3：日本特开平11-169393号公报

非专利文献1：Proceedings of SPIE，Vol.4695的第8～16页

然而，由于离子性高分子致动器利用柔软的高分子构造体的伸缩，所 以在对致动器施加时，伸长状态、收缩状态的形状分别发生变化，从而使 作为致动器的伸缩范围发生了变化。因此，在通常的位置控制中，无论是 未施加负荷时还是施加了负荷时，均必须将动作范围限定在利用伸缩所能 达到的范围内，由此造成无法使致动器最大限度进行伸缩。

为了应对上述课题，需要根据致动器的伸缩状态来使动作状态发生变 化。因此，作为解决的方法考虑到测量电荷的方法、使用多个传感器的方 法、以及持续施加一定电压的方法等。

上述测量电荷的方法是指，离子性高分子致动器的位移依赖于高分子 构造体中的电荷或者与其对应的离子数量，从而通过测量出入高分子构造 体的电荷数量来评价伸缩状态的方法。但是，在上述方法中，每次使致动 器动作时来进行电荷数量的加减，造成测量误差的累计。因此，需要使用 高精度电荷测量装置等测量系统，其存在电路复杂且造价高的缺点。

接着，上述使用多个传感器的方法是指，例如除了位移传感器之外还 具备力传感器，使用预先测量的负荷与伸缩范围的关系来评价伸缩状态的 方法。但是，在上述方法中，需要额外的力传感器，因此，其存在成本增 大的缺点。