JP2003039371A - アクチュエータ、それを用いた駆動体、ロボット、および羽ばたき移動装置 - Google Patents
アクチュエータ、それを用いた駆動体、ロボット、および羽ばたき移動装置Info
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- JP2003039371A JP2003039371A JP2001229446A JP2001229446A JP2003039371A JP 2003039371 A JP2003039371 A JP 2003039371A JP 2001229446 A JP2001229446 A JP 2001229446A JP 2001229446 A JP2001229446 A JP 2001229446A JP 2003039371 A JP2003039371 A JP 2003039371A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微小なロボット、軽いロボットが実現できる
ように改良されたアクチュエータを提供することを主要
な目的とする。 【解決手段】 伝達部と、伝達部を駆動する駆動部とを
備えたアクチュエータ。駆動部を、制御量により機械的
伸縮をする有機高分子層のゲル１１で形成し、伝達部
を、ゲル１１を支持する支持体１２，１３で形成する。
駆動時には、赤外線１５をゲル１１が接していない面の
支持体１２，１３に照射する。照射されたことにより、
支持体１２，１３の温度が上昇し、照射とは反対面で接
しているゲル１１に温度上昇が伝わる。温度の上昇によ
り、ゲル１１は相転移を生じ、親水性→疎水性に性質が
変化し、吸収包含していた水分を放出し、その体積を減
少させ、初期の膨潤していたときに比べ、縮む。ゲル１
１が縮むことにより、支持体１２，１３が、ゲル１１の
方向に曲がり、アクチュエータとして働くことになる。
ように改良されたアクチュエータを提供することを主要
な目的とする。 【解決手段】 伝達部と、伝達部を駆動する駆動部とを
備えたアクチュエータ。駆動部を、制御量により機械的
伸縮をする有機高分子層のゲル１１で形成し、伝達部
を、ゲル１１を支持する支持体１２，１３で形成する。
駆動時には、赤外線１５をゲル１１が接していない面の
支持体１２，１３に照射する。照射されたことにより、
支持体１２，１３の温度が上昇し、照射とは反対面で接
しているゲル１１に温度上昇が伝わる。温度の上昇によ
り、ゲル１１は相転移を生じ、親水性→疎水性に性質が
変化し、吸収包含していた水分を放出し、その体積を減
少させ、初期の膨潤していたときに比べ、縮む。ゲル１
１が縮むことにより、支持体１２，１３が、ゲル１１の
方向に曲がり、アクチュエータとして働くことになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般にアクチュ
エータに関するものであり、より特定的には、微小なロ
ボット、軽いロボットが実現できるように改良されたア
クチュエータに関する。この発明は、また、そのような
アクチュエータを用いた駆動体、ロボットおよび羽ばた
き移動装置に関する。
エータに関するものであり、より特定的には、微小なロ
ボット、軽いロボットが実現できるように改良されたア
クチュエータに関する。この発明は、また、そのような
アクチュエータを用いた駆動体、ロボットおよび羽ばた
き移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平５−１２３９９２号公報には、表
面波型の超音波振動を利用してロータを２軸方向に動か
す自在関節型の表面波マニピュレータに関する技術が開
示されている。また、特開平１０−９４２７５号公報に
は、圧電素子を用いて超音波振動を発生させ、この高周
波振動により回転子を回転駆動するようにした多方向回
転駆動型超音波モータ装置に関する技術が開示されてい
る。
面波型の超音波振動を利用してロータを２軸方向に動か
す自在関節型の表面波マニピュレータに関する技術が開
示されている。また、特開平１０−９４２７５号公報に
は、圧電素子を用いて超音波振動を発生させ、この高周
波振動により回転子を回転駆動するようにした多方向回
転駆動型超音波モータ装置に関する技術が開示されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−１２３９９２号公報、特開平１０−９４２７５
号公報に記載された構成では、図６に示すように、ステ
ータ、圧電素子、分極電極等を湾曲する曲面構造にする
必要があり、製造が非常に困難である。
開平５−１２３９９２号公報、特開平１０−９４２７５
号公報に記載された構成では、図６に示すように、ステ
ータ、圧電素子、分極電極等を湾曲する曲面構造にする
必要があり、製造が非常に困難である。
【０００４】また、この機能を１次方向のユニットで実
現する場合、各軸に対応する２個あるいは３個のモータ
を用いる必要がある。あるいは、モータ１個を用いて、
その回転力をクラッチやギアで駆動力の方向を切換え
て、駆動体を２軸、３軸方向へ駆動する必要がある。そ
のため、駆動機構が複雑となり、駆動部の重量が大きく
なり、装置の省スペース化や低コスト化を困難にすると
いう欠点があった。
現する場合、各軸に対応する２個あるいは３個のモータ
を用いる必要がある。あるいは、モータ１個を用いて、
その回転力をクラッチやギアで駆動力の方向を切換え
て、駆動体を２軸、３軸方向へ駆動する必要がある。そ
のため、駆動機構が複雑となり、駆動部の重量が大きく
なり、装置の省スペース化や低コスト化を困難にすると
いう欠点があった。
【０００５】ロボットのアクチュエータなどに使われて
いる動力は、モータであり、個々の関節に相当する支点
部分にモータを取付ける必要があることから、消費電力
が大きくなる欠点がある。
いる動力は、モータであり、個々の関節に相当する支点
部分にモータを取付ける必要があることから、消費電力
が大きくなる欠点がある。
【０００６】また、複雑な働きをするためには、アクチ
ュエータおよびモータの数が増える。その結果、電池や
モータによる重量も大きくなり、微小なロボット、軽い
ロボットができなかった。
ュエータおよびモータの数が増える。その結果、電池や
モータによる重量も大きくなり、微小なロボット、軽い
ロボットができなかった。
【０００７】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、微小なロボットおよび軽いロ
ボットを実現することができるように改良されたアクチ
ュエータを提供することにある。
るためになされたもので、微小なロボットおよび軽いロ
ボットを実現することができるように改良されたアクチ
ュエータを提供することにある。
【０００８】この発明は、そのようなアクチュエータを
用いる駆動体を提供することにある。
用いる駆動体を提供することにある。
【０００９】この発明のさらに他の目的は、そのような
アクチュエータを具備するロボットを提供することにあ
る。
アクチュエータを具備するロボットを提供することにあ
る。
【００１０】この発明のさらに他の目的は、そのような
アクチュエータを具備する羽ばたき移動装置を提供する
ことにある。
アクチュエータを具備する羽ばたき移動装置を提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
従うアクチュエータは、外部に変位、力を伝達する伝達
部と、該伝達部を駆動する駆動部とを備えたアクチュエ
ータに係る。そして、上記駆動部を、制御量により機械
的伸縮をする有機高分子層で形成し、上記伝達部を、上
記有機高分子層を支持する支持体で形成することを特徴
とする。
従うアクチュエータは、外部に変位、力を伝達する伝達
部と、該伝達部を駆動する駆動部とを備えたアクチュエ
ータに係る。そして、上記駆動部を、制御量により機械
的伸縮をする有機高分子層で形成し、上記伝達部を、上
記有機高分子層を支持する支持体で形成することを特徴
とする。
【００１２】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記有機高分子層は、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド）と水を含むポリマーゲル層である。
記有機高分子層は、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド）と水を含むポリマーゲル層である。
【００１３】また、上記有機高分子層は、ポリ（Ｎ−イ
ソプロピルアクリルアミド）と水を含むポリマーゲル
と、シリカゲルとが、分子状で分散したハイブリッド材
料層であってもよい。
ソプロピルアクリルアミド）と水を含むポリマーゲル
と、シリカゲルとが、分子状で分散したハイブリッド材
料層であってもよい。
【００１４】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記ポリマーゲル層の厚みは１ｍｍ以下であり、上記支持
体はシート状の数百μｍの厚みのシリコン膜であり、上
記ポリマーゲル層は上記支持体上に粘着保持されてお
り、上記ポリマーゲルの、温度による、相転移を利用し
た温度制御で動作するものである。
記ポリマーゲル層の厚みは１ｍｍ以下であり、上記支持
体はシート状の数百μｍの厚みのシリコン膜であり、上
記ポリマーゲル層は上記支持体上に粘着保持されてお
り、上記ポリマーゲルの、温度による、相転移を利用し
た温度制御で動作するものである。
【００１５】この発明の第２の局面に従うアクチュエー
タは、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と水を
含むポリマーゲルで形成され、１ｍｍ以下の厚みを有す
る有機高分子層を備える。上記有機高分子層を支持体が
支持している。上記有機高分子層と上記支持体を、チュ
ーブが収容している。上記支持体は、上記チューブ内の
空間を複数の部分に仕切っている。仕切られた上記空間
内に、制御用の液体または気体が導入されている。
タは、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と水を
含むポリマーゲルで形成され、１ｍｍ以下の厚みを有す
る有機高分子層を備える。上記有機高分子層を支持体が
支持している。上記有機高分子層と上記支持体を、チュ
ーブが収容している。上記支持体は、上記チューブ内の
空間を複数の部分に仕切っている。仕切られた上記空間
内に、制御用の液体または気体が導入されている。
【００１６】この発明の第３の局面に従うアクチュエー
タは、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と水を
含むポリマーゲルと、シリカゲルとが、分子状で分散し
たハイブリッド材料で形成され、１ｍｍ以下の厚みを有
する有機高分子層を備える。上記有機高分子層を支持体
が支持している。上記有機高分子層と上記支持体を、チ
ューブが収容している。上記支持体は、上記チューブ内
の空間を複数の部分に仕切っている。仕切られた上記空
間内に制御用の液体または気体が導入されている。
タは、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と水を
含むポリマーゲルと、シリカゲルとが、分子状で分散し
たハイブリッド材料で形成され、１ｍｍ以下の厚みを有
する有機高分子層を備える。上記有機高分子層を支持体
が支持している。上記有機高分子層と上記支持体を、チ
ューブが収容している。上記支持体は、上記チューブ内
の空間を複数の部分に仕切っている。仕切られた上記空
間内に制御用の液体または気体が導入されている。
【００１７】この発明の第４の局面に従う駆動体は、上
記アクチュエータを具備することを特徴とする。
記アクチュエータを具備することを特徴とする。
【００１８】この発明の第５の局面に従うロボットは、
上記アクチュエータを具備することを特徴とする。
上記アクチュエータを具備することを特徴とする。
【００１９】この発明の第６の局面に従う羽ばたき移動
装置は、上記アクチュエータを具備することを特徴とす
る。
装置は、上記アクチュエータを具備することを特徴とす
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。
について説明する。
【００２１】実施の形態１
実施の形態１について、図１に基づいて説明すれば、以
下のとおりである。
下のとおりである。
【００２２】適当に架橋したポリマーと、このポリマー
に適合した液媒体により形成したポリマーゲルは、熱の
作用により相転移現象を生じる。ポリマーゲルに局所的
に熱を付与すると、その加熱部分においてポリマーゲル
は急激な相分離を生じる。ポリマーゲルが親水性ポリマ
ーゲルである場合には、加熱部分のみが相対的に疎水性
に変化する。また、短時間の冷却で加熱された部分は親
水性に戻る。
に適合した液媒体により形成したポリマーゲルは、熱の
作用により相転移現象を生じる。ポリマーゲルに局所的
に熱を付与すると、その加熱部分においてポリマーゲル
は急激な相分離を生じる。ポリマーゲルが親水性ポリマ
ーゲルである場合には、加熱部分のみが相対的に疎水性
に変化する。また、短時間の冷却で加熱された部分は親
水性に戻る。
【００２３】ポリマーゲルが疎水性のポリマーゲルであ
る場合には、逆に加熱部分のみが相対的に親水性に変化
する。また、短時間の冷却で加熱された部分は疎水性に
戻る。上記ポリマーゲルは、有機溶剤または水には、い
くらでも溶解するわけではなく、吸収包含して体積変化
する。
る場合には、逆に加熱部分のみが相対的に親水性に変化
する。また、短時間の冷却で加熱された部分は疎水性に
戻る。上記ポリマーゲルは、有機溶剤または水には、い
くらでも溶解するわけではなく、吸収包含して体積変化
する。
【００２４】上記の架橋ポリマーの例としては、ポリプ
ロピレン等のアルケン類、ポリイソプレン等のポリジエ
ン類、ポリアクリルアミド等のビニル類、ポリスチレン
等のスチレン類、他ポリエーテル類、ポリイミド類、ポ
リエステル類、ポリアミド類などであり、溶剤にいくら
でも溶解するわけではなく、溶剤を吸収包含してゲルを
形成する。
ロピレン等のアルケン類、ポリイソプレン等のポリジエ
ン類、ポリアクリルアミド等のビニル類、ポリスチレン
等のスチレン類、他ポリエーテル類、ポリイミド類、ポ
リエステル類、ポリアミド類などであり、溶剤にいくら
でも溶解するわけではなく、溶剤を吸収包含してゲルを
形成する。
【００２５】ポリマーゲルを作るために使われる溶剤の
例としては、水、エタノール、メタノール、アセトン、
シクロヘキサン、ベンゼン、蟻酸エステル、酢酸エチ
ル、アミド類、あるいはアンモニウム、ヨウ素、グルコ
ースなどの溶液がある。
例としては、水、エタノール、メタノール、アセトン、
シクロヘキサン、ベンゼン、蟻酸エステル、酢酸エチ
ル、アミド類、あるいはアンモニウム、ヨウ素、グルコ
ースなどの溶液がある。
【００２６】本発明で使用する有機ポリマーゲルは、上
記の架橋ポリマーと溶剤の組合せによりできるが、でき
たゲルが、熱の作用により相転移を生じ、その溶液に対
する親水性、疎水性が変化するものであれば、いずれの
ものでもよい。
記の架橋ポリマーと溶剤の組合せによりできるが、でき
たゲルが、熱の作用により相転移を生じ、その溶液に対
する親水性、疎水性が変化するものであれば、いずれの
ものでもよい。
【００２７】本発明に最も適しているポリマーゲルは、
親水性の架橋ポリマーであるポリアクリルアミド系ポリ
マー、特にポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と
水とによりできるポリマーゲルである。この架橋ポリア
クリルアミドと水からなる有機ポリマーゲルは、熱の有
無により、相転移と非相転移が可逆的に起こり、その温
度は３５℃前後の温度以上で起こり、熱に対する反応性
が敏感である。つまり人の体温付近でも容易に制御する
ことができる。ポリマーゲルを薄い膜、層として用いる
場合の支持体としては、テープ状、シート状、フィルム
状、ドラム状であればいずれの材料であってもよいが、
熱伝導性、耐熱性、加工性等からアルミニウム金属膜、
シリコン膜などが好適である。
親水性の架橋ポリマーであるポリアクリルアミド系ポリ
マー、特にポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と
水とによりできるポリマーゲルである。この架橋ポリア
クリルアミドと水からなる有機ポリマーゲルは、熱の有
無により、相転移と非相転移が可逆的に起こり、その温
度は３５℃前後の温度以上で起こり、熱に対する反応性
が敏感である。つまり人の体温付近でも容易に制御する
ことができる。ポリマーゲルを薄い膜、層として用いる
場合の支持体としては、テープ状、シート状、フィルム
状、ドラム状であればいずれの材料であってもよいが、
熱伝導性、耐熱性、加工性等からアルミニウム金属膜、
シリコン膜などが好適である。
【００２８】この支持体に、熱源を照射することによ
り、照射された部分の温度が上昇し、ポリマーゲル層は
相転移を生じて疎水性→親水性あるいは親水性→疎水性
に性質が変化する。温度が元に戻ると、短時間で元の状
態に戻るため、逆に、親水性→疎水性あるいは疎水性→
親水性と可逆的に性質が変化する。また、何回でも繰返
し使用することができる。熱源としては、赤外線、可視
光、磁力線、レーザ光線、電子線、液体（高温）、気体
（高温）等が考えられる。
り、照射された部分の温度が上昇し、ポリマーゲル層は
相転移を生じて疎水性→親水性あるいは親水性→疎水性
に性質が変化する。温度が元に戻ると、短時間で元の状
態に戻るため、逆に、親水性→疎水性あるいは疎水性→
親水性と可逆的に性質が変化する。また、何回でも繰返
し使用することができる。熱源としては、赤外線、可視
光、磁力線、レーザ光線、電子線、液体（高温）、気体
（高温）等が考えられる。
【００２９】ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）
と水からできるポリマーゲルの１ｍｍ以下の層１１を、
シート状の数百μｍのシリコン膜の支持体１２，１３上
で粘着保持する。このとき、支持体１２，１３は、関節
部１４に保持されている。ただし、関節部１４は、必ず
しも必要ではなく、支持体１２あるいは支持体１３の一
方だけであってもよい。３５℃以下の常温では、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１１は、親
水性である。
と水からできるポリマーゲルの１ｍｍ以下の層１１を、
シート状の数百μｍのシリコン膜の支持体１２，１３上
で粘着保持する。このとき、支持体１２，１３は、関節
部１４に保持されている。ただし、関節部１４は、必ず
しも必要ではなく、支持体１２あるいは支持体１３の一
方だけであってもよい。３５℃以下の常温では、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１１は、親
水性である。
【００３０】駆動時には、赤外線、可視光、レーザ光あ
るいは電子線１５をポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド）のゲルが接していない面のシリコン膜の支持体１
２，１３に照射する。
るいは電子線１５をポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド）のゲルが接していない面のシリコン膜の支持体１
２，１３に照射する。
【００３１】照射されたことにより、支持体１２，１３
の温度が上昇し、照射とは反対面で接しているポリ（Ｎ
−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１１に温度上昇
が伝わる。温度が上昇することにより、ポリ（Ｎ−イソ
プロピルアクリルアミド）のゲル１１は相転移を生じ、
親水性→疎水性に性質が変化する。疎水性に性質が変化
することにより、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミ
ド）のゲル１１は、吸収包含していた水分を放出する。
水分を放出することにより、体積が減少することにな
り、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１
１は、初期の膨潤していたときに比べ、縮むことにな
る。ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１
１の層が縮むことにより、粘着保持していた数百μｍの
シリコン膜の支持体１２，１３が、ポリ（Ｎ−イソプロ
ピルアクリルアミド）のゲル１１の層の方向に曲がり、
アクチュエータとして働くことになる。このとき、関節
部１４があると、より容易に、シリコン膜の支持体１
２，１３は、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）
のゲル１１の層の方向に曲がることになる。
の温度が上昇し、照射とは反対面で接しているポリ（Ｎ
−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１１に温度上昇
が伝わる。温度が上昇することにより、ポリ（Ｎ−イソ
プロピルアクリルアミド）のゲル１１は相転移を生じ、
親水性→疎水性に性質が変化する。疎水性に性質が変化
することにより、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミ
ド）のゲル１１は、吸収包含していた水分を放出する。
水分を放出することにより、体積が減少することにな
り、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１
１は、初期の膨潤していたときに比べ、縮むことにな
る。ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１
１の層が縮むことにより、粘着保持していた数百μｍの
シリコン膜の支持体１２，１３が、ポリ（Ｎ−イソプロ
ピルアクリルアミド）のゲル１１の層の方向に曲がり、
アクチュエータとして働くことになる。このとき、関節
部１４があると、より容易に、シリコン膜の支持体１
２，１３は、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）
のゲル１１の層の方向に曲がることになる。
【００３２】これを羽ばたき移動装置に利用する場合に
は、シリコン膜の支持体１２，１３が羽根に相当する部
分になり、関節部１４は、昆虫や鳥などの動態部分に相
当する。ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲ
ル１１は、支持体１２，１３に粘着し、ポリ（Ｎ−イソ
プロピルアクリルアミド）のゲル１１と反対側の支持体
１２，１３の面から、紫外線、可視光、レーザ、電子
線、あるいは磁場等を断続的に照射することにより、ポ
リ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１１の層
の方向に曲がり、羽根に相当する支持体１２，１３を動
かすことになる。なお、赤外線、可視光、レーザ、電子
線、あるいは磁場等は、直接、ポリ（Ｎ−イソプロピル
アクリルアミド）のゲル１１の面から照射してもよい。
は、シリコン膜の支持体１２，１３が羽根に相当する部
分になり、関節部１４は、昆虫や鳥などの動態部分に相
当する。ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲ
ル１１は、支持体１２，１３に粘着し、ポリ（Ｎ−イソ
プロピルアクリルアミド）のゲル１１と反対側の支持体
１２，１３の面から、紫外線、可視光、レーザ、電子
線、あるいは磁場等を断続的に照射することにより、ポ
リ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル１１の層
の方向に曲がり、羽根に相当する支持体１２，１３を動
かすことになる。なお、赤外線、可視光、レーザ、電子
線、あるいは磁場等は、直接、ポリ（Ｎ−イソプロピル
アクリルアミド）のゲル１１の面から照射してもよい。
【００３３】この反応は可逆反応であるため、温度が元
に戻れば、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）の
ゲル１１は親水性の性質に戻るため、水分を吸収し、元
の長さに戻る。
に戻れば、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）の
ゲル１１は親水性の性質に戻るため、水分を吸収し、元
の長さに戻る。
【００３４】その結果、羽根に相当するシリコン膜の支
持体１２，１３も元の位置に戻る。戻れば、次の周期の
羽ばたきをするために、赤外線、可視光、レーザ、電子
線あるいは磁気を照射する。
持体１２，１３も元の位置に戻る。戻れば、次の周期の
羽ばたきをするために、赤外線、可視光、レーザ、電子
線あるいは磁気を照射する。
【００３５】実施の形態２
実施の形態２について、図２、図３に基づいて説明すれ
ば以下のとおりである。
ば以下のとおりである。
【００３６】ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）
と水からできるポリマーゲルの１ｍｍ以下の層が２１，
２２と２層あり、その間のシート状の数百μｍのシリコ
ン膜の支持体２３，２４で粘着保持している。このと
き、支持体２３の中心部分にある関節部２５に保持され
ている。ただし、関節部２５は、必ずしも必要ではな
い。
と水からできるポリマーゲルの１ｍｍ以下の層が２１，
２２と２層あり、その間のシート状の数百μｍのシリコ
ン膜の支持体２３，２４で粘着保持している。このと
き、支持体２３の中心部分にある関節部２５に保持され
ている。ただし、関節部２５は、必ずしも必要ではな
い。
【００３７】駆動時には曲げたい方向のポリマーゲル２
１あるいは２２に赤外線、可視光、レーザ光あるいは電
子線等２６を照射する。照射されたことにより、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるい
は２２は温度が上昇する。温度が上昇することにより、
ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あ
るいは２２は相転移を生じ、親水性→疎水性に性質が変
化する。疎水性に性質が変化することにより、ポリ（Ｎ
−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるいは２
２は、吸収包含していた水分を放出する。水分を放出す
ることにより、体積が減少することになり、ポリ（Ｎ−
イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１または２２
は、初期の膨潤していたときに比べ、縮むことになる。
ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１ま
たは２２の層が縮むことにより、粘着保持していた数百
μｍのシリコン膜の支持体２３，２４が照射された方向
に曲がる。
１あるいは２２に赤外線、可視光、レーザ光あるいは電
子線等２６を照射する。照射されたことにより、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるい
は２２は温度が上昇する。温度が上昇することにより、
ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あ
るいは２２は相転移を生じ、親水性→疎水性に性質が変
化する。疎水性に性質が変化することにより、ポリ（Ｎ
−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるいは２
２は、吸収包含していた水分を放出する。水分を放出す
ることにより、体積が減少することになり、ポリ（Ｎ−
イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１または２２
は、初期の膨潤していたときに比べ、縮むことになる。
ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１ま
たは２２の層が縮むことにより、粘着保持していた数百
μｍのシリコン膜の支持体２３，２４が照射された方向
に曲がる。
【００３８】このとき、関節２５があると、より容易に
シリコン膜の支持体２３，２４が曲がることになる。ま
たこのとき、曲げ方向ではないポリマーゲル２１あるい
は２２に対しては、通常室温の空気２７を見つけること
ができれば好都合である。室温の空気２７の温度が、３
０℃以下の場合には、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリル
アミド）のゲル２１あるいは２２の温度が下降し、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるい
は２２は相転移を生じ、疎水性→親水性に性質が変化す
る。親水性に性質が変化することにより、ポリ（Ｎ−イ
ソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるいは２２は
水分を吸収し、膨潤する。よって、上記の曲げ方向を妨
げない方向に動く。
シリコン膜の支持体２３，２４が曲がることになる。ま
たこのとき、曲げ方向ではないポリマーゲル２１あるい
は２２に対しては、通常室温の空気２７を見つけること
ができれば好都合である。室温の空気２７の温度が、３
０℃以下の場合には、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリル
アミド）のゲル２１あるいは２２の温度が下降し、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるい
は２２は相転移を生じ、疎水性→親水性に性質が変化す
る。親水性に性質が変化することにより、ポリ（Ｎ−イ
ソプロピルアクリルアミド）のゲル２１あるいは２２は
水分を吸収し、膨潤する。よって、上記の曲げ方向を妨
げない方向に動く。
【００３９】本実施の形態においては、ポリ（Ｎ−イソ
プロピルアクリルアミド）のゲル層を２層で示したが、
支持体の膜を多く作ることにより、４層、６層などの多
層構造にしてもよい。
プロピルアクリルアミド）のゲル層を２層で示したが、
支持体の膜を多く作ることにより、４層、６層などの多
層構造にしてもよい。
【００４０】本発明に係るアクチュエータをロボットに
利用する場合、関節２５は必須の構成要素となる。支持
体２３，２４が、上脚または下脚に相当し、ポリ（Ｎ−
イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１または２２の
層が生体の筋肉に相当する。ポリ（Ｎ−イソプロピルア
クリルアミド）のゲル２１と２２の層は、逆の位相で、
動く必要があるため、ゲル２１に照射し温度を上げるヒ
ータ２８と、ゲル２２に照射し温度を上げるヒータ２９
のオン時間は、必ず逆位相になり、曲げたい方向のゲル
に照射するヒータ２８あるいは２９のみがオンになる。
ヒータがオンになったポリ（Ｎ−イソプロピルアクリル
アミド）のゲルの温度が上昇し、相転移を生じ、親水性
→疎水性に性質が変化し、吸収包含していた水分を放出
し、体積が減少することになり、ポリ（Ｎ−イソプロピ
ルアクリルアミド）のゲル２１または２２は縮むことに
なり、これが接する支持体２３あるいは２４が曲がるこ
とになる。
利用する場合、関節２５は必須の構成要素となる。支持
体２３，２４が、上脚または下脚に相当し、ポリ（Ｎ−
イソプロピルアクリルアミド）のゲル２１または２２の
層が生体の筋肉に相当する。ポリ（Ｎ−イソプロピルア
クリルアミド）のゲル２１と２２の層は、逆の位相で、
動く必要があるため、ゲル２１に照射し温度を上げるヒ
ータ２８と、ゲル２２に照射し温度を上げるヒータ２９
のオン時間は、必ず逆位相になり、曲げたい方向のゲル
に照射するヒータ２８あるいは２９のみがオンになる。
ヒータがオンになったポリ（Ｎ−イソプロピルアクリル
アミド）のゲルの温度が上昇し、相転移を生じ、親水性
→疎水性に性質が変化し、吸収包含していた水分を放出
し、体積が減少することになり、ポリ（Ｎ−イソプロピ
ルアクリルアミド）のゲル２１または２２は縮むことに
なり、これが接する支持体２３あるいは２４が曲がるこ
とになる。
【００４１】本発明に係るアクチュエータをピンセッ
ト、鉗子、メス等の駆動体の本体の先端部に接続し、微
妙に動かせたい方向のアクチュエータをサーマルヘッド
や指で温めることにより、ポリ（Ｎ−イソプロピルアク
リルアミド）のゲルが相転移を生じ、水分を放出するこ
とにより縮む。よって温めた方向に微小かつ容易に動く
ことになる。
ト、鉗子、メス等の駆動体の本体の先端部に接続し、微
妙に動かせたい方向のアクチュエータをサーマルヘッド
や指で温めることにより、ポリ（Ｎ−イソプロピルアク
リルアミド）のゲルが相転移を生じ、水分を放出するこ
とにより縮む。よって温めた方向に微小かつ容易に動く
ことになる。
【００４２】実施の形態３
実施の形態３について、図４および図５に基づいて説明
すれば、以下のとおりである。
すれば、以下のとおりである。
【００４３】図４を参照して、ポリ（Ｎ−イソプロピル
アクリルアミド）と水からできるポリマーゲルの１ｍｍ
以下の層が３１，３２と２層あり、シート状の数百μｍ
のシリコン膜の支持体３３で粘着保持している。
アクリルアミド）と水からできるポリマーゲルの１ｍｍ
以下の層が３１，３２と２層あり、シート状の数百μｍ
のシリコン膜の支持体３３で粘着保持している。
【００４４】図５に示すように、シート状の数百μｍの
シリコン膜の支持体３３が真中で仕切る形で、１ｍｍ以
下のポリマーゲルの層３１，３２と数百μｍの支持体３
３を、チューブ３４で覆い被せる。このとき、チューブ
の材質としては、シリコンゴム、塩化ビニールなどが適
している。
シリコン膜の支持体３３が真中で仕切る形で、１ｍｍ以
下のポリマーゲルの層３１，３２と数百μｍの支持体３
３を、チューブ３４で覆い被せる。このとき、チューブ
の材質としては、シリコンゴム、塩化ビニールなどが適
している。
【００４５】支持体で仕切られたチューブ内の２個の空
間に、温度が違う液体、気体を流し込む。具体的には、
空間３６が曲げたい方向ならば、曲げ方向の空間３６
に、４０℃以上の液体または気体を流し込み、曲げ方向
でないもう一方の空間３５には、３０℃以下の流体また
は気体を流し込む。
間に、温度が違う液体、気体を流し込む。具体的には、
空間３６が曲げたい方向ならば、曲げ方向の空間３６
に、４０℃以上の液体または気体を流し込み、曲げ方向
でないもう一方の空間３５には、３０℃以下の流体また
は気体を流し込む。
【００４６】３０℃以上の液体または気体が流し込まれ
た空間３６内で、高温の気体、または液体に接するポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲルが相転移を
生じ、親水性→疎水性に性質が変化し、吸収包含してい
た水分を放出し、体積が減少する。その結果、ポリ（Ｎ
−イソプロピルアクリルアミド）のゲル３１は、縮むこ
とになり、シリコンゴムチューブまたは塩化ビニールの
チューブは空間３６方向に曲がることになる。一方、３
０℃以下の液体または気体を流し込まれた空間３５内の
ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲルは、親
水性のままであるため縮まない。
た空間３６内で、高温の気体、または液体に接するポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲルが相転移を
生じ、親水性→疎水性に性質が変化し、吸収包含してい
た水分を放出し、体積が減少する。その結果、ポリ（Ｎ
−イソプロピルアクリルアミド）のゲル３１は、縮むこ
とになり、シリコンゴムチューブまたは塩化ビニールの
チューブは空間３６方向に曲がることになる。一方、３
０℃以下の液体または気体を流し込まれた空間３５内の
ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のゲルは、親
水性のままであるため縮まない。
【００４７】本実施の形態においては、チューブ３４内
をシリコンの支持体で、２空間に区切ったが、支持体に
よる仕切り板を多く作り、４室、６室などの多室構成で
あってもよい。多室構成にすることにより、より細かい
方向への制御が可能になる。
をシリコンの支持体で、２空間に区切ったが、支持体に
よる仕切り板を多く作り、４室、６室などの多室構成で
あってもよい。多室構成にすることにより、より細かい
方向への制御が可能になる。
【００４８】本発明に係る構造のアクチュエータを光フ
ァイバの導入管、センサ、吸入管等の駆動体の本体の先
端部に接続することにより、汚れや細菌による感染を防
ぎながら目的位置への投入を図ることができ、目的位置
に対するその微妙な動きに対しても、容易に、安全に行
なうことができる。
ァイバの導入管、センサ、吸入管等の駆動体の本体の先
端部に接続することにより、汚れや細菌による感染を防
ぎながら目的位置への投入を図ることができ、目的位置
に対するその微妙な動きに対しても、容易に、安全に行
なうことができる。
【００４９】上記の実施の形態において、アクチュエー
タの動きの速度、力の強さの大きさ等の制御は、ポリマ
ーゲルの層の厚み、シリコン膜の支持体の厚み、赤外
線、可視光、レーザ光あるいは電子線、磁気の強さ、照
射面積、照射時間、サーマルヘッドのオン時間、接触面
積、気体や液体の温度により、細かな制御が可能であ
る。
タの動きの速度、力の強さの大きさ等の制御は、ポリマ
ーゲルの層の厚み、シリコン膜の支持体の厚み、赤外
線、可視光、レーザ光あるいは電子線、磁気の強さ、照
射面積、照射時間、サーマルヘッドのオン時間、接触面
積、気体や液体の温度により、細かな制御が可能であ
る。
【００５０】実施の形態４
上記の実施の形態においては、アクチュエータとして使
用する場合に最も適した有機ポリマー材料としてポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）の例を示した。
用する場合に最も適した有機ポリマー材料としてポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）の例を示した。
【００５１】しかしながら、ポリ（Ｎ−イソプロピルア
クリルアミド）をアクチュエータとして用いる場合、機
械的な変化、熱変化に対して、より耐久性を強くするこ
とが考えられる。
クリルアミド）をアクチュエータとして用いる場合、機
械的な変化、熱変化に対して、より耐久性を強くするこ
とが考えられる。
【００５２】その目的のために、ポリ（Ｎ−イソプロピ
ルアクリルアミド）を有機高分子材料として、無機材料
としてシリカゲルを用い、上記の材料をゾル−ゲル法に
より分子分散させる。
ルアクリルアミド）を有機高分子材料として、無機材料
としてシリカゲルを用い、上記の材料をゾル−ゲル法に
より分子分散させる。
【００５３】ゾル−ゲル法は、この場合、シリケートの
加水分解−縮合反応であり、結果として珪素−酸素結合
を繰返し単位とする３次元架橋したシリカゲルマトリッ
クスを形成する反応である。このゾル−ゲル反応に有機
高分子を共存させることにより、有機高分子とシリカゲ
ルが分子分散した有機−無機ハイブリッド材料を合成す
ることができる。
加水分解−縮合反応であり、結果として珪素−酸素結合
を繰返し単位とする３次元架橋したシリカゲルマトリッ
クスを形成する反応である。このゾル−ゲル反応に有機
高分子を共存させることにより、有機高分子とシリカゲ
ルが分子分散した有機−無機ハイブリッド材料を合成す
ることができる。
【００５４】ハイブリッド材料の柔軟性、あるいは機械
的強度は、ハイブリッド中に有機高分子がどれだけ入っ
ているかに依存し、有機−無機ハイブリッド材料中にお
いては、有機高分子は凝集することなく分子分散してい
る。
的強度は、ハイブリッド中に有機高分子がどれだけ入っ
ているかに依存し、有機−無機ハイブリッド材料中にお
いては、有機高分子は凝集することなく分子分散してい
る。
【００５５】有機高分子（ポリ（Ｎ−イソプロピルアク
リルアミド））と無機材料（シリカゲル）の有機−無機
ポリマーハイブリッドの分子複合材料によると、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）が持っていた温度
に対する相転移の性質がほぼ変わらず、機械的な変化、
熱変化に対する耐久性が向上したアクチュエータの動力
駆動部として使用することができる。
リルアミド））と無機材料（シリカゲル）の有機−無機
ポリマーハイブリッドの分子複合材料によると、ポリ
（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）が持っていた温度
に対する相転移の性質がほぼ変わらず、機械的な変化、
熱変化に対する耐久性が向上したアクチュエータの動力
駆動部として使用することができる。
【００５６】このように働く有機高分子は、アミド以外
にも、たとえば、ポリ尿素、ポリウレタン、ポリイミ
ド、ポリカーボネートなどにおいても、シリカゲルと均
一なポリマー無機ハイブリッドが得られる。
にも、たとえば、ポリ尿素、ポリウレタン、ポリイミ
ド、ポリカーボネートなどにおいても、シリカゲルと均
一なポリマー無機ハイブリッドが得られる。
【００５７】この有機高分子（ポリ（Ｎ−イソプロピル
アクリルアミド））と無機材料（シリカゲル）の有機−
無機ポリマーハイブリッドの分子複合材料を、実施の形
態１〜３のポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と
水からできるポリマーゲルの層の代わりに用いることが
でき、機械的な変化や熱変化に対する耐久性を上げるこ
とができる。
アクリルアミド））と無機材料（シリカゲル）の有機−
無機ポリマーハイブリッドの分子複合材料を、実施の形
態１〜３のポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）と
水からできるポリマーゲルの層の代わりに用いることが
でき、機械的な変化や熱変化に対する耐久性を上げるこ
とができる。
【００５８】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【００５９】
【発明の効果】本発明に係るアクチュエータをロボット
のアクチュエータとして用いることにより、複雑な動き
をする場合においても、簡単な構造で、重量が大きくな
い、省スペースの微小なロボット、軽いロボットを実現
することができる。
のアクチュエータとして用いることにより、複雑な動き
をする場合においても、簡単な構造で、重量が大きくな
い、省スペースの微小なロボット、軽いロボットを実現
することができる。
【００６０】また、本発明に係るアクチュエータを駆動
体の本体の先端部に接続し、熱によって有機ポリマーま
たは有機−無機ポリマーハイブリッドの相転移を制御す
ることによって、微小な変動を容易に実現することがで
きる。よって、本アクチュエータを駆動体の先端部に導
入することにより、ピンセット、鉗子、メス、光ファイ
バの導入管、センサ、工具などの目的位置への導入作業
を向上させることができ、その微小な動きを、容易に行
なうことができる。
体の本体の先端部に接続し、熱によって有機ポリマーま
たは有機−無機ポリマーハイブリッドの相転移を制御す
ることによって、微小な変動を容易に実現することがで
きる。よって、本アクチュエータを駆動体の先端部に導
入することにより、ピンセット、鉗子、メス、光ファイ
バの導入管、センサ、工具などの目的位置への導入作業
を向上させることができ、その微小な動きを、容易に行
なうことができる。
【００６１】有機−無機ハイブリッド材料の調製の手法
は、材料を空気中で混ぜ合わせて数日間放置しておくだ
けの簡便なものであるため、より機械的強度、熱的強度
を高めたアクチュエータを簡便に作ることができ、工業
的利用が容易である。
は、材料を空気中で混ぜ合わせて数日間放置しておくだ
けの簡便なものであるため、より機械的強度、熱的強度
を高めたアクチュエータを簡便に作ることができ、工業
的利用が容易である。
【図１】 実施の形態１に係るアクチュエータを示す図
である。
である。
【図２】 実施の形態２に係るアクチュエータを示す図
である。
である。
【図３】 実施の形態２の他の態様に係るアクチュエー
タを示す図である。
タを示す図である。
【図４】 実施の形態３に係るアクチュエータの側面図
である。
である。
【図５】 実施の形態３に係るアクチュエータの上面図
である。
である。
【図６】 従来のアクチュエータを示す図である。
１１ ポリマーゲルの層、１２ シリコン膜の支持体、
１３ シリコン膜の支持体、１４ 関節部、１５ 制御
用の赤外線。
１３ シリコン膜の支持体、１４ 関節部、１５ 制御
用の赤外線。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ０８Ｌ 33/26 Ｃ０８Ｌ 33/26
(72)発明者 太田 佳似
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
Ｆターム(参考） 3C007 AS00 BS30 CS08 CY36 HS07
WA05 WA26 XG01
4F100 AA20A AB11B AK01A AK46A
AT00B BA02 BA07 GB90
JA02A JA03A JK08A JL03
YY00A YY00B
4J002 BG131 DE026 DJ017 GM00
Claims (10)
- 【請求項１】 外部に変位、力を伝達する伝達部と、該
伝達部を駆動する駆動部とを備えたアクチュエータにお
いて、 前記駆動部を、制御量により機械的伸縮をする有機高分
子層で形成し、 前記伝達部を、前記有機高分子層を支持する支持体で形
成したことを特徴とする、アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記有機高分子層が、ポリ（Ｎ−イソプ
ロピルアクリルアミド）と水を含むポリマーゲル層であ
る、請求項１に記載のアクチュエータ。 - 【請求項３】 前記有機高分子層が、ポリ（Ｎ−イソプ
ロピルアクリルアミド）と水を含むポリマーゲルと、シ
リカゲルとが、分子状で分散したハイブリッド材料層で
ある、請求項１に記載のアクチュエータ。 - 【請求項４】 前記ポリマーゲル層の厚みは１ｍｍ以下
であり、 前記支持体はシート状の数百μｍの厚みのシリコン膜で
あり、 前記ポリマーゲル層は前記支持体上に粘着保持されてお
り、 前記ポリマーゲルの、温度による、相転移を利用した温
度制御で動作する、請求項２に記載のアクチュエータ。 - 【請求項５】 前記ハイブリッド材料層の厚みは１ｍｍ
以下であり、 前記支持体はシート状の数百μｍの厚みのシリコン膜で
あり、 前記ポリマーゲル層は前記支持体上に粘着保持されてお
り、 前記ポリマーゲルの、温度による、相転移を利用した温
度制御で動作する、請求項３に記載のアクチュエータ。 - 【請求項６】 ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミ
ド）と水を含むポリマーゲルで形成され、１ｍｍ以下の
厚みを有する有機高分子層と、 前記有機高分子層を支持する支持体と、 前記有機高分子層と前記支持体を収容するチューブを備
え、 前記支持体が、前記チューブ内の空間を複数の部分に仕
切っており、 仕切られた前記空間内に制御用の液体または気体が導入
されている、アクチュエータ。 - 【請求項７】 ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミ
ド）と水を含むポリマーゲルとシリカゲルとが、分子状
で分散したハイブリッド材料で形成され、１ｍｍ以下の
厚みを有する有機高分子層と、 前記有機高分子層を支持する支持体と、 前記有機高分子層と前記支持体を収容するチューブを備
え、 前記支持体が、前記チューブ内の空間を複数の部分に仕
切っており、 仕切られた前記空間内に制御用の液体または気体が導入
されている、アクチュエータ。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載のア
クチュエータを具備することを特徴とする駆動体。 - 【請求項９】 請求項１〜７のいずれか１項に記載のア
クチュエータを具備することを特徴とするロボット。 - 【請求項１０】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の
アクチュエータを具備することを特徴とする羽ばたき移
動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001229446A JP4601217B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | アクチュエータ、それを用いた駆動体、ロボット、および羽ばたき移動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001229446A JP4601217B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | アクチュエータ、それを用いた駆動体、ロボット、および羽ばたき移動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003039371A true JP2003039371A (ja) | 2003-02-13 |
| JP4601217B2 JP4601217B2 (ja) | 2010-12-22 |
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ID=19061793
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001229446A Expired - Fee Related JP4601217B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | アクチュエータ、それを用いた駆動体、ロボット、および羽ばたき移動装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4601217B2 (ja) |
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- 2001-07-30 JP JP2001229446A patent/JP4601217B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP4601217B2 (ja) | 2010-12-22 |
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