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公開番号2024013856
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-01
出願番号2022116254
出願日2022-07-21
発明の名称アクチュエータモジュール
出願人東レ株式会社
代理人
主分類H02N 10/00 20060101AFI20240125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】応答速度を向上でき、応答速度を自由に制御することができ、更には設計以上の過剰な負荷にも破損しない堅牢性の高いアクチュエータモジュールを提供する。
【解決手段】繊維アクチュエータを備えたアクチュエータモジュールであって、繊維アクチュエータを固定する複数の保持部材を有し、該保持部材の少なくとも1つは貫通した開口を有し、該開口を有した保持部材の開口内に気流を送る冷却器と、該開口を有する保持部材と接続する通気性の伸縮管を有することを特徴とした、アクチュエータモジュール。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
繊維アクチュエータを備えたアクチュエータモジュールであって、該繊維アクチュエータを固定する複数の保持部材を有し、該保持部材の少なくとも1つは貫通した開口を有し、該開口を有する保持部材の開口内に気流を送る冷却器と、該開口を有する保持部材と接続する通気性の伸縮管を有することを特徴とした、アクチュエータモジュール。
続きを表示(約 270 文字)【請求項2】
繊維アクチュエータおよび保持部材の少なくとも一部が導電性を有することを特徴とした、請求項1に記載のアクチュエータモジュール。
【請求項3】
保持部材が略円筒形または略円柱形であることを特徴とした、請求項1に記載のアクチュエータモジュール。
【請求項4】
伸縮管内を通るケーブルで保持部材同士が接続されていることを特徴とした、請求項1に記載のアクチュエータモジュール。
【請求項5】
請求項1~請求項4のいずれかに記載のアクチュエータモジュールを搭載したアシストウェア。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、繊維アクチュエータを用いたアクチュエータモジュールに関する。
続きを表示(約 1,900 文字)【背景技術】
【0002】
アクチュエータは、物理化学的エネルギーを機械的な変位、または力に変える変換装置のことであり、従来から種々の機械を作動させる駆動源として、広く利用されている。特に、電気や磁力、気体の膨張、油圧、空気圧等を駆動のためのエネルギーとして利用するモーターやエンジン、シリンダー等が、非常に大きな変位や力を得られることから、機械の駆動源として大きく発展してきた。
【0003】
近年の動向として、電子情報産業やロボット産業、医薬・バイオ関連産業等の発展により、半導体製造やモジュール組立、医薬品製造、微生物培養等、多様な分野で精密に駆動するアクチュエータが要求されている。また、生産性向上や生活の質の向上に対する意識が世界的に高まっており、人間が着用することで、歩行や作業時に必要な力を支援するロボット・装置等の開発も進んでいる。特にアシストスーツに代表される支援ロボット・装置では、着用する人間への負荷を極力低減することが必要なため、アクチュエータの小型化・軽量化が強く求められている。こうしたアクチュエータへの要求に対して、主にモーターやシリンダー等の小型・微細化により対応がなされてきた。しかしながら、アクチュエータのさらなる精密・小型・軽量化は、従来技術の延長だけでは限界を迎える可能性があり、従来とは異なる次世代型のアクチュエータ材料が求められている。
【0004】
このような背景の下、様々な分野で、次世代型アクチュエータ材料の研究開発が精力的に進められており、中でも、人工筋肉と呼ばれるアクチュエータ材料が注目されている。人工筋肉とは、生体の筋肉のようにエネルギーを消費して、材料の状態変化が生じることで、機械的な動力を得るアクチュエータ材料である。ゴムチューブに空気圧を与えて動作するマッキベン型材料、加熱冷却による収縮伸長する形状記憶合金材料、電圧印加・放電により伸縮動作する高分子ゲル材料、この他にも電気・磁性粘性流体を利用した材料や圧電材料などの人工筋肉が研究開発されている。
【0005】
特に、アクチュエータの小型・軽量化に有利な高分子を用いた材料が注目されているが、発生する変位や力が小さいといった問題や、アクチュエータ材料として研究開発されている高分子ゲル材料の多くは、駆動に電解液が必要となるため、電解液供給槽が必要となり、小型化に制約が生じるという問題があった。
【0006】
他方、ポリマー繊維を二重に撚って作ったコイル状繊維は、加熱により縮み、かつ放熱により復元し、アクチュエータとしての機能を有す繊維アクチュエータとして広く知られている。人間の筋肉のように軽量かつ柔軟な特徴を備えるため、人が行う作業を補助するパワーアシスト用途や家庭用ロボットなど人間に近い場所において動作する機械への活用を目指し期待が大きくなっている。
【0007】
特許文献1では、2本のコイル状ポリマー繊維と、その側面に設けられた網状の発熱体とを具備し、複数の電熱線によって形成されたアクチュエータ単線を使用し組まれ、編まれ、または織られたアクチュエータ装置が提案されている。また、特許文献2では、複数の太さのアクチュエータ繊維を組み合わせて使用し、駆動する太さを選択可能することで求められる応答性に対応できるアクチュエータが提案されている。さらに、特許文献3では、小さく、軽く、柔らかいパワーアシストを実現するために、繊維アクチュエータ(TCPA)を第1部材、第2部材で固定し、さらにファンからの気流でTCPAを冷却し応答速度を改善したアクチュエータユニットを提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特開2021-132415号公報
特開2017-111772号公報
特開2019-2302号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1では、アクチュエータ単線を編み物などに加工しているためアクチュエータ単線同士の重なりが生じ冷却に時間を要し応答速度が劣るという課題があった。
【0010】
特許文献2の技術では、応答速度を制御するためにアクチュエータ繊維の太さを複数準備し、求められる応答性に応じてアクチュエータ繊維を選択し駆動することが提案されているが、応答性が高い細い繊維では十分な発現力を得られないという課題があった。
(【0011】以降は省略されています)

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