軸封機構を用いた駆動装置
【課題】シール材の膨張量を外部電気信号等の量で調整し、接触面圧力を調整することによって、流体の漏れ量を高精度に制御できる軸封機構を用いることによりソレノイドレス化可能な駆動装置を提供すること。
【解決手段】ピストン１３０ｂを有するシリンダ部１３０ａに漏れ流路１４０，１４１を介して流体を供給する供給漏れ流路１３７と流体を外部に排出する排水漏れ流路１３８，１３９を有する装置本体１３１を取付け、この装置本体１３１内には、流路切換可能な複数個の軸封体１３２〜１３５を有する軸封機構を設け、この軸封機構は、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の前記軸封体からなり、この軸封体に電気的外部刺激を与えて当該軸封体を膨縮又は変形させることにより漏れ流体を流す流路を設けたものであり、この軸封機構により前記シリンダ内に流体を供給又は排気させてシリンダ部内のピストンを駆動させるようにしたものである。
【解決手段】ピストン１３０ｂを有するシリンダ部１３０ａに漏れ流路１４０，１４１を介して流体を供給する供給漏れ流路１３７と流体を外部に排出する排水漏れ流路１３８，１３９を有する装置本体１３１を取付け、この装置本体１３１内には、流路切換可能な複数個の軸封体１３２〜１３５を有する軸封機構を設け、この軸封機構は、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の前記軸封体からなり、この軸封体に電気的外部刺激を与えて当該軸封体を膨縮又は変形させることにより漏れ流体を流す流路を設けたものであり、この軸封機構により前記シリンダ内に流体を供給又は排気させてシリンダ部内のピストンを駆動させるようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール部材を用いて流体を軸封する軸封機構を用いた駆動装置に関し、特に、電磁切換弁に替わるソレノイドレスの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、容器内の流体を常時封止する場合には、シール部材を用いた軸封装置が利用される。軸封装置は、シール部材を介して流体の流れを封止するようにしたものである。軸封装置のシール部材は、空気・水・油・ガスなどの多種多様な流体を封止するために、例えば、断面略円形状の環状Ｏリングやパッキンリングが用いられる。これらのシール部材は、その主要な機能が流体を封止するものであるため、高い封止性能が要求されている。
【０００３】
そのため、シール部材は、通常、軸封装置における一方側の部材に、軸又は穴の半径方向に同一平面内に形成された、軸方向に断面略矩形状の溝に装着され、他方側の部材との接触圧力によってシールするときに、溝部形状によって圧縮されるつぶし代を有するようになっている。軸封装置の組立て後には、例えば、Ｏリングは、このつぶし代によって圧縮されて反発力を生じ、この反発力によって接触面圧による封止性を発揮して軸封するようにしている。
【０００４】
また、Ｏリングは、通常、各種の合成ゴムを材料として形成しているが、この材料は、異常な変形を起こさない範囲内で適度の圧縮応力を発揮させるため、特に、所定の低圧縮永久歪や、更には、耐候性・耐摩耗性・耐熱、耐寒性・耐油性・耐薬品性などの特性を満たしている必要がある。また、Ｏリングは、例えば、自動車・建設機械・航空機・ＯＡ機器・産業機器などの多岐にわたる分野の軸封装置に利用されるため、各分野（用途）に応じて材料を選択してつぶし代が適切になるようにし、軸封部が移動する運動、又は、軸封部が移動しない固定用の何れの状態で使用する場合でも、軸封機能の確保を前提として、耐久性・挿入性・圧縮割れの防止なども図る必要がある。
このように、通常の軸封装置は、Ｏリング等のシール部材により封止機能を高めることを第１の目的としているため、通常はシール部材や流体の封止領域が所定の位置に定められている。この封止装置を内蔵した装置は、内部構造が複雑化している。
【０００５】
今、仮に、封止領域を非封止領域に切り換え操作するためには、封止領域を移動させるために、封止領域のシール部材やハウジングなどの装着部位に別の動作機構を設ける必要がある。この動作機構としては、例えば、ネジ送り機構やピストン・シリンダ機構、回転機構などがあり、これらの機構を動作させるためには、人力、電気、空気、油圧、スプリング等の何らかの動力手段を用いる必要もある。
【０００６】
一方、封止機構ではないが、複雑な動力手段を設けることなく、いわゆる、人工筋肉を用いたバルブがある（例えば、特許文献１参照。）。このバルブは、弁体として人工筋肉を用い、この弁体自体を変形させて流路を開閉できるようにしたものである。同文献のバルブは、フィルム型の電歪伸縮ポリマーからなる人工筋肉を弁体とし、この弁体を、電圧のオンオフによって変形させて直接又はシール材を介して弁座に接離させ、流路を開閉している。
このバルブでは、人工筋肉として、ゴム状の薄い高分子膜（エラストマー）を伸縮可能な電極で挟み、この電極間に電圧を加えることにより高分子膜を面方向に伸長（周方向に拡径）させるようにしたＥＰＡＭ（Electroactive Polymer Artificial Muscle）と呼ばれるものが使われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５０１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、軸封装置の封止領域を非封止領域に切り換え操作するために、動作機構や動力手段を設けた場合には、装置の構造が複雑化し、全体が大型化するという問題があった。このため、装置の重量も増加し、コストも増大することがあった。
また、封止状態と非封止状態を切り換える際には、動作機構を構成する部品相互の接触や摺動を伴うことになるため、この接触や摺動により動作機構を構成する部品が磨耗したり、摺動する部材が磨耗することがあった。また、シール材自体も、封止領域の相手封止部材と接触・加圧状態のまま移動するため、摺動に伴う磨耗が生ずることになる。Ｏリングなどの封止部は、全周に亘って磨耗が発生すると接触部分の圧力低下や外傷により流体漏れを起こし易く、この場合、摺動面が粗い、潤滑が不十分などの外的要因により、磨耗がより加速することがあった。また、Ｏリングの摺動面に局部的な磨耗が生じた場合にも流体漏れが起こりやすくなり、Ｏリングの摺動面に傷があると磨耗がより加速することもあった。特に、動作機構の運動速度が速かったり、運動が偏心状態で行われたり、摺動する面の面粗さが粗かったり、潤滑が不十分の場合には、シール材がねじれることもあった。
【０００９】
更に、この軸封装置は、シール材や封止部材や動作機構の接触や摺動により騒音が発生したり、或は、この騒音や磨耗を防ぐために潤滑油を使用する手間があらたに生じることもあり、このため、シール時の信頼性が低下したり、耐久寿命が著しく短縮するという問題があった。
【００１０】
また、この軸封装置は、封止領域の封止部材の面粗度の精度確保とシール材のつぶし代分を圧縮することにより生ずる相手部材との接触圧力によって流体をシールし、流体圧の印加とともにこのつぶし代による接触圧力に、さらに圧力に伴うシール材の変形による接触圧力の増大（自封作用）により流体圧力以上の接触面圧を発揮して、高い封止性能を発揮できるようにしているが、この軸封装置の場合でも、封止部の移動に伴う、流体の巻き込み等の現象により、通常、流体の漏れを完全に防ぐことは難しいことが知られている。また、軸封装置は、各々の用途に応じて軸封時の漏れ量の許容範囲が設定されており、この許容範囲内で漏れ量を許容しながら軸封するのが通常になっており、この漏れ量を制御することも難しくなっている。
【００１１】
一方、特許文献１は、弁体自体にＥＰＡＭを用いて、複雑な動力機構を排除はしているが、弁体自体がＥＰＡＭであるため、流体封止時には、流体圧力をＥＰＡＭ全体の受圧面積で受けることになり、ＥＰＡＭは、大きな耐圧強度が必要となるとともに、大きな封止力を必要とする。また、本体内に、別のシール機構を必要としたり、着座するための弁座部分を設けなければならず、弁体自体にＥＰＡＭを適用するのは、ＥＰＡＭの耐強度、変形に伴う応力特性をそのまま利用していないものであるから合理的ではない。特に、特許文献１には、本発明者が着目している軸封構造自体にＥＰＡＭを用いるという思想や示唆は全くなく、しかも、軸封力の増減をＥＰＡＭの作用により微妙にかつ高精度に調整させて、微少漏れを含む漏れ現象を利用するといった思想も示唆もない。
【００１２】
本発明者は、上記の実情に鑑みて鋭意研究の結果、開発に至ったものであり、その目的とするところは、シール材や封止部材の移動に伴う磨耗がないため、高い封止性能を維持しつつ、簡単な内部構造により流体の封止状態と非封止状態を切り換えて所定流量の流体を流すことができ、しかも、シール材の膨張量を外部電気信号等の量で調整し、接触面圧力を調整することによって、流体の漏れ量を高精度に制御できる軸封機構を用いてソレノイドレスの駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ピストンを有するシリンダ部に給排漏れ流路を介して流体を供給する供給漏れ流路と流体を外部に排出する排水漏れ流路を有する装置本体を取付け、この装置本体内には、流路切換可能な複数個の軸封体を有する軸封機構を設け、この軸封機構は、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の前記軸封体からなり、この軸封体に電気的外部刺激を与えて当該軸封体を膨縮又は変形させることにより漏れ流体を流す流路を設けたものであり、この軸封機構により前記シリンダ内に流体を供給又は排気させてシリンダ部内のピストンを駆動させるようにした軸封機構を用いた駆動装置である。
である。
【００１４】
請求項２に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形して軸封力を高め、一方、放電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら旧位に復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、放電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形しながら旧位に復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明において、軸封体は、軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に膨張しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに膨張しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する導電性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１６】
請求項４に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに変形しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するイオン伝導高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１７】
請求項５に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１８】
請求項６に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、軸封体の移動に伴う磨耗がないため、高いシール性能を維持しつつ、簡単な内部構造により流体の封止状態と非封止状態を切り換えて所定流量の流体を流すことができ、しかも、軸封体の膨縮量・変形量を外部電気信号等の量で調整し、接触面圧力を調整することによって、流体の漏れ量を高精度に制御できることで、あらゆる用途に利用できる軸封装置を提供することができる。また、動作機構を設けることなく軸封体の変形が可能であることにより、内部の劣化を防いで長期に亘って優れた軸封機能を発揮できる軸封機構であり、これにより、この発明の軸封機構は、電磁弁などの代替としても利用でき、更には、軸封状態における微少漏れ量も制御できることにより、ソレノイドレスの駆動装置に適用できる。
【００２０】
電気的外部刺激の印加と停止により軸封体のみを拡径又は縮径させることができるため、本体の可動部分を最小限に留めて劣化を防ぎながら封止又は非封止状態に切り換えることができ、封止状態においては、軸封力を高めて優れたシール性を発揮でき、また、非封止状態においては、装置本体の固有の漏れ量を流量として一定の流量を流すことができる軸封装置である。また、この場合、軸封体をＥＰＡＭ構造とすることができ、このＥＰＡＭ構造は、駆動時の圧力や歪み量を大きくできることで、軸封機能を一層高めることができ、また、構造を簡略化できることで本体を軽量化でき、動作時の音も静かにできる軸封機構を用いた駆動装置を提供できる。
【００２１】
各種の高分子材料を用いて軸封体を構成することができ、軸封部分の膨縮又は変形の違いなどの異なる高分子材料に応じて適宜の軸封構造とすることができる軸封装置であり、この場合も、ＥＰＡＭ構造に設けた場合と同様に、封止又は非封止時において優れた機能性を発揮することができる。
このうち、特に、請求項５、６に係る発明によると、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形することでこの部分に電極を設ける必要がなく、変形部分が自由端部となることで変形量を大きくできる。このため、漏れ流量を大きくとることができ、精度の高い流量制御を発揮できる駆動装置を提供できる。
【００２２】
本体の外部から軸封体への印加電圧を制御することができることにより、小型の装置や機器などに本体を応用し、また、省スペース化を図って様々な箇所に利用できる駆動装置である。
【００２３】
流路切換弁として使用することができ、ピストン・シリンダ機構等の各種の切換動作機構に応用でき、この場合にも、ピストン・シリンダの動作速度などを高精度に制御できる軸封機構を用いた駆動装置である。
【００２４】
軸封状態における微少の漏れを制御することができ、通常の流体が流れる際の漏れ量の制御に加えて、より微少な漏れ量を制御することができる。
【００２５】
高い精度を維持しつつ本体の内周面に対して軸封体の自由端部を真円状に拡縮でき、円筒状の流路に対して軸封体の周面を接離させて一次側と二次側の軸封と漏れの何れかの状態に制御できる軸封構造として各種の流路に適用できる。
【００２６】
電気的外部刺激の印加と停止により軸封体のみを膨張又は収縮させることができるため、本体の可動部分を最小限に留めて劣化を防ぎながら封止又は非封止状態に切り換えることができ、この軸封体は、末広がり状に変形できるため、封止状態においては、軸封力を高めて優れたシール性を発揮でき、また、非封止状態においては、装置本体の固有の漏れ量を流量として一定の流量を流すことができる。
【００２７】
軸封体をリング状に一体に形成することにより、形成後の歪みを少なくでき、より高い精度で軸封又は漏れの状態に制御できる。
【００２８】
軸封部を簡単な構造にしてコンパクト化を維持しながら形成でき、複数の流路を切り換え可能な従来には無い構造の切換弁として利用することができ、しかも、実施する態様に応じて流路を増やすことができ、多方弁構造に設けた場合でも、各流路の軸封、或は、漏れ状態を高精度に制御しつつ、各流路を所定の軸封と漏れの何れかの状態にできるため、多方弁として制御が自在であり、様々な分野に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の軸封機構をピストン・シリンダ駆動機構等の駆動装置に利用した例を示した概略図である。
【図２】本発明の軸封機構を安全弁に利用した例を示す概略図である。
【図３】本発明における軸封機構の一例を示した断面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】図３の軸封機構の軸封状態を示した断面図である。
【図６】封止部材の一例を示した上方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図７】封止部材の一例を示した下方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図８】本発明における軸封機構の他例を示した断面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】図８の軸封機構の動作状態を示した断面図である。
【図１１】封止部材の他例を示した上方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図１２】封止部材の他例を示した下方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図１３】ホルダーの他の形状を示した斜視図である。
【図１４】本発明における電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料の特性を示した説明図である。
【図１５】本発明における、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の特性を示した説明図である。
【図１６】電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料に電場を加えたときの動作を示した模式図である。（ａ）は、電気刺激性高分子材料への電場の分布を示す模式図である。（ｂ）は、電気刺激性高分子材料への応力の発生状態を示した模式図である。（ｃ）は、電気刺激性高分子材料が変形した状態を示した模式図である。
【図１７】電気刺激性高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図１８】導電性高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図１９】イオン伝導高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図２０】高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図２１】図１７の軸封機構にセパレータを装着した状態を示す断面図である。
【図２２】図１８の軸封機構にセパレータを装着した状態を示す断面図である。
【図２３】弁構造に用いる高分子材料の特性を示した説明図である。
【図２４】電気刺激性高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構を示す断面図である。
【図２５】導電性高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構を示す断面図である。
【図２６】導電性高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構の他例を示す断面図である。
【図２７】イオン伝導高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構を示す断面図である。
【図２８】軸封機構を用いた弁構造の一例を示した断面図である。
【図２９】図２８の弁構造の封止状態を示した断面図である。
【図３０】図２８における軸封体の展開状態を示した説明図である。（ａ）は、軸封体の概略斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の表面側を示した展開図である。（ｃ）は、（ａ）の裏面側を示した展開図である。
【図３１】軸封機構を用いた弁構造を多方弁に応用した一例を示す断面図である。
【図３２】図３１における弁構造の流路切り換え状態を示した断面図である。
【図３３】図３１における軸封体の展開状態を示した説明図である。（ａ）は、軸封体の概略斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の表面側を示した展開図である。（ｃ）は、（ａ）の裏面側を示した展開図である。
【図３４】軸封機構を用いた弁構造を多方弁に応用した他例を示す断面図である。
【図３５】図３４における弁構造の流路切り換え状態を示した断面図である。
【図３６】ＣＡＥ解析に用いるワークを示した概略斜視図である。
【図３７】ＣＡＥ解析に用いる他のワークを示した概略斜視図である。
【図３８】ＣＡＥ解析によるワークの形状変形の一例を表した模式図である。
【図３９】ＣＡＥ解析によるワークの形状変形の他例を表した模式図である。
【図４０】変位測定装置を示した概略図である。
【図４１】変位測定装置による測定条件と変位量の測定結果を示したグラフである。（ａ）は、電圧の印加条件を示したグラフである。（ｂ）は、電圧印加時における電流の状態を示したグラフである。（ｃ）は、被測定体の変位量を示したグラフである。
【図４２】被測定体の屈曲変位部分を示した模式図である。（ａ）は、被測定体の変位部分を示した模式図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＥ部拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 装置本体
１５ 軸封部
２０、１６０ 軸封体
１３、１４ 漏れ流路
４０ ホルダー
４１ 上部ホルダー
４１ｃ 保持面
４５ 下部ホルダー
４５ｃ 保持面
５０、５１ 外部電極
１３０ａ シリンダ部
１３０ｂ ピストン
１３１ 装置本体
１３２〜１３５ 軸封体
１３７ 供給漏れ流路
１３８，１３９ 排出漏れ流路
１４０，１４１ 給排漏れ流路
１５０ 装置本体
１６０ 軸封体
１６１ 基材
１６２、１６３ 電極
１６６ 基部
１６７ 自由端部
１７０ ホルダー
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明における軸封機構とこの機構を用いた駆動装置を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の軸封機構は、本体内部に設けた軸封部に、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の軸封体を配設すると共に、軸封部に軸封体の膨縮又は変形による漏れ流体を流す流路を設けたものである。ここで、本発明における膨縮とは、軸封体が体積変化を伴いながら形状を変えることであり、また、変形とは、軸封体が体積変化を伴わずに形状を変えることと定義する。
【００３２】
本発明において用いる高分子材料は、少なくとも、電気刺激性高分子材料（誘電エラストマー）、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の４種類を含んでいる。ここで、各高分子材料の特性を図１４、図１５に示す。
【００３３】
電気刺激性高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を加えたときに印加方向と垂直方向に拡大変形して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら旧位に復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、電気刺激性高分子材料を使用した軸封装置は、非通電時において流路が形成される、いわゆる、ノーマリーオープン（ＮＯ）の素子動作となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が変形するものである。この場合、エラストマー材料の表裏面にコンプライアントな電極を設け、この電極間に電位差を加える（電圧を加える）と、材料がクーロン効果により厚み方向が減少し、それにより表面方向が拡張する動作となる。
【００３４】
導電性高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に膨張しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、導電性高分子材料を使用した軸封装置は、非通電時において軸封状態となる、いわゆる、ノーマリークローズ（ＮＣ）の素子状態となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が膨張・収縮するものである。この場合、導電性高分子材料に電位差を加えると、空気中の水分の吸脱着により材料本体が膨張・収縮する。
【００３５】
イオン伝導高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、イオン伝導高分子材料を使用した軸封装置は、ＮＣの素子状態となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が膨張・収縮するものである。この場合、イオン伝導高分子材料に電位差を加えると、材料中の陽イオンが水分を伴って陰極側に移動し、この結果、材料本体の含水量に偏りが生じてこの材料本体が屈曲する。
【００３６】
電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して、軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、この電気刺激性高分子材料を使用した軸封装置は、ＮＣの素子状態となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が変形するものである。
【００３７】
この電気刺激性高分子材料の一例として、例えば、ポリエーテル系ウレタンがある。この材料は、主剤と硬化剤とを混合して成り、主剤は、少なくとも、スチレン、ニトリル化合物、ＢＨＴ（ブチルヒドロキシトルエン）、フタル酸エステルを含んでいる。また、硬化剤は、少なくとも、フタル酸、ジフェニルメタンジイソシアネート、フタル酸エステルを含んでいる。各成分を含んだ具体的な電気刺激性高分子材料としては、例えば、株式会社エクシールコーポレーション社製 人肌（登録商標）のゲルシートがある。また、この電気刺激性高分子材料は、ポリエーテル系ウレタン以外にも、例えば、薄膜のシリコンであってもよく、この場合にも上記と同様の機能や特性を発揮できる。更に、同様の機能や特性を発揮できる材料であれば、上記以外の材料を用いてもよい。
【００３８】
上記の電気刺激性高分子材料は、図１６に示すように変形する。この図は、ポリウレタン・エラストマーである電気刺激性高分子材料を軸封体２５０とし、この軸封体２５０に対して、局部的に相対する固定電極２５１、２５２を介して電場を加えた（電圧を印加した）状態を示している。
図において、軸封体２５０を固定電極２５０、２５１で挟み、この固定電極２５０、２５１に電場を加えると、図１６（ａ）に示すように、固定電極２５０、２５１の相対部には、（１）誘電性ポリオール又は双極子モーメントを有するポリオールが電場により配向することにより、高分子鎖の構造が変化する。このとき、図１６（ｂ）に示すように、（２）誘電性エラストマーの相対固定電極２５１、２５２による電場のクーロン効果により厚み方向が減少し、それにより、軸封体２５０が平面方向に拡張する。また、（３）電荷の注入と偏在化により、両極において非対称な体積変化が誘起される。
【００３９】
また、固定電極２５１、２５２の外周周辺部においては、電場がこの固定電極２５１、２５２周辺部を最大値として、半径方向（平面方向）に等しく減衰分布することにより、上記の（１）から（３）までの３つの働きによる合成変形応力が作用し、固定電極２５１、２５２周辺部を最大値として平面方向で均等に減少していく応力分布が形成されることにより屈曲変形が起こる。
【００４０】
なお、何れの高分子材料も電気的外部刺激を加えたときと停止したときの各動作が逆になるような特性をもつように材料形状を成形してもよい。
また、何れの高分子材料を用いた場合でも、漏れ現象には、軸封状態において漏れの発生した状態である、いわゆる微少漏れを包含しており、また、電気的外部刺激を加えるときには、電気信号の値を変化させ、各軸封体の膨縮又は変形量を制御して軸封体の接触圧力の大きさを任意に制御可能に設けている。
【００４１】
上記のうち、電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料を用いた軸封体は、上下方向から保持可能なホルダーによって保持され、このホルダーの軸封体の保持面に、軸封装置の本体の外部まで電気的に繋がった電極を設けることにより、この電極から、軸封体に対して電気的外部刺激を印加又は停止できるようにしている。
【００４２】
図１７ないし図１９においては、上記の軸封体を電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料としたときに、これらをホルダーによって保持する場合の軸封装置の概略図を示している。
図１７における軸封装置は、軸封体を電気刺激性高分子材料とした場合であり、軸封体２０Ａは、同心状の貫通穴２１Ａを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。この軸封体２０Ａの上下面には、電極２２Ａ、２３Ａを設けている。
ホルダー４０Ａ、４５Ａは、軸封体２０Ａを上下側から保持し、このホルダー４０Ａ、４５Ａの軸封体２０Ａを保持する面側に電極５０Ａ、５１Ａを有し、この電極５０Ａ、５１Ａから電極２２Ａ、２３Ａを介して軸封体２０Ａに電圧を印加できるようにしている。
【００４３】
この軸封装置の図示しない電源をＯＮにし、ホルダー４０Ａ、４５Ａの電極間に電位差を加えると、図１４、図１７（ａ）に示すように、ホルダー４０Ａ、４５Ａ間に保持された軸封体２０Ａが径方向に拡張するように変形し、また、電位差を除く（電源をＯＦＦにする）と、図１７（ｂ）に示すように径方向に縮径するように変形する。
【００４４】
また、図１８における軸封装置は、軸封体を導電性高分子材料とした場合であり、軸封体２０Ｂは、同心状の貫通穴２１Ｂを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。また、軸封体を導電性高分子材料とした場合には、材料自体が電流を通す特性を有しているため、軸封体の上下面に電極を設ける必要はない。
ホルダー４０Ｂ、４５Ｂは、軸封体２０Ｂを上下側から保持し、このホルダー４０Ｂ、４５Ｂの軸封体２０Ｂを保持する面側に電極５０Ｂ、５１Ｂを設けており、この電極５０Ｂ、５１Ｂから軸封体２０Ｂに電圧を印加する。
【００４５】
ホルダー４０Ｂ、４５Ｂの電極間に電位差を加えると、図１４、図１８（ａ）に示すように、ホルダー４０Ｂ、４５Ｂ間に保持された軸封体２０Ｂは、径方向に収縮し、また、電位差を除くと、軸封体２０Ｂは、径方向に対して旧位に膨張しながら復帰する。
【００４６】
図１９における軸封装置は、軸封体をイオン伝導高分子材料とした場合であり、軸封体２０Ｃは、同心状の貫通穴２１Ｃを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。軸封体２０Ｃの上下面には、電極２２Ｃ、２３Ｃを設けている。
ホルダー４０Ｃ、４５Ｃは、軸封体２０Ｃを上下側から保持し、このホルダー４０Ｃ、４５Ｃの軸封体２０Ｃを保持する面側に電極５０Ｃ、５１Ｃを設けており、この電極５０Ｃ、５１Ｃから軸封体２０Ｃに電圧を印加する。
【００４７】
ホルダー４０Ｃ、４５Ｃの電極間に電位差を加えると、図１４、図１９（ａ）に示すように、ホルダー４０Ｃ、４５Ｃ間に保持された軸封体２０Ｃは、下面側が膨張、上面側が収縮し、その結果、全体が湾曲するように変形して縮径方向に小さくなる。また、電位差を除いたときには、軸封体２０Ｃは、径方向に対して旧位に変形しながら復帰する。
【００４８】
一方、図２０においては、電気的外部刺激を加えたときの当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料を用いた軸封体を保持するときの軸封装置の概略図を示している。
この軸封装置において、軸封体２０Ｄは、同心状の貫通孔２１Ｄを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。この軸封体２０Ｄには、この軸封体２０Ｄの上下面の一部を挟んだ状態で電極２２Ｄ、２３Ｄが設けられている。この電極２２Ｄ、２３Ｄは、本体外部まで電気的に繋がっており、この電極２２Ｄ、２３Ｄから軸封体２０Ｄの一部に対して電気的外部刺激が印加又は停止できるようになっている。更に、軸封体２０Ｄは、この電極２２Ｄ、２３Ｄを介して上下方向からホルダー４０Ｄ、４５Ｄにより保持されている。
【００４９】
ホルダー４０Ｄ側の電極２２Ｄをプラス極、ホルダー４５Ｄ側の電極２３Ｄをマイナス極としてこれらの電極２２Ｄ、２３Ｄの間に電位差を加えると、図１５、図２０（ａ）に示すように、軸封体２０Ｄの電極２２Ｄ側が電極２３Ｄ側に屈曲変形して軸封体２０Ｄの表出した一部が湾曲するように変形し、軸封体２０Ｄの外周部付近が径方向に収縮した形状になる。
また、この電位差を除くと、軸封体２０Ｄは径方向に対して旧位に変形しながら復帰する。
【００５０】
なお、何れの高分子材料を用いる場合にも、軸封体材料の成形形状を変える事により電気的外部刺激を加えたときと停止したときの動作（ＮＯ、ＮＣの動作）を、上記の図面の動作とは逆の動作にすることが可能である。この場合にも、作用及び効果は上記と同一である。また、これは、以降の例についても同様である。
【００５１】
更に、軸封体は、ホルダーを保持した状態で膨縮又は変形させる以外にも、ホルダーとセパレータを装着した状態で膨縮又は変形させることもできる。軸封体にセパレータを装着する場合の軸封装置を説明する。
【００５２】
図２１、２２においては、軸封体にホルダー及びセパレータを装着した概略図を示している。
図２１の軸封装置は、軸封体を電気刺激性高分子材料とした場合であり、軸封体３０Ａは、同心状の貫通穴３１Ａを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。この軸封体３０Ａの上下面には、電極３２Ａ、３３Ａを設けている。
ホルダー４０Ａ、４５Ａは、軸封体３０Ａとセパレータ３５Ａを上下側から保持し、保持面側には、電極５０Ａ、５１Ａを有している。
セパレータ３５Ａは、可じょう性の導電性材料によって電極３２Ａと電極５０Ａを導通状態にしている。セパレータ３５Ａは、コンプライアントな同心状の貫通穴３６Ａを有し、軸封体３０Ａの上面側に接着等の手段によって固着する。
【００５３】
この軸封装置に対して、ホルダー４０Ａ、４５Ａの電極間に電位差を加えると、図１４、図２１（ａ）に示すように、ホルダー４０Ａ、４５Ａ間に保持された軸封体３０Ａは、径方向に拡張しようとするが、このとき、上部側に設けたコンプライアントなセパレータ３５Ａにより軸封体３０Ａの上部側の拡張が妨げられ、その結果、軸封体３０Ａは、セパレータ３５Ａを基準として上向きに湾曲変形する。また、電位差を除くと、図２１（ｂ）に示すように旧位に復帰するように変形する。
【００５４】
図２２における軸封装置は、軸封体を導電性高分子材料とする場合であり、電気刺激性高分子材料の場合と同様に、軸封体３０Ｂが、同心状の貫通穴３１Ｂを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。セパレータ３５Ｂは、軸封体３０Ｂの上面側に接着等の手段で固着する。ホルダー４０Ｂ、４５Ｂは、軸封体３０Ｂとセパレータ３５Ｂを上下側から保持し、保持面側には、電極５０Ｂ、５１Ｂを有している。
【００５５】
この軸封装置に対して、ホルダー４０Ｂ、４５Ｂの電極間に電位差を加えると、図１４、図２２（ａ）に示すように、ホルダー４０Ｂ、４５Ｂ間に保持された軸封体３０Ｂは、径方向に収縮しようとするが、このとき、上部側に設けたコンプライアントなセパレータ３５Ａにより軸封体３０Ｂの上部側の収縮が妨げられ、その結果、軸封体３０Ｂは、セパレータ３５Ａを基準として、下向きに湾曲変形する。また、電位差を除いたときには、旧位に膨張しながら復帰する。
【００５６】
なお、イオン伝導高分子材料は、前記のように、ホルダー４０Ｃ、４５Ｃのみを装着した状態で、電位差を加えれば湾曲変形するようになっているため、セパレータの装着は必要ないが、必要に応じてセパレータを取付けるようにしてもよい。この場合、軸封体は、セパレータによって補強され、セパレータを設けない場合と同様に動作できる。
【００５７】
また、電気的外部刺激を加えたときの当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料は、上下面の一部が電極によって挟まれた状態であればよいため、イオン伝導高分子材料と同様にセパレータを装着する必要はないが、必要に応じてセパレータを設けてもよい。
以上のように、本発明の軸封装置は、各種の高分子材料を用いて異なる内部構造によって構成でき、これにより、実施の状況に応じて適宜の構成に設けることができる。
【００５８】
次に、本発明における軸封装置の開閉動作を、上記の中から代表的な例を用いてより詳細に説明する。
図３ないし図５においては、本発明における軸封装置の一例を示している。この例における軸封装置は、軸封体を電気刺激性高分子材料により形成し、この軸封体をホルダーのみによって保持する構造としている。装置本体１０は、ハウジング１１の内部に軸封部１５を設け、この軸封部１５に軸封体２０を配設すると共に、軸封部１５に軸封体２０の変形により漏れ流体を漏らすことのできる漏れ流路１３、１４を設けている。
【００５９】
ハウジング１１は、略筒状に形成し、軸封部１５により、このハウジング１１内部の流路を軸封可能に設けている。この軸封部１５には座面１６を形成し、この座面１６の両側に漏れ流路１３、１４を周方向に向けて略平行に設けている。軸封部１５内への軸封体２０の配設後には、軸封体２０を変形したときに座面１６に対して軸封体２０の当接面２４が当接することで軸封でき、また、漏れ流路１３、１４が連通することで流体を漏らすことが可能になっている。なお、図示しないが、漏れ流路１３と１４には、継手やパイプ等の適宜の管路を接続して流路を構成できる。
【００６０】
軸封体２０は、可じょう性電極である上面電極２２、下面電極２３を伴っており、この電極２２、２３に対して電圧を印加し、このとき、電気信号の値を変化させることが可能になっている。また、軸封体２０は、この電気信号を変化させることで変形量を制御可能であり、座面１６との接触圧力の大きさを任意に変えることができるようになっている。軸封体２０は、略円形状の外形を呈し、中央部位には貫通穴２１を設けている。軸封体２０の外形形状は、図のような環形状以外にも、例えば、矩形、台形などの四角形や、又は、多角形などの各種形状に設けることもできるのは勿論である。
軸封体２０の外周側には当接面２４を形成し、この当接面２４は、ハウジング１１の座面１６に当接でき、このとき、軸封状態及び接触面圧力が調整可能な微少漏れ状態にでき、また、離間させたときに軸封を解除して漏れの状態にできる。
【００６１】
図６、図７において、ホルダー４０は、上部ホルダー４１と下部ホルダー４５よりなり、このホルダー４１、４５により軸封体２０を挟んでいる。
上部ホルダー４１は、略筒状の筒部４１ａとこの筒部４１ａの下部に鍔部４１ｂを有している。この上部ホルダー４１には、軸封体２０を保持する鍔部４１ｂの下面側の保持面４１ｃから筒部４１ａの内周面の一部まで軸方向に沿うように外部電極５０を形成しており、この外部電極５０を装置本体１０の外部まで繋げている。外部電極５０に電圧を印加すると、この電圧は軸封体２０の上面電極２２側まで印加できるようになっている。このように、外部電極５０は、立体回路により成形部品である上部ホルダー４１の表面上にパターニングされる。
【００６２】
下部ホルダー４５は、略円柱状の円柱部４５ａとこの円柱部４５ａの下部に鍔部４５ｂを有している。この下部ホルダー４５には、軸封体２０を保持する保持面４５ｃから円柱部４５ａの外周面の一部まで軸方向に沿うように外部電極５１を形成しており、この外部電極５１を装置本体１０の外部まで繋げている。外部電極５１に電圧を印加すると、この電圧は軸封体２０の下面電極２３側まで印加できるようになっている。このように、外部電極５１は、外部電極５０と同様に、立体回路により下部ホルダー４５の表面上にパターニングされる。
【００６３】
上下ホルダー４１、４５の鍔部４１ｂ、４５ｂの外径は、軸封体２０の外径と略等しく形成している。また、下部ホルダー４５における円柱部４５ａの外径は、上部ホルダー４１の筒部４１ａの内周面内径と軸封体２０の貫通穴２１の内径よりも小さく形成し、筒部４１ａ内周部と円柱部４５ａを挿入できるようにしている。
【００６４】
軸封体２０は、貫通穴２１に下部ホルダー４５の円柱部４５ｄを挿入し、下部ホルダー４５の円柱部４５ａを上部ホルダー４１の筒部４１ａに挿入することにより、鍔部４１ｂと鍔部４５ｂの間に挟着される。これにより、各鍔部４１ｂ、４５ｂ側の外部電極５０、５１を軸封体２０の上面電極２２、下面電極２３に当接させた状態で一体化できる。このとき、軸方向の外部電極５０、５１は、対向する円周位置に設けているため、互いに接触すること無く回路が短絡することがない。
また、円柱部４５ｄと４５ａの段差隙間により、電極５１は、上部ホルダー鍔部下部４１ｃにパターニングされた外部電極５０との短絡をすることがない。各外部電極５０、５１に電圧を印加し、軸封体２０に電圧が加わったときには、この軸封体２０は、周方向に変形して拡径できるようになっている。
【００６５】
ホルダー４１、４５は、軸封体２０を上下方向から局部的に圧接しながら保持できるようになっており、この圧接部分により、軸封体の通過漏れを防ぎ、また、電気の通電を行うことが可能になっている。また、この圧接部分以外は、軸封体２０の膨縮が抵抗なく可能になるように、適当なすき間を設けている。
また、図４のように、上部ホルダー４１の筒部４１ａ内周面の上方側、下部ホルダー４５の円柱部４５ａ外周面の上方側には、それぞれ溝部５４、５５を設けており、この溝部５４、５５に図示しない配線を接続し、この配線を介して装置本体１０の外部より各外部電極５０、５１に電圧を印加可能に設けている。
【００６６】
上記のように構成することにより、軸封体２０を用いて人口筋肉であるＥＰＡＭ構造に設けることができ、軸封体２０の変形時に発生する力を大きくでき、また、軽量であり、駆動構造が単純で小型、動作時の音が静か、低電圧で駆動可能などの優れた特性を有した構造となっている。
【００６７】
軸封体２０は、ホルダー４１および４５を装着した状態で、略筒状に形成した装着体１７に装着し、この装着体１７をハウジング１１内に装着することで、軸封体２０を本体１０内の適切な位置に配設できるようになっている。装着体１７とハウジング１１の間にはＯリング１８を設けており、このＯリング１８でこれらの間の漏れを防いでいる。
また、装着体１７とホルダー４１を一体に設けても同様の効果を発揮することができる。
【００６８】
電源回路６０は、各外部電極５０、５１に接続してこの外部電極５０、５１に電圧を印加可能に設けたものであり、この回路６０内に、可変電源６１、スイッチ６２と可変抵抗器６３を有し、スイッチ６２をオンすると、回路が閉じられて軸封体２０の電極２２、２３に異極の電圧を印加して充電できる。例えば、上部ホルダー４１の外部電極５０に−極の電圧を加えた場合には、下部ホルダー４５の外部電極５１には＋極の電圧が加わるようになっている。また、この電圧を可変電源６１や可変抵抗器６３により調節可能に設けている。
【００６９】
続いて、本発明の軸封装置の上記実施例における作用を説明する。
図３の状態から図５のようにスイッチ６２をオンすると、上部ホルダー４１の外部電極５０と、下部ホルダー４５の外部電極５１に異なる極性の電圧が印加され、この電圧は、軸封体２０の上下面電極２２、２３に印加される。これにより、軸封体２０は、周方向に拡径するように変形し、この変形により、軸封体２０の当接面２４が本体１０の座面１６に加圧接触し、漏れ流路１３と１４の間の流路を軸封して流体を封止することができる。
【００７０】
このとき、可変電源６１や可変抵抗器６３の調節により電圧の印加量（電圧の大きさや電圧の印加時間（過渡応答））を制御して軸封体２０の変形量や変形応答時間を調節できるため、座面１６に対して適切な押圧力によって当接面２４を接触させることができ、これにより漏れを効果的に防いで軸封効果を高めることができる。また、漏れ状態から、徐々に電圧を上げることで、軸封体を変形させて微少レベルの漏れから封止までの状態を任意に制御できる。更に、この軸封状態から印加電圧を少しずつ下げることで、軸封状態を維持したままで漏れを発生させる、いわゆる微少漏れを制御することもできる。更に、続けて印加電圧を下げることにより、軸封体２０による後述の隙間δの量を調節することができ、これにより所定の流量に制御することができる。このように、装置本体１０は、漏れを発生するか、或は漏れ量をゼロとする制御以外の、微少レベルの漏れ量の制御を行うこともできる。
【００７１】
一方、図５の状態から図３のようにスイッチ６２をオフすると、外部放電回路は、図示しないが、外部電極５０、５１を介して軸封体２０の上下面電極２２、２３から電荷を放電する。これにより、軸封体２０は非通電状態となって周方向に縮径するように変形し、この変形により軸封体２０（当接面２４）とハウジング１１（座面１６）の間に同心円状の隙間δが生じ、この隙間δから、それまでの封止状態の流体を漏らすように流して漏れ流路１３と１４を連通することができる。
この場合、スイッチ６２のオフ時における隙間δの量は、装置本体１０の固有のものとなるため、この装置固有の漏れ量を発生させることができ、この漏れ量を、一定の流体流量として利用することができる。これにより、この軸封装置を、例えば、電磁弁等にも応用することができる。
【００７２】
このように、装置本体１０は、軸封体２０に外部電極５０、５１を介して電気的外部刺激を与えることによりこの軸封体２０を拡径又は縮径側に変形させているので、軸封体２０を移動させることなく軸封状態として流体を封止したり、又は、軸封状態を解除して漏れ量を調節しながら流体を流すことができる。
また、このような軸封体２０のみを可動部分とした内部構造により、ネジ送り機構などの動作機構を設ける必要が無いため、流体を封止・非封止する場合には可逆的な切換動作によって容易に行うことができ、しかも、軸封体２０は、可動時にねじれたりすることがないため、傷が付いたり劣化したりするのが防がれ、優れた軸封機能を維持できる。
【００７３】
なお、この例においては、軸封体を電気刺激性高分子材料としているため、電圧を印加した場合に軸封体が拡縮変形するようになっているが、軸封体を導電性高分子材料とすると、電圧を印加した場合には軸封体が膨張・収縮によって拡縮する。また、軸封体をイオン伝導高分子材料、又は電気的外部刺激を加えたときの当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料とすると、電圧を印加した場合に軸封体が変形する。
また、漏れ流路１３と１４は、何れが１次側、２次側であってもよく、任意の方向に流体を漏らしたり封止したりすることができる。
【００７４】
次に、本発明における軸封装置の他例を説明する。なお、以降の例において、上記例と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。また、この例の場合にも、上記例と同様に、軸封体として用いる高分子材料は、少なくとも、電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の４種類を含んでいるが、説明上、この例では電気刺激性高分子材料を用いた場合を述べる。
【００７５】
この例では、図８ないし図１０のように、軸封体８０、８５を本体７０内に少なくとも２つ以上設け、この軸封体８０、８５をそれぞれ上下方向から保持可能なホルダー９０を設け、このホルダー９０の軸封体の保持面に、本体７０の外部まで電気的に繋がった電極を設けて、この電極からの電気的外部刺激の印加又は停止により軸封体８０、８５を変形させて、本体７０の略筒状のハウジング７１に形成した少なくとも３つ以上の漏れ流体の流路７３、７４、７５を切換え可能に設けたものである。
【００７６】
図１１、図１２のように、ホルダー９０は、第１ホルダー９１、第２ホルダー９２、第３ホルダー９３、第４ホルダー９４よりなり、これらのホルダー９１、９２、９３、９４の間に２つの軸封体８０、８５と、１つのスペーサ９５を介在させている。
第１ホルダー９１は、略筒状の筒部９１ａとこの筒部９１ａの下部に鍔部９１ｂを有した形状に設けている。電極１００は、軸封体８０を保持する鍔部９１ｂの下面側と筒部９１ａの内周面の一部に軸方向に沿うように形成して本体７０の外部に繋げている。これにより、筒部９１ａの上方側から電極１００に電圧を印加したときに、この電圧を軸封体８０の上面８２に印加できるようにしている。
【００７７】
第２ホルダー９２は、略筒状の筒部９２ａとこの筒部９２ａの下部に鍔部９２ｂを有した形状に設け、電極１０１は、鍔部９２ｂの上面側と筒部９２ａの外周面の一部に軸方向に沿うように形成して本体７０の外部に繋げている。これにより、電極１０１から電圧を印加したときに、この電圧を軸封体８０の下面８３に印加できるようにしており、この電圧は、第１ホルダーの電極１００と異なる極性になっている。
【００７８】
第３ホルダー９３は、略筒状の筒部９３ａとこの筒部９３ａの下部に鍔部９３ｂを有した形状に設け、電極１０２は、鍔部９３ｂの下面側と筒部９３ａの内周面の一部に軸方向に沿って形成して本体７０の外部に繋げている。
また、第４ホルダー９４は、略円柱状の円柱部９４ａとこの円柱部９４ａの下部に鍔部９４ｂを有した形状に設け、電極１０３は、鍔部９４ｂの上面側と円柱部９４ａの外周面の一部に軸方向に沿って形成して本体７０の外部に繋げている。第４ホルダーの電極１０３は、第３ホルダーの電極１０２と異なる極性になっている。
【００７９】
各ホルダー９１、９２、９３、９４の電極１００、１０１、１０２、１０３は、筒部９１ａ、９２ａ、９３ａ及び円柱部９４ａの上面側より外部に取出し可能であり、各電極に対して外部の電源回路から電圧を印加できるようにしている。なお、この例では電源回路を省略し、引出し用の線のみを記している。
【００８０】
各鍔部９１ｂ、９２ｂ、９３ｂ、９４ｂの外径は、軸封体８０、８５、及びスペーサ９５の外径と略等しく形成している。スペーサ９５の外径は、適宜小さくしてもよい。また、第１ホルダー９１の筒部内径＞第２ホルダー９２の筒部外径、第２ホルダー９２の筒部内径＞第３ホルダー９３の筒部外径、第３ホルダー９３の筒部内径＞第４ホルダー９４の円柱部外径の関係になるようにし、軸封体８０、８５、及びスペーサ９５は、それぞれ、第１ホルダー９１と第２ホルダー９２の間、第３ホルダー９３と第４ホルダー９４の間、第２ホルダー９２と第３ホルダー９３の間に装着可能な貫通穴を有している。
【００８１】
これらを一体化する場合、軸封体８０を第１ホルダー９１と第２ホルダー９２の間、軸封体８５を第３ホルダー９３と第４ホルダー９４の間に挟み、第２ホルダー９２と第３ホルダー９３の間にスペーサ９５を介在した状態で、各筒部及び円柱部をそれぞれ上方に位置する対応する筒部に挿入する。このとき、第１ホルダー９１と第２ホルダー９２の電極１００と電極１０１、第３ホルダー９３と第４ホルダー９４の電極１０２と電極１０３は接触しないようになっており、各電極に電圧を加えた場合には、各軸封体８０、８５の上下面に極性の異なる電圧が加わって、各軸封体８０、８５がそれぞれ周方向に拡径できるようにしている。
一体化した軸封体８０、８５は、ホルダー９０とスペーサ９５と共に略筒状に設けた装着体７８に装着し、この装着体７８をＯリング７９を介してハウジング７１内に装着している。
また、装着体７８とホルダー９１は一体に設けてもよい。
【００８２】
図８の状態において、電極１００、１０１への印加を停止し電極１０２、１０３に電圧を印加すると、この電圧により軸封体８５が拡径側に変形し、軸封体８５の当接面８９が座面７７に加圧接触し、これにより、漏れ流路７４と漏れ流路７５の間の流路が閉じられる。一方、漏れ流路７３と漏れ流路７４の間の軸封体８０は、非通電状態であることにより縮径した状態を維持し、これにより、当接面８４と座面７６の間に隙間δ´が生じ、この隙間δ´を介して漏れ流路７３と漏れ流路７４が連通状態になって漏れ流路が形成される。
【００８３】
一方、図８の状態から電極１０２、１０３への印加を停止し、電極１００、１０１に電圧を印加すると、図１０の状態となる。図において、軸封体８５は、非通電状態となるため縮径した変形状態となり、当接面８９と座面７７の間には隙間δ"が生じる。一方、軸封体８０は、通電状態になるため拡径側に変形し、この軸封体８０の当接面８４が座面７６に加圧接触する。これにより、漏れ流路７３と漏れ流路７４の間の流路が閉じられ、一方、漏れ流路７４と漏れ流路７５の間の流路は連通した状態となる。
以上のように、この例では、複数の軸封体８０、８５を設け、電圧の印加を制御することによりこれらの軸封体８０、８５を変形させて、各軸封体８０、８５の当接面８４、８９を漏れ流路７３、７４、７５の間に設けた座面７６、７７に接離させることにより、漏れ流路を切換可能に設けている。この場合も、前記の例と同様に、印加電圧を制御することにより隙間δ"の量を変えて漏れ流量を調節することができ、更に、軸封体が加圧接触した状態で電圧を調節した場合には、微少漏れ量を制御することもできる。
【００８４】
図１３においては、ホルダーを他の形状に設けた場合を示しており、このホルダー１１０は、鍔部１１２の外径側に複数の穿孔穴１１３を設け、また、ホルダー１１０をハウジング１１５の軸封部１１６に収容したときに、この軸封部１１６と鍔部１１２の外周の間に間隙αを設けることができるようにしたものである。なお、本例においては、穿孔穴１１３を鍔部１１２の周方向の中間位置から外径側に設けている。
このホルダー１１０は、このような鍔部１１２の形状により、図示しない軸封体が膨縮又は変形したときに、この軸封体をガイドして形状を安定させることができ、また、鍔部１１２を、ホルダー１１０に装着した軸封体をハウジング１１５に挿入する際のガイドとすることができる。
【００８５】
このホルダー１１０に対して図示しない軸封体を設ける場合、軸封体の収縮時の外径が穿孔穴１１３の位置よりも小さくなるように設定し、ホルダー１１０に装着した軸封体を縮径側に収縮・変形させると、流体の通過面積を確保（増加）できることにより軸封漏れ時における漏れ量（流量）を大きくすることができる。一方、軸封体を拡径側に膨張・変形させると、穿孔穴１１３を塞いで流路を閉じることができ、流体を確実に封止することができる。鍔部は、軸封体の拡径時に流路が塞がれ、または、縮径時に流体の通過面積を増加できるものであれば、例えば、網目状の穴を形成することもでき、その態様にはこだわらない。また、このホルダーの鍔部の態様は、上述した何れの軸封装置の場合でも利用することができる。
【００８６】
図２においては、本発明の軸封装置を安全弁１２０に利用した例を示している。
図において、装置本体１２１は、電圧の印加又は印加の停止により周方向に膨縮又は変形可能な軸封体１２２を有し、この軸封体１２２をハウジング１２３に収納している。ハウジング１２３は、内部流路が連通するように配管１２４に取付けられている。また、圧力センサ１２５は、配管１２４内部の圧力の変動を電圧として発信し、配管１２４内の圧力変化を検出可能に設けている。スイッチ回路１２６は、圧力センサ１２５と装置本体１２１の間に設け、この圧力センサ１２５の圧力の変動に応じて装置本体１２１への電圧の印加を停止できるようにしている。また、スイッチ回路１２６には、初期の配管内への圧力封入時において、軸封体１２２に所定の圧力値に到達する迄の間、暫定的に軸封体封止用の基準電圧値が印加される。
【００８７】
安全弁１２０は、配管１２４内の圧力値を圧力センサ１２５で検出し、この圧力値が所定以上になった場合に、スイッチ回路１２６により電圧の印加を停止し、この電圧印加の停止により、軸封体１２２を通常時の膨張・変形状態から収縮・変形させて装置本体１２１のハウジング１２３と軸封体１２２の間に隙間を生じさせ、この隙間から圧力ブリーフすることで配管１２４内の圧力を下げることができる。
又、ブリーフ後に、圧力が規定値以下に復帰した場合は、スイッチ回路１２６により、圧力センサ１２５の電圧が軸封体に１２２に印加され、軸封体１２２が収縮・変形状態から膨張・変形状態に変化し、圧力漏れを封止することができる。
【００８８】
次に、図１において、本発明の軸封機構をピストン・シリンダ駆動機構１３０等に利用した駆動装置の例を示している。
図において、装置本体１３１は、周方向に膨縮又は変形可能な４つの軸封体１３２、１３３、１３４、１３５をハウジング１３６内に収納してエア流路を切り換え可能に設けたものであり、ハウジング１３６には、供給漏れ流路１３７、排出漏れ流路１３８、１３９、給排漏れ流路１４０、１４１を形成している。供給漏れ流路１３７は、外部からの圧縮エアを装置本体１３１内に供給可能に設けており、また、排出漏れ流路１３８、１３９は、装置本体１３１内の圧縮エアを外部に排出可能に設けている。また、給排漏れ流路１４０、１４１は、シリンダ部１３０ａと繋がっており、装置本体１３１からこのシリンダ部１３０ａ内に圧縮エアを供給・排気可能に設けている。
【００８９】
各軸封体１３２、１３３、１３４、１３５は、排出漏れ流路１３８と給排漏れ流路１４１、この流路１４１と供給漏れ流路１３７、この漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４０、この流路１４０と排出漏れ流路１３９の間にそれぞれ設け、各軸封体１３２、１３３、１３４、１３５に電圧の印加の制御を行うことで、この軸封体１３２、１３３、１３４、１３５をそれぞれ膨縮又は変形させて、各流路の間を軸封可能に設けている。
【００９０】
図１（ａ）において、軸封体１３２、１３４への電圧の印加を停止してこれらを縮径側に収縮・変形させ、一方、軸封体１３３、１３５に電圧を印加してこれらを拡径側に膨張・変形させるように制御すれば、図のように、供給漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４０、給排漏れ流路１４１と排出漏れ流路１３８の間の流路がそれぞれ連通すると共に、排出漏れ流路１３９と給排漏れ流路１４０、給排漏れ流路１４１と供給漏れ流路１３７の間の流路がそれぞれ塞がれる。
この状態で、供給漏れ流路１３７側から圧縮エアを供給すると、この圧縮エアは、給排漏れ流路１４０を介してシリンダ部１３０ａ内に送り込まれ、図においてピストン１３０ｂを左方に移動させる。このピストン１３０ｂの移動により、シリンダ部１３０ａ内の圧縮エアは、給排漏れ流路１４１を介して排出漏れ流路１３８より排出される。
【００９１】
一方、図１（ｂ）において、軸封体１３２、１３４に電圧を印加してこれらを拡径側に膨張・変形させ、また、軸封体１３３、１３５への電圧の印加を停止してこれらを縮径側に収縮・変形させるように制御すれば、図のように、供給漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４１、給排漏れ流路１４０と排出漏れ流路１３９の間の流路がそれぞれ連通すると共に、給排漏れ流路１４１と排出漏れ流路１３８、供給漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４０の間の流路がそれぞれ塞がれる。
この状態で、供給漏れ流路１３７側から圧縮エアを供給すると、この圧縮エアは、給排漏れ流路１４１を介してシリンダ部１３０ａ内に送り込まれ、図においてピストン１３０ｂを右方に移動させる。このピストン１３０ｂの移動により、シリンダ部１３０ａ内の圧縮エアは、給排漏れ流路１４０を介して排出漏れ流路１３９より排出される。
このように、ピストン・シリンダ駆動機構１３０において、各軸封体１３２、１３３、１３４、１３５への電圧の印加を制御して流路を切換えることができ、１つの供給漏れ流路１３７から圧縮エアを供給してピストン１３０ｂを往復動させることができる。
【００９２】
以上のように、本発明の軸封装置を用いて、安全弁１２０と、ピストン・シリンダ駆動機構１３０を設けた場合を説明したが、これらはあくまでも例にすぎず、本発明の軸封装置は、流体流路の一次側と二次側を軸封したり、この軸封を解除して所定の漏れ量を発生させたりする等、微少漏れを制御するものであれば、各種の装置や機構などに応用できる。
【００９３】
また、図示しないが、本発明の軸封装置は、流路の一部として構成する以外にも、軸封部を部屋状に設けて軸封室とし、この軸封室に流体を収納することもできる。
また、装置本体を薬液に耐えうる材質や内部構造に設けることで、薬液の封止、又は、薬液の流量を制御しながら供給することもできる。これにより、例えば、液晶製造や半導体精密プラント等の一部として軸封装置を設けることができる。この場合、装置のインレット・アウトレット側に接続する管の材質を自由に選択することもでき、適用流体に応じて適宜変更することができる。
【００９４】
次に、軸封装置を用いた弁構造について述べる。
この場合の軸封装置は、本体にホルダーを介して環状の軸封体を装入し、この軸封体は、基部をホルダー又は本体に固定して基部の他端側を自由端部とし、軸封体に電気的外部刺激を加えたときに自由端部を軸封部として略真円状に拡縮させて軸封と漏れの何れかの状態にしたものである。
【００９５】
そして、この軸封装置を用いた弁構造は、本体に外部と連通する複数の流路を形成し、この流路の間に軸封体の自由端部である軸封部を軸封と漏れの何れかの状態にすることにより、流路を切り換え可能に設けたものである。
【００９６】
図２３においては、この弁構造に用いる軸封体の高分子材料を示している。この弁構造において使用する高分子材料は、前記の軸封装置と同様に、電気的外部刺激を介して膨張・変形でき、少なくとも、電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料の３種類を含んでいる。これらの高分子材料の特性は、前述と同様である。また、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の説明は省略するが、この高分子材料に関しても適宜の構成に設けることにより、以下に示す前記３種類の高分子材料と同様に軸封装置を用いた弁構造として利用できる。この高分子材料を用いる場合でも、その特性は前述と同様である。
【００９７】
軸封体は、高分子材料が電気刺激性高分子材料、又は、イオン伝導高分子材料である場合には板状基材の表裏面に電極を形成し、また、高分子材料が導電性高分子材料である場合には板状基材に電極を設ける必要がなく、この基材を環状に成形することで形成される。
また、軸封体は、高分子材料が電気刺激性高分子材料、又は、イオン伝導高分子材料である場合には、中空円筒状の内外周面に電極を一体に設けることで形成できる。
図２４ないし図２６においては、板状基材を環状に形成して軸封体を設けた場合の概略図を示している。
【００９８】
図２４における弁構造は、軸封体を電気刺激性高分子材料とした場合であり、この軸封体１６０Ａには、板状の基材１６１Ａの内外周に電極１６２Ａ、１６３Ａをパターニングし、この基材１６１Ａを同心状の中空円筒状に形成したものである。この軸封体１６０Ａの外周側には、コンプライアントな特性を有する材料である、例えば、樹脂からなるセパレータ１６８Ａを一体に接着し、このセパレータ１６８Ａを軸封体１６０Ａと一体に動作するようにしている。
【００９９】
ホルダー１７０Ａは、軸封体１６０Ａを内周側から保持し、このホルダー１７０Ａに設けた連通孔１７１Ａ、１７２Ａと、軸封体１６０Ａに設けた貫通穴１６４Ａ、１６５Ａを介して軸封体１６０Ａの電極１６２Ａ、１６３Ａに外部から電圧を印加できるようにしている。
また、軸封体１６０Ａは、ホルダー１７０Ａの連通孔１７１Ａ、１７２Ａに対して貫通穴１６４Ａ、１６５Ａを固着して基部１６６Ａを設け、この基部１６６Ａの他端側の自由端部１６７Ａ側をホルダー１７０Ａに対して略真円状に拡縮変形自在に設けている。
【０１００】
この弁構造の図示しない電源をＯＮにし、筒状の軸封体１６０Ａの内外周の電極１６２Ａ、１６３Ａ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ａは軸方向に拡張する方向に変形しようとする。このとき、軸封体１６０Ａは、セパレータ１６８Ａ側の形状が維持されようとするため、セパレータ１６８Ａ側で無い内周側がより拡張した形状となる。従って、軸封体１６０Ａは、図２３、図２４（ａ）に示すように、基準の円筒形状となるホルダー１７０Ａに対して、基部１６６Ａを除く自由端部１６７Ａ側が拡径変形する。
また、電位差を除くと、図２４（ｂ）に示すように、ホルダー１７０Ａに沿うように自由端部Ａ側が縮径変形するように旧位に復帰する。
【０１０１】
また、図２５、図２６における弁構造は、軸封体を導電性高分子材料とした場合であり、この場合には、軸封体１６０Ｂに電極を設ける必要はなく、基材１６１Ｂを同心状の中空円筒状に形成して形成したものである。セパレータ１６８Ｂは、図２４と同様に樹脂からなり、このセパレータ１６８Ｂは、図２３においては、軸封体１６０Ｂの外周側に一体に接着し、一方、図２６においては、軸封体１６０Ｂの内周側に一体に接着している。
【０１０２】
ホルダー１７０Ｂは、軸封体１６０Ｂを内周側から保持し、このホルダー１７０Ｂに設けた連通孔１７１Ｂ、１７２Ｂと、軸封体１６０Ｂに設けた貫通穴１６４Ｂ、１６５Ｂを介して軸封体１６０Ｂの外周面１６２Ｂ、内周面１６３Ｂに外部から電圧を印加できるようにしている。
また、軸封体１６０Ｂは、ホルダー１７０Ｂの連通孔１７１Ｂ、１７２Ｂに対して貫通穴１６４Ｂ、１６５Ｂを固着して基部１６６Ｂを設け、この基部１６６Ｂの他端側の自由端部１６７Ｂ側をホルダー１７０Ｂに対して略真円状に拡縮変形自在に設けている。
【０１０３】
図２５の弁構造において、軸封体１６０Ｂの内外周面１６２Ｂ、１６３Ｂ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ｂは軸方向に膨張しようとする。このとき、軸封体１６０Ｂは、セパレータ１６８Ｂ側の形状が維持されようとするため、セパレータ１６８Ｂ側で無い内周側がより膨張する。従って、軸封体１６０Ｂは、図２３、図２５（ｂ）に示すように、基準の円筒形状となるホルダー１７０Ｂに対して沿うように基部１６６Ｂを除く自由端部１６７Ｂ側が拡径する。また、電位差を除くと、図２５（ｂ）に示すように、自由端部１６７Ｂ側が収縮して旧位に復帰する。
【０１０４】
一方、図２６の弁構造において、軸封体１６０Ｂの内外周面１６２Ｂ、１６３Ｂ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ｂは軸方向に収縮しようとする。このとき、軸封体１６０Ｂは、セパレータ１６８Ｂ側の形状が維持されようとするため、セパレータ１６８Ｂ側で無い外周側がより収縮する。従って、軸封体１６０Ｂは、図２３、図２６（ａ）に示すように、ホルダー１７０Ｂに対して、基部１６６Ｂを除く自由端部１６７Ｂ側が拡径する。また、電位差を除くと、図２６（ｂ）のように、ホルダー１７０Ｂに対して沿うように自由端部１６７Ｂ側が膨張して旧位に復帰する。
【０１０５】
図２７における弁構造は、軸封体をイオン伝導高分子材料とした場合であり、軸封体１６０Ｃは、電気刺激性高分子材料の場合と同様に板状の基材１６１Ｃの内外周に電極１６２Ｃ、１６３Ｃをパターニングし、この基材１６１Ｃを同心状の中空円筒状に形成したものである。軸封体１６０Ｃは、図１９の軸封装置の場合と同様にセパレータを装着する必要はないが、必要に応じて取付けるようにしてもよい。
【０１０６】
ホルダー１７０Ｃは、軸封体１６０Ｃを内周側から保持し、このホルダー１７０Ｃに設けた連通孔１７１Ｃ、１７２Ｃと、軸封体１６０Ｃに設けた貫通穴１６４Ｃ、１６５Ｃを介して電極１６２Ｃ、１６３Ｃに外部から電圧を印加できるようにしている。
また、軸封体１６０Ｃは、ホルダー１７０Ｃの連通孔１７１Ｃ、１７２Ｃに対して貫通穴１６４Ｃ、１６５Ｃを固着して基部１６６Ｃを設け、この基部１６６Ｃの他端側の自由端部１６７Ｃ側をホルダー１７０Ｃに対して略真円状に拡縮変形自在に設けている。
【０１０７】
図２７の弁構造において、軸封体１６０Ｃの内外周の電極１６２Ｃ、１６３Ｃ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ｃは、内周面側が膨張し、外周面側が収縮するため、図２７（ａ）に示すように、基部１６６Ｃを除く自由端部１６７Ｃは、先端側がより拡径した形状となる。また、電位差を除くと、図２７（ｂ）に示すように、ホルダー１７０Ｃに沿うように自由端部１６７Ｃ側が旧位に復帰する。
【０１０８】
次に、上記の弁構造の流路の開閉動作を、上記の中から代表的な例を用いてより詳細に説明する。
図２８ないし図３０においては、軸封装置を用いた弁構造の一例を示している。
軸封体１６０は、図３０（ｂ）、（ｃ）に示すように、イオン伝導高分子製の板状の基材１６１の表裏面１６１ａ、１６１ｂに電極１６２、１６３を有し、この基材１６１を図３０（ａ）のように環状に成形したものである。図３０（ｂ）は、図３０（ａ）におけるａｂ−ａ´ｂ´線を切断線として軸封体１６０を展開した展開図であり、図におけるハッチング部分は、電極１６２を表している。また、図３０（ｃ）は、図３０（ａ）の裏面側の展開図であり、図におけるクロスハッチング部分は、電極１６３を表している。
【０１０９】
電極１６２、１６３は、軸封体１６０の軸方向において約半分の長さで帯状に形成した帯状電極１６２ａ、１６３ａを有し、軸封体１６０を真円状に成形したときにこの帯状電極１６２ａ、１６３ａが表裏面１６１ａ、１６２ｂに周設するようにしている。
また、帯状電極１６２ａ、１６３ａの他端部側には、貫通穴１６４、１６５を互いに対向して設けている。この貫通穴１６４、１６５は、帯状電極１６２ａ、１６３ａから引出すように設けた引出し電極１６２ｂ、１６３ｂによって帯状電極１６２ａ、１６３ａと結ばれ、貫通穴１６４、１６５よりこの引出し電極１６２ｂ、１６３ｂを介して電極全体に電圧を印加可能に設けている。このように、貫通穴１６４、１６５を介して表裏面の各電極１６２、１６３に電圧を印加する構成としているので、電極１６２と１６３が短絡することがなく、電圧の印加時には、軸封体１６０の表裏面１６１ａ、１６１ｂに対して、異なる極性の電圧を印加することができるようになっている。
【０１１０】
ホルダー１７０は、略円筒状の円筒部１７０ａと、この円筒部１７０ａよりやや拡径した拡径部１７０ｂと、この拡径部１７０ｂよりも拡径した蓋部１７０ｃより成っている。円筒部１７０ａは、図示しない外径が軸封体１６０の図示しない内径よりもやや小径になるように形成し、この外周側に軸封体１６０を装着可能に設けている。また、拡径部１７０ｂは、図示しない外径を本体１５０の図示しない内径と略同径かやや小径に設け、本体１５０の内径側に嵌入可能に設けている。蓋部１７０ｃは、本体１５０の開口端部１５２側を被蓋に可能な外径に形成している。
また、ホルダー１７０において、軸封体１６０の貫通穴１６４、１６５が対応する位置にはそれぞれ連通孔１７１、１７２を形成しており、この連通孔１７１、１７２を介して電源回路６０からの配線を電極１６２、１６３まで結線可能にしている。
【０１１１】
電源回路６０は、電源６１とスイッチ６２を有し、スイッチ６２をオンにしたときには、回路が閉じられて軸封体１６０の電極１６２、１６３に電圧を印加することができるようになっている。この回路６０内には、図示しない可変抵抗器を設けて電圧を調節するようにしてもよく、また、電源６１のプラスマイナスの極性は、図２８、図２９に示した極性に限ることなく、極性を入れ換えるようにしてもよい。
【０１１２】
軸封体１６０とホルダー１７０を装着する際には、貫通穴１６４、１６５を連通孔１７１、１７２の位置に合わせながら、軸封体１６０をホルダー１７０に対して拡径部１７０ｂの位置まで装着することで適切な位置決め状態で装着でき、電源回路６０をホルダー１７０内側から連通孔１７１、１７２を介して電極１６２、１６３に結線できるようになっている。この結線を行う場合には、電極１６３は、連通孔１７２を介して内周側の引出し電極１６３ｂに結線し、一方、電極１６２は、連通孔１７１と貫通穴１６４を通した状態で外周側の引出し電極１６２ｂに結線する。
【０１１３】
電源回路６０と電極１６２、１６３の結線後には、貫通穴１６４、１６５と連通孔１７１、１７２に適宜の固着材料を封入して軸封体１６０の基部１６６をホルダー１７０に固定し、この基部１６６の他端側を自由端部１６７とし、この自由端部１６７を、ホルダー１７０に対して略真円状に拡径又は縮径変形自在に設けている。また、固着材料の封入後には、貫通穴と連通孔を封止して、流体がホルダー１７０の内側に浸入するのを防いでいる。更に、ホルダー１７０の内側には、二点鎖線に示したポッティング材を充填するようにしてもよい。
【０１１４】
軸封体１６０は、ホルダー１７０を介して本体１５０に装入し、装入時には、ホルダー１７０の蓋部１７０ｃが本体１５０の開口端部１５２に当接するまで拡径部１７０ｂを嵌入させることで、自由端部１６７を弁座となる座面１５３に当接可能な適正な位置に配設可能になっている。また、開口端部１５２には環状溝部１５２ａを形成し、この環状溝部１５２ａにＯリング１５４を装着しているので、ホルダー１７０と本体１５０の一体化後には、このＯリング１５４が本体１５０とホルダー１７０の間をシールしてこの間から流体が漏れるのを防いでいる。
【０１１５】
また、円筒状の本体１５０の周面方向には、外部と連通する複数の流路１５５、１５６を形成し、この流路１５５、１５６の間に座面１５３を設けている。
この弁構造は、軸封体１６０に電気的外部刺激を加えることにより自由端部１６７を略真円状に膨縮又は変形させ、この自由端部１６７を軸封部として座面１５３に接離させて軸封又は漏れの何れかの状態にし、流路１５５、１５６を切り換え可能に設けたものである。
【０１１６】
図２８の状態からスイッチ６２をオンにすると、電極１６２、１６３に対して異なる極性の電圧が印加される。軸封体１６０は、両面にこのような電極１６２、１６３を配した状態で略円筒状に形成され、しかも、この軸封体１６０の基部１６６をホルダー１７０に固定して他端側を自由端部１６７としているので、電圧の印加時には、軸封体１６０の先端側にいくに従って拡径変形しようとする。これにより、軸封体１６０は、自由端部１６７が基部１６６側よりも円周方向に拡径した、いわゆる、末広がり状（ラッパ状）の形状となり、この拡径時の形状は、軸線に対して垂直方向の断面が略真円形状になる。この略真円状の自由端部１６７は、より電圧を加えたときに真円状の座面１５３に周面状に加圧接触して、流路１５５と流路１５６の間を閉じて軸封状態にすることができる。しかも、この軸封状態から印加電圧を少しずつ下げるように制御することにより、微少漏れ量を所定の流量に調節でき、軸封体１６０を弁体として動作させることができる。
【０１１７】
一方、図２９の状態からスイッチをオフにすると、軸封体１６０は非通電状態となり、図２８のように、自由端部１６７が元の状態に縮径変形し、軸封体１６０全体が略筒形状の状態に戻る。この変形により、軸封体１６０と本体１５０の間に隙間が生じ、この隙間により流路１５５と流路１５６が連通し、流体を流すことができる。
【０１１８】
このとき、自由端部１６７で確実に軸封シールするために、座面１５３を高い精度で加工して表面粗さや真円度などの寸法精度を向上させ、また、軸封体１６０とのシールに適した材料を選択して本体１５０を形成し、漏れの無いように設ける必要がある。この場合、例えば、軸封体１６０の縮径時における本体１５０と軸封体１６０の周方向における隙間が０．５ｍｍ程度になるように製作すれば縮径時に流体を流すことができるようになっており、また、軸封体１６０を拡縮径させたときの微少漏れも高精度に制御できる。
【０１１９】
なお、この例では、軸封装置を用いた弁構造として、軸封体をイオン伝導高分子材料とした場合を説明したが、電気刺激性高分子材料や導電性高分子材料、又は電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料、或はその他の高分子材料により軸封体を設けることもできることは勿論である。この場合、各高分子材料に対応した弁構造に設けるようにし、例えば、導電性高分子材料を軸封体とする場合には、軸封体に電極を設ける必要はない。また、電気刺激性高分子材料や導電性高分子材料を軸封体とする場合には、図２８の一点鎖線に示すように、軸封体１６０の外周側或は内周側に、可じょう性のセパレータ１６９を高分子材料に接着して設けるようにする。
【０１２０】
図３１ないし図３３においては、軸封装置を用いた弁構造を多方弁に応用した例でありこの弁構造は、軸封体１９０をイオン伝導高分子材料とし、軸封体１９０の略中央付近を基部１９６としてホルダー２００の円筒部２０１に固定し、軸封体１９０の両端側に自由端部１９７、１９８を設けている。
図３３に示すように、軸封体１９０は、基材１９１の軸方向の両端部側の表裏面１９１ａ、１９１ｂに帯状電極１９２ａ１、１９２ａ２、１９３ａ１、１９３ａ２をそれぞれ設け、この帯状電極１９２ａ１、１９２ａ２、１９３ａ１、１９３ａ２から軸方向における中央付近まで引出し電極１９２ｂ１、１９２ｂ２、１９３ｂ１、１９３ｂ２を延設して電極１９２、１９３を構成している。このとき、同極の電極を、１つの貫通穴を介して軸封体１９０の表裏面１９１ａ、１９１ｂの異なる端部側に配設して、１つの貫通穴から一端側の表面１９１ａ、他端側の裏面１９１ｂの電極に同じ極性の電圧を印加できるようにしている。
【０１２１】
例えば、貫通穴１９４は、引出し電極１９２ｂ１、１９２ｂ２と繋がっており、また、各引出し電極１９２ｂ１、１９２ｂ２は、帯状電極１９２ａ１、１９２ａ２に繋がっているため、貫通穴１９４より表裏面の電極１９２、１９２に同時に電圧を印加することができる。一方、貫通穴１９５についても同様に電極が構成されており、電圧の印加時には、貫通穴１９５から表裏面の電極１９３、１９３に同時に電圧を印加することができる。
また、この実施例では、図示しない電源回路の極性を切り換え可能に設けており、これにより、各電極１９２、１９３に対して異極の電圧を印加できるようにしている。
【０１２２】
本体１８０には、３つの流路１８５、１８６、１８７を周方向に向けて形成し、この３つの流路１８５、１８６、１８７に挟まれるように２つの内円筒環状部（座面）１８３、１８４を内周側に設けている。本体１８０にホルダー２００を介して軸封体１９０を装入すると、２つの自由端部１９７、１９８が２つの内円筒環状部１８３、１８４の位置に配設され、電圧の印加によって自由端部１９７、１９８を拡縮させたときに、この自由端部１９７、１９８が軸封部として内円筒環状部１８３、１８４に接離して、流路１８５、１８６、１８７を切り換えることができるようにしている。
【０１２３】
図３１においては、軸封体１９０に対して、自由端部１９７の表面側が収縮すると共に裏面側が膨張するように表裏面に電圧を印加した状態を示したものである。このとき、自由端部１９７は、略真円状を維持しながら拡径して内円筒環状部１８３に加圧接触して軸封状態となる。一方、自由端部１９８には自由端部１９７とは異なる極性の電圧が表裏面側に印加されるため、この自由端部１９８は、表面側が膨張すると共に裏面側が収縮しようとする。これにより、自由端部１９８は、内径方向に縮径し、内円筒環状部１８４から離間した状態となる。
この動作により、流路１８５と流路１８６の間は自由端部１９７の周方向シールによって軸封され、一方、流路１８６と流路１８７の間は隙間が生じて連通し、図のように、流路１８６から流路１８７側に流体を流すことができる。
【０１２４】
一方、図３２においては、電源回路からの電圧の極性を切り換えて、自由端部１９７に表面側が膨張すると共に裏面側が収縮するような極性の電圧を印加し、また、自由端部１９８に表面側が収縮すると共に裏面側が膨張するような極性の電圧を印加したものである。この場合、自由端部１９７は、内径方向に縮径して内円筒環状部から離間した状態となり、一方、自由端部１９８は、略真円形状を維持ながら拡径しようとする。
この動作により、流路１８５と流路１８６の間には隙間が生じると共に、流路１８６と流路１８７の間は軸封され、流路１８６から流路１８５側に流体を流すことができる。
この弁構造により、円筒状の本体１８０の内円筒環状部１８３、１８４を封止して、流路１８６からの流体を流路１８５又は流路１８７に切り換えることができるため、簡略化した構造によってコンパクト化を図り、安価に製作できる開閉弁を設けることができる。
【０１２５】
なお、このように、軸封体の両端側を自由端部とする場合、この実施例のように軸封体をイオン伝導高分子材料、或は、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料とすることで、基材の表裏面に、両側の自由端部で異なる極性の電極を設けた場合にも、電圧を印加したときに両側の自由端部をそれぞれ拡径、縮径させることができる。これは、イオン伝導高分子材料は、加える電圧の極性を変えることで変形（膨縮）方向を逆にすることができるためである。
電気刺激性高分子材料や導電性高分子材料で両端側を自由端部とする場合には、これらの高分子材料は、極性に関わらず電圧の印加又は停止時の変形・膨縮方向が決まっているため、１つの基材によって両側の自由端部を異なる方向に変形（膨縮）させることはできない。
従って、これらの高分子材料を用いて両端側に自由端部を設ける場合には、同じ材料で２つの基材を高分子材料の内周又は外周面に接着し一体に設け、各基材に電極を配した状態でこれらをホルダーに取付けるようにすればよい。
【０１２６】
続いて、図３４、図３５においては、軸封装置を用いた弁構造を多方弁に応用した他例を示したものである。この例では、図３１の軸封装置を軸方向に２つ連設した弁構造であり、各軸封体の自由端部を軸封部とし、この軸封部を軸封と漏れの何れかの状態にしてより多数の流路を切り換え可能に設けたものである。
【０１２７】
この弁構造は、本体２１０の周方向に５つの流路２１６、２１７、２１８、２１９、２２０を設け、この流路２１６、２１７、２１８、２１９、２２０に挟まれるように４つの内円筒環状部（座面）２１２、２１３、２１４、２１５を設けている。この本体２１０に対して、双方の開口端部２１１ａ、２１１ｂ側より、前述した軸封体１９０を装着したホルダー２００をそれぞれ装入し、各内円筒環状部２１２、２１３、２１４、２１５に対して軸封体１９０、１９０の自由端部１９７、１９８を接離可能に設けて５つの流路を切り換え可能な５方弁構造に設けている。また、軸封体１９０に対しては、図示しない異なる電源回路を配線し、軸封体１９０を個別に動作できるようにしている。
【０１２８】
図３４においては、上側の軸封体１９０における自由端部１９７を縮径させると共に自由端部１９８を拡径させる極性の電圧を電源回路から印加し、また、下側の軸封体１９０における自由端部１９７を縮径させると共に自由端部１９８を拡径させる極性の電圧を電源回路によって印加したものであり、この場合、流路２１８と流路２１９、及び、流路２１６と流路２１７が連通し、これら以外の流路の間は軸封された状態になる。これにより、流路２１８から流路２１９に流体を流すことができ、また、流路２１７からの流体を流路２１６側に流すことができる。
【０１２９】
一方、図３５においては、上側の軸封体１９０における自由端部１９７を拡径させると共に自由端部１９８を縮径させる極性の電圧を電源回路から印加し、また、下側の軸封体１９０における自由端部１９７を拡径させると共に自由端部１９８を縮径させる電圧を印加したものであり、この場合には、流路２１８と流路２１７、及び、流路２１９と流路２２０が連通し、これら以外の流路の間は軸封された状態になる。これにより、流路２１８から流路２１７に流体を流すことができ、また、流路２１９からの流体を流路２２０側に流すことができる。
【０１３０】
よって、この軸封装置を用いた弁構造は、流路２１７と流路２１９に、例えば、図示しない空気圧作動式のアクチュエータの給排気口を接続することで、図３４の状態において、流路２１８から圧縮空気を供給したときに、この圧縮空気を流路２１９を介して図示しないシリンダ内の第１の空気室に送ることができると共に、シリンダ内におけるピストンを挟んだ他方側の第２の空気室から圧縮空気を流路２１７を介して流路２１６より排気することができる。
【０１３１】
また、図３５の状態に流路を切り換えることにより、流路２１８から圧縮空気を供給したときに、この圧縮空気を流路２１７を介して第２の空気室に送ることができると共に、第１の空気室から圧縮空気を流路２１９を介して流路２２０より排気できる。
【０１３２】
このように、この軸封装置を用いた弁構造は、例えば、電磁切換弁として使用してアクチュエータの動作を制御することができ、上記のように、軸封体の自由端部を軸封部として少なくとも２つ以上の内円筒環状部（座面）に接離させて、流路を切り換えることもでき、また、本体内に軸封体を２つ以上配設することにより、多方弁として設けることができる。
【０１３３】
なお、この例においては、流路２１６、２１７、２１８、２１９、２２０を本体の異なる周方向に向けて形成しており、このような流路とすることにより、あらゆる態様の多方弁に適用することができる。
また、上記の各実施例においては、軸封体の基部をホルダーに対して取付けているが、軸封体を本体側に固定することもでき、この場合にも上記と同様に軸封や漏れ状態にすることができる。
【実施例１】
【０１３４】
次に、本発明における軸封体の変形状態をＣＡＥ解析によってシミュレーションし、本発明における軸封装置と弁構造に関する実施可能性を調べた。実際の軸封体は、膨張・収縮時の変形状態を確認することが難しいため、このようなＣＡＥ解析によってワークの変形状態を解析することにより、この解析結果を実際の軸封体の膨張・収縮時の変形に置き換えようとするものである。
ＣＡＥ解析の解析方法として、ワークの内外周に温度差を生じさせたときに、この温度差による熱膨張時の変形状態を確認するものとした。
【０１３５】
解析に使用したワークを図３６、３７に示す。図３６のように、ワークＡは、２４．８５℃（常温）において外径７ｍｍ、内径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの外形寸法からなる単層の円筒状とし、その一端側を拘束して自由端側を拡縮できるようにした。拘束条件としては、１０ｍｍの高さをＨ１部とＨ２部に２分割し、Ｈ１部を内周・外周側共に拘束し、Ｈ２部を内周・外周側共に自由端部とした。
このワークＡは、図２８において、軸封体１６０としてイオン伝導高分子材料を用いた場合の動きをシミュレートしようとするために用いるものであり、軸封体１６０の基部１６６付近を高さＨ１部、自由端部１６７付近を高さＨ２部に置き換えて解析しようとするものである。
【０１３６】
一方、図３７のワークＢは、ワークＡと同じ外形寸法にしたものを軸方向に沿って外径７ｍｍ（内径６ｍｍ）の部材Ｘと外径６ｍｍ（内径５ｍｍ）の部材Ｙに分割し、この部材Ｘと部材Ｙを組み合わせて一体化した。このとき、各部材同士が伝熱するのを防ぐために、部材Ｘと部材Ｙの間に図示しない断熱層を介在させるものとする。この断熱層は、０．１ｍｍの厚さとした。また、ワークＢの拘束条件は、ワークＡと同様であり、１０ｍｍの高さをＨ３部とＨ４部に２分割し、Ｈ３部を内外周共に拘束し、Ｈ４部を内外周共に自由端部とした。
ワークＢは、図２８の軸封体１６０を電気刺激高分子材料、又は、導電性高分子材料とし、セパレータ１６９を設けた場合の動きをシミュレートしようとするものであり、軸封体１６０を部材Ｙ、セパレータ１６９を部材Ｘとし、また、基部１６６付近を高さＨ３部、自由端部１６７付近を高さＨ４部に置き換えて解析しようとするものである。
【０１３７】
各ワークを構成する材料は、適宜の線膨張係数を有するものであればよく、例えば、ＴＦＥ(テトラフルオロエチレン)を材料とした場合、線膨張係数は、例えば、２０℃においては７９．０×１０−５／℃、０℃においては２０．０×１０−５／℃、３０℃においては１６．０×１０−５／℃、５０℃においては１２．４×１０−５／℃、−５０℃においては１３．５×１０−５／℃であり、温度値のない設定温度での線膨張係数は、回帰計算による値を採用した。また、各ワークの変形前、変形後におけるポアソン比は、０．４６とした。
【０１３８】
ワークＡに伝熱する際に、各部位に対する設定温度を表１に示す。このとき、ワークＡの内周側を内周内避面、外周側を外周外避面とし、各面に対する温度の組み合わせを表のようにした。
【０１３９】
【表１】
【０１４０】
ワークＢに伝熱する際の各部位に対する設定温度を表２に示す。ワークＢに対しては、部材Ｘ、部材Ｙのそれぞれに対して全体に温度を加えるようにした。これは、セパレータを装着した軸封体の軸封体・セパレータの変形状態を、ワークＢの内外周に相対的な温度差を加えたときの変形状態で置き換えようとするからである。
【０１４１】
【表２】
【０１４２】
このときの各ワークＡ、Ｂの状態は、内周を低温（マイナス温度）、外周を高温（プラス温度）に設定したときには、図３８の模式図に示すように、各ワークの先端部（自由端部）２３０側が、略真円状を維持しながら先端（上端）側になるに従ってより縮径した形状になる。このとき、内外周の温度差が大きくなるとこの傾向は更に強まっている。
【０１４３】
例えば、ワークＡの設定温度Ｎｏ．２における自由端部の最大変形量（縮径量）は、その内径側において０．００８ｍｍとなり、より温度差の大きい設定温度Ｎｏ．３における自由端部の最大変形量は、０．０１５ｍｍとなる。
また、ワークＢにおいては、設定温度Ｎｏ．７における自由端部の最大変形量は、０．００８ｍｍとなり、より温度差の大きい設定温度Ｎｏ．８における自由端部の最大変形量は、０．０１３ｍｍとなる。
【０１４４】
一方、各ワークＡ、Ｂの内周を高温（プラス温度）、外周を低温（マイナス温度）に設定すると、図３９の模式図に示すように、各ワークの先端部２３０´側は、略真円状を維持しながら、先端（上端）側になるに従ってより拡径した形状になり、略末広がり状の形状になる。この場合にも、内外周の温度差が大きくなると、この傾向は更に強まる。
【０１４５】
例えば、ワークＡの設定温度Ｎｏ．４における自由端部の最大変形量（拡径量）は、その外径側において０．０１０ｍｍとなり、より内外周の温度差の大きい設定温度Ｎｏ．５における自由端部の最大変形量は、０．０１５ｍｍとなる。
また、ワークＢにおいては、設定温度Ｎｏ．９における自由端部の最大変形量は、０．００８ｍｍとなり、また、より温度差の大きい設定温度Ｎｏ．１０における自由端部の最大変形量は、０．０１３ｍｍとなった。
【０１４６】
以上により、ワークＡ、Ｂの何れの場合でも、内周側の温度を外周側よりも低くすることでワーク先端側を略真円状に均等に縮径させることができ、また、この温度差の状態を内外周で入れ換えて、内周側の温度を外周側よりも高くすることでワークの自由端部（先端）側を略真円状に均等に拡径させることができるとの解析結果が得られた。
この解析結果を上記実施例の軸封体に置き換えると、軸封体の表裏面に極性の異なる電圧を加えた際には、真円状の断面形状を維持しながら膨縮又は変形によって形状が変わると言える。
このように、ＣＡＥ解析により電気的外部刺激を加えた場合の軸封体の変化の状態をシミュレーションすることで、この軸封体は、本発明の軸封構造並びに弁構造に適した材料であることが実証できた。
【実施例２】
【０１４７】
続いて、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の変形態様が軸封装置に応用可能であるかを確認するため、所定の電圧を印加し、その変位量を測定した。この測定は、図４０に示した変位測定装置２４０によりおこなった。
【０１４８】
変位測定装置２４０は、電気刺激性高分子材料である被測定体（人肌（登録商標）のゲルシート 品番Ｈ０−１）２４１を固定するためのスタンド２４２と、このスタンド２４２を移動することが可能な移動用ステージ２４３とを有している。また、高圧電源（松定プレシジョン株式会社製、型式ＨＪＰＱ−３０Ｐ１）２４４は、被測定体２４１を挟持する図示しない固定電極に繋がっており、被測定体２４１に電圧を印加できるようになっている。レーザ変位計（株式会社キーエンス製、型式ＬＪ−Ｇ０８０）２４５は、被測定体２４１に対してレーザＬを照射し、被測定体２４１の屈曲変位量を測定可能になっている。
【０１４９】
先ず、測定前に、被測定体２４１を変位測定装置２４０の固定電極で挟み、スタンド２４２に固定する。また、移動用ステージ２４３により、非測定体２４１とレーザ変位計２４５との距離を調節する。
【０１５０】
この状態で、高圧電源２４４を操作し、図４１（ａ）に示すように、被測定体２４１に対して０Ｖから７ｋＶまで２０秒ごとに１ｋＶずつ印加電圧を階段状に上げていき、そのときの被測定体２４１の屈曲変位量εをレーザ変位計２４５で測定した。図４１（ｂ）は、電圧印加時における電流の状態を示している。
【０１５１】
図４２に電圧を印加したときの被測定体２４１の動作を示す。図４２（ａ）に示すように、被測定体２４１は、電圧の印加によりマイナス極側に根元から屈曲変形する。その際、図４２（ｂ）おいて、電圧印加なし（０Ｖ印加）のときの被測定体２４１の端面２４１ａから、電圧印加時における角部２４１ｂまでの距離を変位量εとした。変位量εの推移を図４１（ｃ）のグラフに示す。
【０１５２】
図４１より、印加電圧が４ｋＶ以上になったときに被測定体２４１の変位が確認された。更に、印加電圧が７ｋＶに達すると、変位量εがおよそ１．１５ｍｍとなり、このときの変位量が最大となった。また、７ｋＶの電圧を印加した状態から印加電圧なし（０Ｖ印加）の状態まで印加電圧を下げると、被測定体２４１は、初期（電圧を印加する前）の形状まで戻ることが確認された。
【０１５３】
以上の測定結果により、上記の条件下において、被測定体２４１である電気刺激性高分子材料は、最大変形量が１．１５ｍｍと大きいため、本発明の軸封装置に用いる高分子材料として好適であると判断できる。
この場合、被測定体２４１は、電圧印加時にマイナス電極側に屈曲しているが、極性を反転した場合、屈曲方向が反対（プラス電極側）となることが確認された。これにより、実際の使用に際しては、その条件等により所望の屈曲方向に屈曲させることができる。
また、上記の場合、被測定体２４１が電圧印加時に屈曲変形し、変位量εによる隙間を形成することで、この電気刺激性高分子材料を利用してＮＣタイプのシール装置を構成できる。更に、この電気刺激性高分子材料を初期状態において屈曲した形状に成形し、一方、電圧を印加したときには平面形状に変形するように予め設けることにより、ＮＯタイプのシール装置を構成することも可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール部材を用いて流体を軸封する軸封機構を用いた駆動装置に関し、特に、電磁切換弁に替わるソレノイドレスの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、容器内の流体を常時封止する場合には、シール部材を用いた軸封装置が利用される。軸封装置は、シール部材を介して流体の流れを封止するようにしたものである。軸封装置のシール部材は、空気・水・油・ガスなどの多種多様な流体を封止するために、例えば、断面略円形状の環状Ｏリングやパッキンリングが用いられる。これらのシール部材は、その主要な機能が流体を封止するものであるため、高い封止性能が要求されている。
【０００３】
そのため、シール部材は、通常、軸封装置における一方側の部材に、軸又は穴の半径方向に同一平面内に形成された、軸方向に断面略矩形状の溝に装着され、他方側の部材との接触圧力によってシールするときに、溝部形状によって圧縮されるつぶし代を有するようになっている。軸封装置の組立て後には、例えば、Ｏリングは、このつぶし代によって圧縮されて反発力を生じ、この反発力によって接触面圧による封止性を発揮して軸封するようにしている。
【０００４】
また、Ｏリングは、通常、各種の合成ゴムを材料として形成しているが、この材料は、異常な変形を起こさない範囲内で適度の圧縮応力を発揮させるため、特に、所定の低圧縮永久歪や、更には、耐候性・耐摩耗性・耐熱、耐寒性・耐油性・耐薬品性などの特性を満たしている必要がある。また、Ｏリングは、例えば、自動車・建設機械・航空機・ＯＡ機器・産業機器などの多岐にわたる分野の軸封装置に利用されるため、各分野（用途）に応じて材料を選択してつぶし代が適切になるようにし、軸封部が移動する運動、又は、軸封部が移動しない固定用の何れの状態で使用する場合でも、軸封機能の確保を前提として、耐久性・挿入性・圧縮割れの防止なども図る必要がある。
このように、通常の軸封装置は、Ｏリング等のシール部材により封止機能を高めることを第１の目的としているため、通常はシール部材や流体の封止領域が所定の位置に定められている。この封止装置を内蔵した装置は、内部構造が複雑化している。
【０００５】
今、仮に、封止領域を非封止領域に切り換え操作するためには、封止領域を移動させるために、封止領域のシール部材やハウジングなどの装着部位に別の動作機構を設ける必要がある。この動作機構としては、例えば、ネジ送り機構やピストン・シリンダ機構、回転機構などがあり、これらの機構を動作させるためには、人力、電気、空気、油圧、スプリング等の何らかの動力手段を用いる必要もある。
【０００６】
一方、封止機構ではないが、複雑な動力手段を設けることなく、いわゆる、人工筋肉を用いたバルブがある（例えば、特許文献１参照。）。このバルブは、弁体として人工筋肉を用い、この弁体自体を変形させて流路を開閉できるようにしたものである。同文献のバルブは、フィルム型の電歪伸縮ポリマーからなる人工筋肉を弁体とし、この弁体を、電圧のオンオフによって変形させて直接又はシール材を介して弁座に接離させ、流路を開閉している。
このバルブでは、人工筋肉として、ゴム状の薄い高分子膜（エラストマー）を伸縮可能な電極で挟み、この電極間に電圧を加えることにより高分子膜を面方向に伸長（周方向に拡径）させるようにしたＥＰＡＭ（Electroactive Polymer Artificial Muscle）と呼ばれるものが使われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５０１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、軸封装置の封止領域を非封止領域に切り換え操作するために、動作機構や動力手段を設けた場合には、装置の構造が複雑化し、全体が大型化するという問題があった。このため、装置の重量も増加し、コストも増大することがあった。
また、封止状態と非封止状態を切り換える際には、動作機構を構成する部品相互の接触や摺動を伴うことになるため、この接触や摺動により動作機構を構成する部品が磨耗したり、摺動する部材が磨耗することがあった。また、シール材自体も、封止領域の相手封止部材と接触・加圧状態のまま移動するため、摺動に伴う磨耗が生ずることになる。Ｏリングなどの封止部は、全周に亘って磨耗が発生すると接触部分の圧力低下や外傷により流体漏れを起こし易く、この場合、摺動面が粗い、潤滑が不十分などの外的要因により、磨耗がより加速することがあった。また、Ｏリングの摺動面に局部的な磨耗が生じた場合にも流体漏れが起こりやすくなり、Ｏリングの摺動面に傷があると磨耗がより加速することもあった。特に、動作機構の運動速度が速かったり、運動が偏心状態で行われたり、摺動する面の面粗さが粗かったり、潤滑が不十分の場合には、シール材がねじれることもあった。
【０００９】
更に、この軸封装置は、シール材や封止部材や動作機構の接触や摺動により騒音が発生したり、或は、この騒音や磨耗を防ぐために潤滑油を使用する手間があらたに生じることもあり、このため、シール時の信頼性が低下したり、耐久寿命が著しく短縮するという問題があった。
【００１０】
また、この軸封装置は、封止領域の封止部材の面粗度の精度確保とシール材のつぶし代分を圧縮することにより生ずる相手部材との接触圧力によって流体をシールし、流体圧の印加とともにこのつぶし代による接触圧力に、さらに圧力に伴うシール材の変形による接触圧力の増大（自封作用）により流体圧力以上の接触面圧を発揮して、高い封止性能を発揮できるようにしているが、この軸封装置の場合でも、封止部の移動に伴う、流体の巻き込み等の現象により、通常、流体の漏れを完全に防ぐことは難しいことが知られている。また、軸封装置は、各々の用途に応じて軸封時の漏れ量の許容範囲が設定されており、この許容範囲内で漏れ量を許容しながら軸封するのが通常になっており、この漏れ量を制御することも難しくなっている。
【００１１】
一方、特許文献１は、弁体自体にＥＰＡＭを用いて、複雑な動力機構を排除はしているが、弁体自体がＥＰＡＭであるため、流体封止時には、流体圧力をＥＰＡＭ全体の受圧面積で受けることになり、ＥＰＡＭは、大きな耐圧強度が必要となるとともに、大きな封止力を必要とする。また、本体内に、別のシール機構を必要としたり、着座するための弁座部分を設けなければならず、弁体自体にＥＰＡＭを適用するのは、ＥＰＡＭの耐強度、変形に伴う応力特性をそのまま利用していないものであるから合理的ではない。特に、特許文献１には、本発明者が着目している軸封構造自体にＥＰＡＭを用いるという思想や示唆は全くなく、しかも、軸封力の増減をＥＰＡＭの作用により微妙にかつ高精度に調整させて、微少漏れを含む漏れ現象を利用するといった思想も示唆もない。
【００１２】
本発明者は、上記の実情に鑑みて鋭意研究の結果、開発に至ったものであり、その目的とするところは、シール材や封止部材の移動に伴う磨耗がないため、高い封止性能を維持しつつ、簡単な内部構造により流体の封止状態と非封止状態を切り換えて所定流量の流体を流すことができ、しかも、シール材の膨張量を外部電気信号等の量で調整し、接触面圧力を調整することによって、流体の漏れ量を高精度に制御できる軸封機構を用いてソレノイドレスの駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ピストンを有するシリンダ部に給排漏れ流路を介して流体を供給する供給漏れ流路と流体を外部に排出する排水漏れ流路を有する装置本体を取付け、この装置本体内には、流路切換可能な複数個の軸封体を有する軸封機構を設け、この軸封機構は、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の前記軸封体からなり、この軸封体に電気的外部刺激を与えて当該軸封体を膨縮又は変形させることにより漏れ流体を流す流路を設けたものであり、この軸封機構により前記シリンダ内に流体を供給又は排気させてシリンダ部内のピストンを駆動させるようにした軸封機構を用いた駆動装置である。
である。
【００１４】
請求項２に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形して軸封力を高め、一方、放電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら旧位に復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、放電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形しながら旧位に復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明において、軸封体は、軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に膨張しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに膨張しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する導電性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１６】
請求項４に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに変形しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するイオン伝導高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１７】
請求項５に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【００１８】
請求項６に係る発明において、軸封体は、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である軸封機構を用いた駆動装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、軸封体の移動に伴う磨耗がないため、高いシール性能を維持しつつ、簡単な内部構造により流体の封止状態と非封止状態を切り換えて所定流量の流体を流すことができ、しかも、軸封体の膨縮量・変形量を外部電気信号等の量で調整し、接触面圧力を調整することによって、流体の漏れ量を高精度に制御できることで、あらゆる用途に利用できる軸封装置を提供することができる。また、動作機構を設けることなく軸封体の変形が可能であることにより、内部の劣化を防いで長期に亘って優れた軸封機能を発揮できる軸封機構であり、これにより、この発明の軸封機構は、電磁弁などの代替としても利用でき、更には、軸封状態における微少漏れ量も制御できることにより、ソレノイドレスの駆動装置に適用できる。
【００２０】
電気的外部刺激の印加と停止により軸封体のみを拡径又は縮径させることができるため、本体の可動部分を最小限に留めて劣化を防ぎながら封止又は非封止状態に切り換えることができ、封止状態においては、軸封力を高めて優れたシール性を発揮でき、また、非封止状態においては、装置本体の固有の漏れ量を流量として一定の流量を流すことができる軸封装置である。また、この場合、軸封体をＥＰＡＭ構造とすることができ、このＥＰＡＭ構造は、駆動時の圧力や歪み量を大きくできることで、軸封機能を一層高めることができ、また、構造を簡略化できることで本体を軽量化でき、動作時の音も静かにできる軸封機構を用いた駆動装置を提供できる。
【００２１】
各種の高分子材料を用いて軸封体を構成することができ、軸封部分の膨縮又は変形の違いなどの異なる高分子材料に応じて適宜の軸封構造とすることができる軸封装置であり、この場合も、ＥＰＡＭ構造に設けた場合と同様に、封止又は非封止時において優れた機能性を発揮することができる。
このうち、特に、請求項５、６に係る発明によると、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形することでこの部分に電極を設ける必要がなく、変形部分が自由端部となることで変形量を大きくできる。このため、漏れ流量を大きくとることができ、精度の高い流量制御を発揮できる駆動装置を提供できる。
【００２２】
本体の外部から軸封体への印加電圧を制御することができることにより、小型の装置や機器などに本体を応用し、また、省スペース化を図って様々な箇所に利用できる駆動装置である。
【００２３】
流路切換弁として使用することができ、ピストン・シリンダ機構等の各種の切換動作機構に応用でき、この場合にも、ピストン・シリンダの動作速度などを高精度に制御できる軸封機構を用いた駆動装置である。
【００２４】
軸封状態における微少の漏れを制御することができ、通常の流体が流れる際の漏れ量の制御に加えて、より微少な漏れ量を制御することができる。
【００２５】
高い精度を維持しつつ本体の内周面に対して軸封体の自由端部を真円状に拡縮でき、円筒状の流路に対して軸封体の周面を接離させて一次側と二次側の軸封と漏れの何れかの状態に制御できる軸封構造として各種の流路に適用できる。
【００２６】
電気的外部刺激の印加と停止により軸封体のみを膨張又は収縮させることができるため、本体の可動部分を最小限に留めて劣化を防ぎながら封止又は非封止状態に切り換えることができ、この軸封体は、末広がり状に変形できるため、封止状態においては、軸封力を高めて優れたシール性を発揮でき、また、非封止状態においては、装置本体の固有の漏れ量を流量として一定の流量を流すことができる。
【００２７】
軸封体をリング状に一体に形成することにより、形成後の歪みを少なくでき、より高い精度で軸封又は漏れの状態に制御できる。
【００２８】
軸封部を簡単な構造にしてコンパクト化を維持しながら形成でき、複数の流路を切り換え可能な従来には無い構造の切換弁として利用することができ、しかも、実施する態様に応じて流路を増やすことができ、多方弁構造に設けた場合でも、各流路の軸封、或は、漏れ状態を高精度に制御しつつ、各流路を所定の軸封と漏れの何れかの状態にできるため、多方弁として制御が自在であり、様々な分野に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の軸封機構をピストン・シリンダ駆動機構等の駆動装置に利用した例を示した概略図である。
【図２】本発明の軸封機構を安全弁に利用した例を示す概略図である。
【図３】本発明における軸封機構の一例を示した断面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】図３の軸封機構の軸封状態を示した断面図である。
【図６】封止部材の一例を示した上方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図７】封止部材の一例を示した下方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図８】本発明における軸封機構の他例を示した断面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】図８の軸封機構の動作状態を示した断面図である。
【図１１】封止部材の他例を示した上方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図１２】封止部材の他例を示した下方斜視図である。（ａ）は封止部材の分解斜視図である。（ｂ）は封止部材の組立て状態を示す斜視図である。
【図１３】ホルダーの他の形状を示した斜視図である。
【図１４】本発明における電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料の特性を示した説明図である。
【図１５】本発明における、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の特性を示した説明図である。
【図１６】電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料に電場を加えたときの動作を示した模式図である。（ａ）は、電気刺激性高分子材料への電場の分布を示す模式図である。（ｂ）は、電気刺激性高分子材料への応力の発生状態を示した模式図である。（ｃ）は、電気刺激性高分子材料が変形した状態を示した模式図である。
【図１７】電気刺激性高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図１８】導電性高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図１９】イオン伝導高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図２０】高分子材料製の軸封体をホルダーで保持した軸封機構を示す断面図である。
【図２１】図１７の軸封機構にセパレータを装着した状態を示す断面図である。
【図２２】図１８の軸封機構にセパレータを装着した状態を示す断面図である。
【図２３】弁構造に用いる高分子材料の特性を示した説明図である。
【図２４】電気刺激性高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構を示す断面図である。
【図２５】導電性高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構を示す断面図である。
【図２６】導電性高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構の他例を示す断面図である。
【図２７】イオン伝導高分子材料製の軸封体を環状に形成した軸封機構を示す断面図である。
【図２８】軸封機構を用いた弁構造の一例を示した断面図である。
【図２９】図２８の弁構造の封止状態を示した断面図である。
【図３０】図２８における軸封体の展開状態を示した説明図である。（ａ）は、軸封体の概略斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の表面側を示した展開図である。（ｃ）は、（ａ）の裏面側を示した展開図である。
【図３１】軸封機構を用いた弁構造を多方弁に応用した一例を示す断面図である。
【図３２】図３１における弁構造の流路切り換え状態を示した断面図である。
【図３３】図３１における軸封体の展開状態を示した説明図である。（ａ）は、軸封体の概略斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の表面側を示した展開図である。（ｃ）は、（ａ）の裏面側を示した展開図である。
【図３４】軸封機構を用いた弁構造を多方弁に応用した他例を示す断面図である。
【図３５】図３４における弁構造の流路切り換え状態を示した断面図である。
【図３６】ＣＡＥ解析に用いるワークを示した概略斜視図である。
【図３７】ＣＡＥ解析に用いる他のワークを示した概略斜視図である。
【図３８】ＣＡＥ解析によるワークの形状変形の一例を表した模式図である。
【図３９】ＣＡＥ解析によるワークの形状変形の他例を表した模式図である。
【図４０】変位測定装置を示した概略図である。
【図４１】変位測定装置による測定条件と変位量の測定結果を示したグラフである。（ａ）は、電圧の印加条件を示したグラフである。（ｂ）は、電圧印加時における電流の状態を示したグラフである。（ｃ）は、被測定体の変位量を示したグラフである。
【図４２】被測定体の屈曲変位部分を示した模式図である。（ａ）は、被測定体の変位部分を示した模式図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＥ部拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 装置本体
１５ 軸封部
２０、１６０ 軸封体
１３、１４ 漏れ流路
４０ ホルダー
４１ 上部ホルダー
４１ｃ 保持面
４５ 下部ホルダー
４５ｃ 保持面
５０、５１ 外部電極
１３０ａ シリンダ部
１３０ｂ ピストン
１３１ 装置本体
１３２〜１３５ 軸封体
１３７ 供給漏れ流路
１３８，１３９ 排出漏れ流路
１４０，１４１ 給排漏れ流路
１５０ 装置本体
１６０ 軸封体
１６１ 基材
１６２、１６３ 電極
１６６ 基部
１６７ 自由端部
１７０ ホルダー
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明における軸封機構とこの機構を用いた駆動装置を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の軸封機構は、本体内部に設けた軸封部に、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の軸封体を配設すると共に、軸封部に軸封体の膨縮又は変形による漏れ流体を流す流路を設けたものである。ここで、本発明における膨縮とは、軸封体が体積変化を伴いながら形状を変えることであり、また、変形とは、軸封体が体積変化を伴わずに形状を変えることと定義する。
【００３２】
本発明において用いる高分子材料は、少なくとも、電気刺激性高分子材料（誘電エラストマー）、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の４種類を含んでいる。ここで、各高分子材料の特性を図１４、図１５に示す。
【００３３】
電気刺激性高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を加えたときに印加方向と垂直方向に拡大変形して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら旧位に復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、電気刺激性高分子材料を使用した軸封装置は、非通電時において流路が形成される、いわゆる、ノーマリーオープン（ＮＯ）の素子動作となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が変形するものである。この場合、エラストマー材料の表裏面にコンプライアントな電極を設け、この電極間に電位差を加える（電圧を加える）と、材料がクーロン効果により厚み方向が減少し、それにより表面方向が拡張する動作となる。
【００３４】
導電性高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に膨張しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、導電性高分子材料を使用した軸封装置は、非通電時において軸封状態となる、いわゆる、ノーマリークローズ（ＮＣ）の素子状態となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が膨張・収縮するものである。この場合、導電性高分子材料に電位差を加えると、空気中の水分の吸脱着により材料本体が膨張・収縮する。
【００３５】
イオン伝導高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、イオン伝導高分子材料を使用した軸封装置は、ＮＣの素子状態となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が膨張・収縮するものである。この場合、イオン伝導高分子材料に電位差を加えると、材料中の陽イオンが水分を伴って陰極側に移動し、この結果、材料本体の含水量に偏りが生じてこの材料本体が屈曲する。
【００３６】
電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料を用いた軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して、軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するものである。このように、この電気刺激性高分子材料を使用した軸封装置は、ＮＣの素子状態となり、また、漏れ流体を流すときの変化の形態として、材料本体が変形するものである。
【００３７】
この電気刺激性高分子材料の一例として、例えば、ポリエーテル系ウレタンがある。この材料は、主剤と硬化剤とを混合して成り、主剤は、少なくとも、スチレン、ニトリル化合物、ＢＨＴ（ブチルヒドロキシトルエン）、フタル酸エステルを含んでいる。また、硬化剤は、少なくとも、フタル酸、ジフェニルメタンジイソシアネート、フタル酸エステルを含んでいる。各成分を含んだ具体的な電気刺激性高分子材料としては、例えば、株式会社エクシールコーポレーション社製 人肌（登録商標）のゲルシートがある。また、この電気刺激性高分子材料は、ポリエーテル系ウレタン以外にも、例えば、薄膜のシリコンであってもよく、この場合にも上記と同様の機能や特性を発揮できる。更に、同様の機能や特性を発揮できる材料であれば、上記以外の材料を用いてもよい。
【００３８】
上記の電気刺激性高分子材料は、図１６に示すように変形する。この図は、ポリウレタン・エラストマーである電気刺激性高分子材料を軸封体２５０とし、この軸封体２５０に対して、局部的に相対する固定電極２５１、２５２を介して電場を加えた（電圧を印加した）状態を示している。
図において、軸封体２５０を固定電極２５０、２５１で挟み、この固定電極２５０、２５１に電場を加えると、図１６（ａ）に示すように、固定電極２５０、２５１の相対部には、（１）誘電性ポリオール又は双極子モーメントを有するポリオールが電場により配向することにより、高分子鎖の構造が変化する。このとき、図１６（ｂ）に示すように、（２）誘電性エラストマーの相対固定電極２５１、２５２による電場のクーロン効果により厚み方向が減少し、それにより、軸封体２５０が平面方向に拡張する。また、（３）電荷の注入と偏在化により、両極において非対称な体積変化が誘起される。
【００３９】
また、固定電極２５１、２５２の外周周辺部においては、電場がこの固定電極２５１、２５２周辺部を最大値として、半径方向（平面方向）に等しく減衰分布することにより、上記の（１）から（３）までの３つの働きによる合成変形応力が作用し、固定電極２５１、２５２周辺部を最大値として平面方向で均等に減少していく応力分布が形成されることにより屈曲変形が起こる。
【００４０】
なお、何れの高分子材料も電気的外部刺激を加えたときと停止したときの各動作が逆になるような特性をもつように材料形状を成形してもよい。
また、何れの高分子材料を用いた場合でも、漏れ現象には、軸封状態において漏れの発生した状態である、いわゆる微少漏れを包含しており、また、電気的外部刺激を加えるときには、電気信号の値を変化させ、各軸封体の膨縮又は変形量を制御して軸封体の接触圧力の大きさを任意に制御可能に設けている。
【００４１】
上記のうち、電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料を用いた軸封体は、上下方向から保持可能なホルダーによって保持され、このホルダーの軸封体の保持面に、軸封装置の本体の外部まで電気的に繋がった電極を設けることにより、この電極から、軸封体に対して電気的外部刺激を印加又は停止できるようにしている。
【００４２】
図１７ないし図１９においては、上記の軸封体を電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料としたときに、これらをホルダーによって保持する場合の軸封装置の概略図を示している。
図１７における軸封装置は、軸封体を電気刺激性高分子材料とした場合であり、軸封体２０Ａは、同心状の貫通穴２１Ａを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。この軸封体２０Ａの上下面には、電極２２Ａ、２３Ａを設けている。
ホルダー４０Ａ、４５Ａは、軸封体２０Ａを上下側から保持し、このホルダー４０Ａ、４５Ａの軸封体２０Ａを保持する面側に電極５０Ａ、５１Ａを有し、この電極５０Ａ、５１Ａから電極２２Ａ、２３Ａを介して軸封体２０Ａに電圧を印加できるようにしている。
【００４３】
この軸封装置の図示しない電源をＯＮにし、ホルダー４０Ａ、４５Ａの電極間に電位差を加えると、図１４、図１７（ａ）に示すように、ホルダー４０Ａ、４５Ａ間に保持された軸封体２０Ａが径方向に拡張するように変形し、また、電位差を除く（電源をＯＦＦにする）と、図１７（ｂ）に示すように径方向に縮径するように変形する。
【００４４】
また、図１８における軸封装置は、軸封体を導電性高分子材料とした場合であり、軸封体２０Ｂは、同心状の貫通穴２１Ｂを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。また、軸封体を導電性高分子材料とした場合には、材料自体が電流を通す特性を有しているため、軸封体の上下面に電極を設ける必要はない。
ホルダー４０Ｂ、４５Ｂは、軸封体２０Ｂを上下側から保持し、このホルダー４０Ｂ、４５Ｂの軸封体２０Ｂを保持する面側に電極５０Ｂ、５１Ｂを設けており、この電極５０Ｂ、５１Ｂから軸封体２０Ｂに電圧を印加する。
【００４５】
ホルダー４０Ｂ、４５Ｂの電極間に電位差を加えると、図１４、図１８（ａ）に示すように、ホルダー４０Ｂ、４５Ｂ間に保持された軸封体２０Ｂは、径方向に収縮し、また、電位差を除くと、軸封体２０Ｂは、径方向に対して旧位に膨張しながら復帰する。
【００４６】
図１９における軸封装置は、軸封体をイオン伝導高分子材料とした場合であり、軸封体２０Ｃは、同心状の貫通穴２１Ｃを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。軸封体２０Ｃの上下面には、電極２２Ｃ、２３Ｃを設けている。
ホルダー４０Ｃ、４５Ｃは、軸封体２０Ｃを上下側から保持し、このホルダー４０Ｃ、４５Ｃの軸封体２０Ｃを保持する面側に電極５０Ｃ、５１Ｃを設けており、この電極５０Ｃ、５１Ｃから軸封体２０Ｃに電圧を印加する。
【００４７】
ホルダー４０Ｃ、４５Ｃの電極間に電位差を加えると、図１４、図１９（ａ）に示すように、ホルダー４０Ｃ、４５Ｃ間に保持された軸封体２０Ｃは、下面側が膨張、上面側が収縮し、その結果、全体が湾曲するように変形して縮径方向に小さくなる。また、電位差を除いたときには、軸封体２０Ｃは、径方向に対して旧位に変形しながら復帰する。
【００４８】
一方、図２０においては、電気的外部刺激を加えたときの当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料を用いた軸封体を保持するときの軸封装置の概略図を示している。
この軸封装置において、軸封体２０Ｄは、同心状の貫通孔２１Ｄを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。この軸封体２０Ｄには、この軸封体２０Ｄの上下面の一部を挟んだ状態で電極２２Ｄ、２３Ｄが設けられている。この電極２２Ｄ、２３Ｄは、本体外部まで電気的に繋がっており、この電極２２Ｄ、２３Ｄから軸封体２０Ｄの一部に対して電気的外部刺激が印加又は停止できるようになっている。更に、軸封体２０Ｄは、この電極２２Ｄ、２３Ｄを介して上下方向からホルダー４０Ｄ、４５Ｄにより保持されている。
【００４９】
ホルダー４０Ｄ側の電極２２Ｄをプラス極、ホルダー４５Ｄ側の電極２３Ｄをマイナス極としてこれらの電極２２Ｄ、２３Ｄの間に電位差を加えると、図１５、図２０（ａ）に示すように、軸封体２０Ｄの電極２２Ｄ側が電極２３Ｄ側に屈曲変形して軸封体２０Ｄの表出した一部が湾曲するように変形し、軸封体２０Ｄの外周部付近が径方向に収縮した形状になる。
また、この電位差を除くと、軸封体２０Ｄは径方向に対して旧位に変形しながら復帰する。
【００５０】
なお、何れの高分子材料を用いる場合にも、軸封体材料の成形形状を変える事により電気的外部刺激を加えたときと停止したときの動作（ＮＯ、ＮＣの動作）を、上記の図面の動作とは逆の動作にすることが可能である。この場合にも、作用及び効果は上記と同一である。また、これは、以降の例についても同様である。
【００５１】
更に、軸封体は、ホルダーを保持した状態で膨縮又は変形させる以外にも、ホルダーとセパレータを装着した状態で膨縮又は変形させることもできる。軸封体にセパレータを装着する場合の軸封装置を説明する。
【００５２】
図２１、２２においては、軸封体にホルダー及びセパレータを装着した概略図を示している。
図２１の軸封装置は、軸封体を電気刺激性高分子材料とした場合であり、軸封体３０Ａは、同心状の貫通穴３１Ａを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。この軸封体３０Ａの上下面には、電極３２Ａ、３３Ａを設けている。
ホルダー４０Ａ、４５Ａは、軸封体３０Ａとセパレータ３５Ａを上下側から保持し、保持面側には、電極５０Ａ、５１Ａを有している。
セパレータ３５Ａは、可じょう性の導電性材料によって電極３２Ａと電極５０Ａを導通状態にしている。セパレータ３５Ａは、コンプライアントな同心状の貫通穴３６Ａを有し、軸封体３０Ａの上面側に接着等の手段によって固着する。
【００５３】
この軸封装置に対して、ホルダー４０Ａ、４５Ａの電極間に電位差を加えると、図１４、図２１（ａ）に示すように、ホルダー４０Ａ、４５Ａ間に保持された軸封体３０Ａは、径方向に拡張しようとするが、このとき、上部側に設けたコンプライアントなセパレータ３５Ａにより軸封体３０Ａの上部側の拡張が妨げられ、その結果、軸封体３０Ａは、セパレータ３５Ａを基準として上向きに湾曲変形する。また、電位差を除くと、図２１（ｂ）に示すように旧位に復帰するように変形する。
【００５４】
図２２における軸封装置は、軸封体を導電性高分子材料とする場合であり、電気刺激性高分子材料の場合と同様に、軸封体３０Ｂが、同心状の貫通穴３１Ｂを伴った円板状に形成され、適度の厚みを有している。セパレータ３５Ｂは、軸封体３０Ｂの上面側に接着等の手段で固着する。ホルダー４０Ｂ、４５Ｂは、軸封体３０Ｂとセパレータ３５Ｂを上下側から保持し、保持面側には、電極５０Ｂ、５１Ｂを有している。
【００５５】
この軸封装置に対して、ホルダー４０Ｂ、４５Ｂの電極間に電位差を加えると、図１４、図２２（ａ）に示すように、ホルダー４０Ｂ、４５Ｂ間に保持された軸封体３０Ｂは、径方向に収縮しようとするが、このとき、上部側に設けたコンプライアントなセパレータ３５Ａにより軸封体３０Ｂの上部側の収縮が妨げられ、その結果、軸封体３０Ｂは、セパレータ３５Ａを基準として、下向きに湾曲変形する。また、電位差を除いたときには、旧位に膨張しながら復帰する。
【００５６】
なお、イオン伝導高分子材料は、前記のように、ホルダー４０Ｃ、４５Ｃのみを装着した状態で、電位差を加えれば湾曲変形するようになっているため、セパレータの装着は必要ないが、必要に応じてセパレータを取付けるようにしてもよい。この場合、軸封体は、セパレータによって補強され、セパレータを設けない場合と同様に動作できる。
【００５７】
また、電気的外部刺激を加えたときの当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料は、上下面の一部が電極によって挟まれた状態であればよいため、イオン伝導高分子材料と同様にセパレータを装着する必要はないが、必要に応じてセパレータを設けてもよい。
以上のように、本発明の軸封装置は、各種の高分子材料を用いて異なる内部構造によって構成でき、これにより、実施の状況に応じて適宜の構成に設けることができる。
【００５８】
次に、本発明における軸封装置の開閉動作を、上記の中から代表的な例を用いてより詳細に説明する。
図３ないし図５においては、本発明における軸封装置の一例を示している。この例における軸封装置は、軸封体を電気刺激性高分子材料により形成し、この軸封体をホルダーのみによって保持する構造としている。装置本体１０は、ハウジング１１の内部に軸封部１５を設け、この軸封部１５に軸封体２０を配設すると共に、軸封部１５に軸封体２０の変形により漏れ流体を漏らすことのできる漏れ流路１３、１４を設けている。
【００５９】
ハウジング１１は、略筒状に形成し、軸封部１５により、このハウジング１１内部の流路を軸封可能に設けている。この軸封部１５には座面１６を形成し、この座面１６の両側に漏れ流路１３、１４を周方向に向けて略平行に設けている。軸封部１５内への軸封体２０の配設後には、軸封体２０を変形したときに座面１６に対して軸封体２０の当接面２４が当接することで軸封でき、また、漏れ流路１３、１４が連通することで流体を漏らすことが可能になっている。なお、図示しないが、漏れ流路１３と１４には、継手やパイプ等の適宜の管路を接続して流路を構成できる。
【００６０】
軸封体２０は、可じょう性電極である上面電極２２、下面電極２３を伴っており、この電極２２、２３に対して電圧を印加し、このとき、電気信号の値を変化させることが可能になっている。また、軸封体２０は、この電気信号を変化させることで変形量を制御可能であり、座面１６との接触圧力の大きさを任意に変えることができるようになっている。軸封体２０は、略円形状の外形を呈し、中央部位には貫通穴２１を設けている。軸封体２０の外形形状は、図のような環形状以外にも、例えば、矩形、台形などの四角形や、又は、多角形などの各種形状に設けることもできるのは勿論である。
軸封体２０の外周側には当接面２４を形成し、この当接面２４は、ハウジング１１の座面１６に当接でき、このとき、軸封状態及び接触面圧力が調整可能な微少漏れ状態にでき、また、離間させたときに軸封を解除して漏れの状態にできる。
【００６１】
図６、図７において、ホルダー４０は、上部ホルダー４１と下部ホルダー４５よりなり、このホルダー４１、４５により軸封体２０を挟んでいる。
上部ホルダー４１は、略筒状の筒部４１ａとこの筒部４１ａの下部に鍔部４１ｂを有している。この上部ホルダー４１には、軸封体２０を保持する鍔部４１ｂの下面側の保持面４１ｃから筒部４１ａの内周面の一部まで軸方向に沿うように外部電極５０を形成しており、この外部電極５０を装置本体１０の外部まで繋げている。外部電極５０に電圧を印加すると、この電圧は軸封体２０の上面電極２２側まで印加できるようになっている。このように、外部電極５０は、立体回路により成形部品である上部ホルダー４１の表面上にパターニングされる。
【００６２】
下部ホルダー４５は、略円柱状の円柱部４５ａとこの円柱部４５ａの下部に鍔部４５ｂを有している。この下部ホルダー４５には、軸封体２０を保持する保持面４５ｃから円柱部４５ａの外周面の一部まで軸方向に沿うように外部電極５１を形成しており、この外部電極５１を装置本体１０の外部まで繋げている。外部電極５１に電圧を印加すると、この電圧は軸封体２０の下面電極２３側まで印加できるようになっている。このように、外部電極５１は、外部電極５０と同様に、立体回路により下部ホルダー４５の表面上にパターニングされる。
【００６３】
上下ホルダー４１、４５の鍔部４１ｂ、４５ｂの外径は、軸封体２０の外径と略等しく形成している。また、下部ホルダー４５における円柱部４５ａの外径は、上部ホルダー４１の筒部４１ａの内周面内径と軸封体２０の貫通穴２１の内径よりも小さく形成し、筒部４１ａ内周部と円柱部４５ａを挿入できるようにしている。
【００６４】
軸封体２０は、貫通穴２１に下部ホルダー４５の円柱部４５ｄを挿入し、下部ホルダー４５の円柱部４５ａを上部ホルダー４１の筒部４１ａに挿入することにより、鍔部４１ｂと鍔部４５ｂの間に挟着される。これにより、各鍔部４１ｂ、４５ｂ側の外部電極５０、５１を軸封体２０の上面電極２２、下面電極２３に当接させた状態で一体化できる。このとき、軸方向の外部電極５０、５１は、対向する円周位置に設けているため、互いに接触すること無く回路が短絡することがない。
また、円柱部４５ｄと４５ａの段差隙間により、電極５１は、上部ホルダー鍔部下部４１ｃにパターニングされた外部電極５０との短絡をすることがない。各外部電極５０、５１に電圧を印加し、軸封体２０に電圧が加わったときには、この軸封体２０は、周方向に変形して拡径できるようになっている。
【００６５】
ホルダー４１、４５は、軸封体２０を上下方向から局部的に圧接しながら保持できるようになっており、この圧接部分により、軸封体の通過漏れを防ぎ、また、電気の通電を行うことが可能になっている。また、この圧接部分以外は、軸封体２０の膨縮が抵抗なく可能になるように、適当なすき間を設けている。
また、図４のように、上部ホルダー４１の筒部４１ａ内周面の上方側、下部ホルダー４５の円柱部４５ａ外周面の上方側には、それぞれ溝部５４、５５を設けており、この溝部５４、５５に図示しない配線を接続し、この配線を介して装置本体１０の外部より各外部電極５０、５１に電圧を印加可能に設けている。
【００６６】
上記のように構成することにより、軸封体２０を用いて人口筋肉であるＥＰＡＭ構造に設けることができ、軸封体２０の変形時に発生する力を大きくでき、また、軽量であり、駆動構造が単純で小型、動作時の音が静か、低電圧で駆動可能などの優れた特性を有した構造となっている。
【００６７】
軸封体２０は、ホルダー４１および４５を装着した状態で、略筒状に形成した装着体１７に装着し、この装着体１７をハウジング１１内に装着することで、軸封体２０を本体１０内の適切な位置に配設できるようになっている。装着体１７とハウジング１１の間にはＯリング１８を設けており、このＯリング１８でこれらの間の漏れを防いでいる。
また、装着体１７とホルダー４１を一体に設けても同様の効果を発揮することができる。
【００６８】
電源回路６０は、各外部電極５０、５１に接続してこの外部電極５０、５１に電圧を印加可能に設けたものであり、この回路６０内に、可変電源６１、スイッチ６２と可変抵抗器６３を有し、スイッチ６２をオンすると、回路が閉じられて軸封体２０の電極２２、２３に異極の電圧を印加して充電できる。例えば、上部ホルダー４１の外部電極５０に−極の電圧を加えた場合には、下部ホルダー４５の外部電極５１には＋極の電圧が加わるようになっている。また、この電圧を可変電源６１や可変抵抗器６３により調節可能に設けている。
【００６９】
続いて、本発明の軸封装置の上記実施例における作用を説明する。
図３の状態から図５のようにスイッチ６２をオンすると、上部ホルダー４１の外部電極５０と、下部ホルダー４５の外部電極５１に異なる極性の電圧が印加され、この電圧は、軸封体２０の上下面電極２２、２３に印加される。これにより、軸封体２０は、周方向に拡径するように変形し、この変形により、軸封体２０の当接面２４が本体１０の座面１６に加圧接触し、漏れ流路１３と１４の間の流路を軸封して流体を封止することができる。
【００７０】
このとき、可変電源６１や可変抵抗器６３の調節により電圧の印加量（電圧の大きさや電圧の印加時間（過渡応答））を制御して軸封体２０の変形量や変形応答時間を調節できるため、座面１６に対して適切な押圧力によって当接面２４を接触させることができ、これにより漏れを効果的に防いで軸封効果を高めることができる。また、漏れ状態から、徐々に電圧を上げることで、軸封体を変形させて微少レベルの漏れから封止までの状態を任意に制御できる。更に、この軸封状態から印加電圧を少しずつ下げることで、軸封状態を維持したままで漏れを発生させる、いわゆる微少漏れを制御することもできる。更に、続けて印加電圧を下げることにより、軸封体２０による後述の隙間δの量を調節することができ、これにより所定の流量に制御することができる。このように、装置本体１０は、漏れを発生するか、或は漏れ量をゼロとする制御以外の、微少レベルの漏れ量の制御を行うこともできる。
【００７１】
一方、図５の状態から図３のようにスイッチ６２をオフすると、外部放電回路は、図示しないが、外部電極５０、５１を介して軸封体２０の上下面電極２２、２３から電荷を放電する。これにより、軸封体２０は非通電状態となって周方向に縮径するように変形し、この変形により軸封体２０（当接面２４）とハウジング１１（座面１６）の間に同心円状の隙間δが生じ、この隙間δから、それまでの封止状態の流体を漏らすように流して漏れ流路１３と１４を連通することができる。
この場合、スイッチ６２のオフ時における隙間δの量は、装置本体１０の固有のものとなるため、この装置固有の漏れ量を発生させることができ、この漏れ量を、一定の流体流量として利用することができる。これにより、この軸封装置を、例えば、電磁弁等にも応用することができる。
【００７２】
このように、装置本体１０は、軸封体２０に外部電極５０、５１を介して電気的外部刺激を与えることによりこの軸封体２０を拡径又は縮径側に変形させているので、軸封体２０を移動させることなく軸封状態として流体を封止したり、又は、軸封状態を解除して漏れ量を調節しながら流体を流すことができる。
また、このような軸封体２０のみを可動部分とした内部構造により、ネジ送り機構などの動作機構を設ける必要が無いため、流体を封止・非封止する場合には可逆的な切換動作によって容易に行うことができ、しかも、軸封体２０は、可動時にねじれたりすることがないため、傷が付いたり劣化したりするのが防がれ、優れた軸封機能を維持できる。
【００７３】
なお、この例においては、軸封体を電気刺激性高分子材料としているため、電圧を印加した場合に軸封体が拡縮変形するようになっているが、軸封体を導電性高分子材料とすると、電圧を印加した場合には軸封体が膨張・収縮によって拡縮する。また、軸封体をイオン伝導高分子材料、又は電気的外部刺激を加えたときの当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料とすると、電圧を印加した場合に軸封体が変形する。
また、漏れ流路１３と１４は、何れが１次側、２次側であってもよく、任意の方向に流体を漏らしたり封止したりすることができる。
【００７４】
次に、本発明における軸封装置の他例を説明する。なお、以降の例において、上記例と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。また、この例の場合にも、上記例と同様に、軸封体として用いる高分子材料は、少なくとも、電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の４種類を含んでいるが、説明上、この例では電気刺激性高分子材料を用いた場合を述べる。
【００７５】
この例では、図８ないし図１０のように、軸封体８０、８５を本体７０内に少なくとも２つ以上設け、この軸封体８０、８５をそれぞれ上下方向から保持可能なホルダー９０を設け、このホルダー９０の軸封体の保持面に、本体７０の外部まで電気的に繋がった電極を設けて、この電極からの電気的外部刺激の印加又は停止により軸封体８０、８５を変形させて、本体７０の略筒状のハウジング７１に形成した少なくとも３つ以上の漏れ流体の流路７３、７４、７５を切換え可能に設けたものである。
【００７６】
図１１、図１２のように、ホルダー９０は、第１ホルダー９１、第２ホルダー９２、第３ホルダー９３、第４ホルダー９４よりなり、これらのホルダー９１、９２、９３、９４の間に２つの軸封体８０、８５と、１つのスペーサ９５を介在させている。
第１ホルダー９１は、略筒状の筒部９１ａとこの筒部９１ａの下部に鍔部９１ｂを有した形状に設けている。電極１００は、軸封体８０を保持する鍔部９１ｂの下面側と筒部９１ａの内周面の一部に軸方向に沿うように形成して本体７０の外部に繋げている。これにより、筒部９１ａの上方側から電極１００に電圧を印加したときに、この電圧を軸封体８０の上面８２に印加できるようにしている。
【００７７】
第２ホルダー９２は、略筒状の筒部９２ａとこの筒部９２ａの下部に鍔部９２ｂを有した形状に設け、電極１０１は、鍔部９２ｂの上面側と筒部９２ａの外周面の一部に軸方向に沿うように形成して本体７０の外部に繋げている。これにより、電極１０１から電圧を印加したときに、この電圧を軸封体８０の下面８３に印加できるようにしており、この電圧は、第１ホルダーの電極１００と異なる極性になっている。
【００７８】
第３ホルダー９３は、略筒状の筒部９３ａとこの筒部９３ａの下部に鍔部９３ｂを有した形状に設け、電極１０２は、鍔部９３ｂの下面側と筒部９３ａの内周面の一部に軸方向に沿って形成して本体７０の外部に繋げている。
また、第４ホルダー９４は、略円柱状の円柱部９４ａとこの円柱部９４ａの下部に鍔部９４ｂを有した形状に設け、電極１０３は、鍔部９４ｂの上面側と円柱部９４ａの外周面の一部に軸方向に沿って形成して本体７０の外部に繋げている。第４ホルダーの電極１０３は、第３ホルダーの電極１０２と異なる極性になっている。
【００７９】
各ホルダー９１、９２、９３、９４の電極１００、１０１、１０２、１０３は、筒部９１ａ、９２ａ、９３ａ及び円柱部９４ａの上面側より外部に取出し可能であり、各電極に対して外部の電源回路から電圧を印加できるようにしている。なお、この例では電源回路を省略し、引出し用の線のみを記している。
【００８０】
各鍔部９１ｂ、９２ｂ、９３ｂ、９４ｂの外径は、軸封体８０、８５、及びスペーサ９５の外径と略等しく形成している。スペーサ９５の外径は、適宜小さくしてもよい。また、第１ホルダー９１の筒部内径＞第２ホルダー９２の筒部外径、第２ホルダー９２の筒部内径＞第３ホルダー９３の筒部外径、第３ホルダー９３の筒部内径＞第４ホルダー９４の円柱部外径の関係になるようにし、軸封体８０、８５、及びスペーサ９５は、それぞれ、第１ホルダー９１と第２ホルダー９２の間、第３ホルダー９３と第４ホルダー９４の間、第２ホルダー９２と第３ホルダー９３の間に装着可能な貫通穴を有している。
【００８１】
これらを一体化する場合、軸封体８０を第１ホルダー９１と第２ホルダー９２の間、軸封体８５を第３ホルダー９３と第４ホルダー９４の間に挟み、第２ホルダー９２と第３ホルダー９３の間にスペーサ９５を介在した状態で、各筒部及び円柱部をそれぞれ上方に位置する対応する筒部に挿入する。このとき、第１ホルダー９１と第２ホルダー９２の電極１００と電極１０１、第３ホルダー９３と第４ホルダー９４の電極１０２と電極１０３は接触しないようになっており、各電極に電圧を加えた場合には、各軸封体８０、８５の上下面に極性の異なる電圧が加わって、各軸封体８０、８５がそれぞれ周方向に拡径できるようにしている。
一体化した軸封体８０、８５は、ホルダー９０とスペーサ９５と共に略筒状に設けた装着体７８に装着し、この装着体７８をＯリング７９を介してハウジング７１内に装着している。
また、装着体７８とホルダー９１は一体に設けてもよい。
【００８２】
図８の状態において、電極１００、１０１への印加を停止し電極１０２、１０３に電圧を印加すると、この電圧により軸封体８５が拡径側に変形し、軸封体８５の当接面８９が座面７７に加圧接触し、これにより、漏れ流路７４と漏れ流路７５の間の流路が閉じられる。一方、漏れ流路７３と漏れ流路７４の間の軸封体８０は、非通電状態であることにより縮径した状態を維持し、これにより、当接面８４と座面７６の間に隙間δ´が生じ、この隙間δ´を介して漏れ流路７３と漏れ流路７４が連通状態になって漏れ流路が形成される。
【００８３】
一方、図８の状態から電極１０２、１０３への印加を停止し、電極１００、１０１に電圧を印加すると、図１０の状態となる。図において、軸封体８５は、非通電状態となるため縮径した変形状態となり、当接面８９と座面７７の間には隙間δ"が生じる。一方、軸封体８０は、通電状態になるため拡径側に変形し、この軸封体８０の当接面８４が座面７６に加圧接触する。これにより、漏れ流路７３と漏れ流路７４の間の流路が閉じられ、一方、漏れ流路７４と漏れ流路７５の間の流路は連通した状態となる。
以上のように、この例では、複数の軸封体８０、８５を設け、電圧の印加を制御することによりこれらの軸封体８０、８５を変形させて、各軸封体８０、８５の当接面８４、８９を漏れ流路７３、７４、７５の間に設けた座面７６、７７に接離させることにより、漏れ流路を切換可能に設けている。この場合も、前記の例と同様に、印加電圧を制御することにより隙間δ"の量を変えて漏れ流量を調節することができ、更に、軸封体が加圧接触した状態で電圧を調節した場合には、微少漏れ量を制御することもできる。
【００８４】
図１３においては、ホルダーを他の形状に設けた場合を示しており、このホルダー１１０は、鍔部１１２の外径側に複数の穿孔穴１１３を設け、また、ホルダー１１０をハウジング１１５の軸封部１１６に収容したときに、この軸封部１１６と鍔部１１２の外周の間に間隙αを設けることができるようにしたものである。なお、本例においては、穿孔穴１１３を鍔部１１２の周方向の中間位置から外径側に設けている。
このホルダー１１０は、このような鍔部１１２の形状により、図示しない軸封体が膨縮又は変形したときに、この軸封体をガイドして形状を安定させることができ、また、鍔部１１２を、ホルダー１１０に装着した軸封体をハウジング１１５に挿入する際のガイドとすることができる。
【００８５】
このホルダー１１０に対して図示しない軸封体を設ける場合、軸封体の収縮時の外径が穿孔穴１１３の位置よりも小さくなるように設定し、ホルダー１１０に装着した軸封体を縮径側に収縮・変形させると、流体の通過面積を確保（増加）できることにより軸封漏れ時における漏れ量（流量）を大きくすることができる。一方、軸封体を拡径側に膨張・変形させると、穿孔穴１１３を塞いで流路を閉じることができ、流体を確実に封止することができる。鍔部は、軸封体の拡径時に流路が塞がれ、または、縮径時に流体の通過面積を増加できるものであれば、例えば、網目状の穴を形成することもでき、その態様にはこだわらない。また、このホルダーの鍔部の態様は、上述した何れの軸封装置の場合でも利用することができる。
【００８６】
図２においては、本発明の軸封装置を安全弁１２０に利用した例を示している。
図において、装置本体１２１は、電圧の印加又は印加の停止により周方向に膨縮又は変形可能な軸封体１２２を有し、この軸封体１２２をハウジング１２３に収納している。ハウジング１２３は、内部流路が連通するように配管１２４に取付けられている。また、圧力センサ１２５は、配管１２４内部の圧力の変動を電圧として発信し、配管１２４内の圧力変化を検出可能に設けている。スイッチ回路１２６は、圧力センサ１２５と装置本体１２１の間に設け、この圧力センサ１２５の圧力の変動に応じて装置本体１２１への電圧の印加を停止できるようにしている。また、スイッチ回路１２６には、初期の配管内への圧力封入時において、軸封体１２２に所定の圧力値に到達する迄の間、暫定的に軸封体封止用の基準電圧値が印加される。
【００８７】
安全弁１２０は、配管１２４内の圧力値を圧力センサ１２５で検出し、この圧力値が所定以上になった場合に、スイッチ回路１２６により電圧の印加を停止し、この電圧印加の停止により、軸封体１２２を通常時の膨張・変形状態から収縮・変形させて装置本体１２１のハウジング１２３と軸封体１２２の間に隙間を生じさせ、この隙間から圧力ブリーフすることで配管１２４内の圧力を下げることができる。
又、ブリーフ後に、圧力が規定値以下に復帰した場合は、スイッチ回路１２６により、圧力センサ１２５の電圧が軸封体に１２２に印加され、軸封体１２２が収縮・変形状態から膨張・変形状態に変化し、圧力漏れを封止することができる。
【００８８】
次に、図１において、本発明の軸封機構をピストン・シリンダ駆動機構１３０等に利用した駆動装置の例を示している。
図において、装置本体１３１は、周方向に膨縮又は変形可能な４つの軸封体１３２、１３３、１３４、１３５をハウジング１３６内に収納してエア流路を切り換え可能に設けたものであり、ハウジング１３６には、供給漏れ流路１３７、排出漏れ流路１３８、１３９、給排漏れ流路１４０、１４１を形成している。供給漏れ流路１３７は、外部からの圧縮エアを装置本体１３１内に供給可能に設けており、また、排出漏れ流路１３８、１３９は、装置本体１３１内の圧縮エアを外部に排出可能に設けている。また、給排漏れ流路１４０、１４１は、シリンダ部１３０ａと繋がっており、装置本体１３１からこのシリンダ部１３０ａ内に圧縮エアを供給・排気可能に設けている。
【００８９】
各軸封体１３２、１３３、１３４、１３５は、排出漏れ流路１３８と給排漏れ流路１４１、この流路１４１と供給漏れ流路１３７、この漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４０、この流路１４０と排出漏れ流路１３９の間にそれぞれ設け、各軸封体１３２、１３３、１３４、１３５に電圧の印加の制御を行うことで、この軸封体１３２、１３３、１３４、１３５をそれぞれ膨縮又は変形させて、各流路の間を軸封可能に設けている。
【００９０】
図１（ａ）において、軸封体１３２、１３４への電圧の印加を停止してこれらを縮径側に収縮・変形させ、一方、軸封体１３３、１３５に電圧を印加してこれらを拡径側に膨張・変形させるように制御すれば、図のように、供給漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４０、給排漏れ流路１４１と排出漏れ流路１３８の間の流路がそれぞれ連通すると共に、排出漏れ流路１３９と給排漏れ流路１４０、給排漏れ流路１４１と供給漏れ流路１３７の間の流路がそれぞれ塞がれる。
この状態で、供給漏れ流路１３７側から圧縮エアを供給すると、この圧縮エアは、給排漏れ流路１４０を介してシリンダ部１３０ａ内に送り込まれ、図においてピストン１３０ｂを左方に移動させる。このピストン１３０ｂの移動により、シリンダ部１３０ａ内の圧縮エアは、給排漏れ流路１４１を介して排出漏れ流路１３８より排出される。
【００９１】
一方、図１（ｂ）において、軸封体１３２、１３４に電圧を印加してこれらを拡径側に膨張・変形させ、また、軸封体１３３、１３５への電圧の印加を停止してこれらを縮径側に収縮・変形させるように制御すれば、図のように、供給漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４１、給排漏れ流路１４０と排出漏れ流路１３９の間の流路がそれぞれ連通すると共に、給排漏れ流路１４１と排出漏れ流路１３８、供給漏れ流路１３７と給排漏れ流路１４０の間の流路がそれぞれ塞がれる。
この状態で、供給漏れ流路１３７側から圧縮エアを供給すると、この圧縮エアは、給排漏れ流路１４１を介してシリンダ部１３０ａ内に送り込まれ、図においてピストン１３０ｂを右方に移動させる。このピストン１３０ｂの移動により、シリンダ部１３０ａ内の圧縮エアは、給排漏れ流路１４０を介して排出漏れ流路１３９より排出される。
このように、ピストン・シリンダ駆動機構１３０において、各軸封体１３２、１３３、１３４、１３５への電圧の印加を制御して流路を切換えることができ、１つの供給漏れ流路１３７から圧縮エアを供給してピストン１３０ｂを往復動させることができる。
【００９２】
以上のように、本発明の軸封装置を用いて、安全弁１２０と、ピストン・シリンダ駆動機構１３０を設けた場合を説明したが、これらはあくまでも例にすぎず、本発明の軸封装置は、流体流路の一次側と二次側を軸封したり、この軸封を解除して所定の漏れ量を発生させたりする等、微少漏れを制御するものであれば、各種の装置や機構などに応用できる。
【００９３】
また、図示しないが、本発明の軸封装置は、流路の一部として構成する以外にも、軸封部を部屋状に設けて軸封室とし、この軸封室に流体を収納することもできる。
また、装置本体を薬液に耐えうる材質や内部構造に設けることで、薬液の封止、又は、薬液の流量を制御しながら供給することもできる。これにより、例えば、液晶製造や半導体精密プラント等の一部として軸封装置を設けることができる。この場合、装置のインレット・アウトレット側に接続する管の材質を自由に選択することもでき、適用流体に応じて適宜変更することができる。
【００９４】
次に、軸封装置を用いた弁構造について述べる。
この場合の軸封装置は、本体にホルダーを介して環状の軸封体を装入し、この軸封体は、基部をホルダー又は本体に固定して基部の他端側を自由端部とし、軸封体に電気的外部刺激を加えたときに自由端部を軸封部として略真円状に拡縮させて軸封と漏れの何れかの状態にしたものである。
【００９５】
そして、この軸封装置を用いた弁構造は、本体に外部と連通する複数の流路を形成し、この流路の間に軸封体の自由端部である軸封部を軸封と漏れの何れかの状態にすることにより、流路を切り換え可能に設けたものである。
【００９６】
図２３においては、この弁構造に用いる軸封体の高分子材料を示している。この弁構造において使用する高分子材料は、前記の軸封装置と同様に、電気的外部刺激を介して膨張・変形でき、少なくとも、電気刺激性高分子材料、導電性高分子材料、イオン伝導高分子材料の３種類を含んでいる。これらの高分子材料の特性は、前述と同様である。また、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の説明は省略するが、この高分子材料に関しても適宜の構成に設けることにより、以下に示す前記３種類の高分子材料と同様に軸封装置を用いた弁構造として利用できる。この高分子材料を用いる場合でも、その特性は前述と同様である。
【００９７】
軸封体は、高分子材料が電気刺激性高分子材料、又は、イオン伝導高分子材料である場合には板状基材の表裏面に電極を形成し、また、高分子材料が導電性高分子材料である場合には板状基材に電極を設ける必要がなく、この基材を環状に成形することで形成される。
また、軸封体は、高分子材料が電気刺激性高分子材料、又は、イオン伝導高分子材料である場合には、中空円筒状の内外周面に電極を一体に設けることで形成できる。
図２４ないし図２６においては、板状基材を環状に形成して軸封体を設けた場合の概略図を示している。
【００９８】
図２４における弁構造は、軸封体を電気刺激性高分子材料とした場合であり、この軸封体１６０Ａには、板状の基材１６１Ａの内外周に電極１６２Ａ、１６３Ａをパターニングし、この基材１６１Ａを同心状の中空円筒状に形成したものである。この軸封体１６０Ａの外周側には、コンプライアントな特性を有する材料である、例えば、樹脂からなるセパレータ１６８Ａを一体に接着し、このセパレータ１６８Ａを軸封体１６０Ａと一体に動作するようにしている。
【００９９】
ホルダー１７０Ａは、軸封体１６０Ａを内周側から保持し、このホルダー１７０Ａに設けた連通孔１７１Ａ、１７２Ａと、軸封体１６０Ａに設けた貫通穴１６４Ａ、１６５Ａを介して軸封体１６０Ａの電極１６２Ａ、１６３Ａに外部から電圧を印加できるようにしている。
また、軸封体１６０Ａは、ホルダー１７０Ａの連通孔１７１Ａ、１７２Ａに対して貫通穴１６４Ａ、１６５Ａを固着して基部１６６Ａを設け、この基部１６６Ａの他端側の自由端部１６７Ａ側をホルダー１７０Ａに対して略真円状に拡縮変形自在に設けている。
【０１００】
この弁構造の図示しない電源をＯＮにし、筒状の軸封体１６０Ａの内外周の電極１６２Ａ、１６３Ａ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ａは軸方向に拡張する方向に変形しようとする。このとき、軸封体１６０Ａは、セパレータ１６８Ａ側の形状が維持されようとするため、セパレータ１６８Ａ側で無い内周側がより拡張した形状となる。従って、軸封体１６０Ａは、図２３、図２４（ａ）に示すように、基準の円筒形状となるホルダー１７０Ａに対して、基部１６６Ａを除く自由端部１６７Ａ側が拡径変形する。
また、電位差を除くと、図２４（ｂ）に示すように、ホルダー１７０Ａに沿うように自由端部Ａ側が縮径変形するように旧位に復帰する。
【０１０１】
また、図２５、図２６における弁構造は、軸封体を導電性高分子材料とした場合であり、この場合には、軸封体１６０Ｂに電極を設ける必要はなく、基材１６１Ｂを同心状の中空円筒状に形成して形成したものである。セパレータ１６８Ｂは、図２４と同様に樹脂からなり、このセパレータ１６８Ｂは、図２３においては、軸封体１６０Ｂの外周側に一体に接着し、一方、図２６においては、軸封体１６０Ｂの内周側に一体に接着している。
【０１０２】
ホルダー１７０Ｂは、軸封体１６０Ｂを内周側から保持し、このホルダー１７０Ｂに設けた連通孔１７１Ｂ、１７２Ｂと、軸封体１６０Ｂに設けた貫通穴１６４Ｂ、１６５Ｂを介して軸封体１６０Ｂの外周面１６２Ｂ、内周面１６３Ｂに外部から電圧を印加できるようにしている。
また、軸封体１６０Ｂは、ホルダー１７０Ｂの連通孔１７１Ｂ、１７２Ｂに対して貫通穴１６４Ｂ、１６５Ｂを固着して基部１６６Ｂを設け、この基部１６６Ｂの他端側の自由端部１６７Ｂ側をホルダー１７０Ｂに対して略真円状に拡縮変形自在に設けている。
【０１０３】
図２５の弁構造において、軸封体１６０Ｂの内外周面１６２Ｂ、１６３Ｂ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ｂは軸方向に膨張しようとする。このとき、軸封体１６０Ｂは、セパレータ１６８Ｂ側の形状が維持されようとするため、セパレータ１６８Ｂ側で無い内周側がより膨張する。従って、軸封体１６０Ｂは、図２３、図２５（ｂ）に示すように、基準の円筒形状となるホルダー１７０Ｂに対して沿うように基部１６６Ｂを除く自由端部１６７Ｂ側が拡径する。また、電位差を除くと、図２５（ｂ）に示すように、自由端部１６７Ｂ側が収縮して旧位に復帰する。
【０１０４】
一方、図２６の弁構造において、軸封体１６０Ｂの内外周面１６２Ｂ、１６３Ｂ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ｂは軸方向に収縮しようとする。このとき、軸封体１６０Ｂは、セパレータ１６８Ｂ側の形状が維持されようとするため、セパレータ１６８Ｂ側で無い外周側がより収縮する。従って、軸封体１６０Ｂは、図２３、図２６（ａ）に示すように、ホルダー１７０Ｂに対して、基部１６６Ｂを除く自由端部１６７Ｂ側が拡径する。また、電位差を除くと、図２６（ｂ）のように、ホルダー１７０Ｂに対して沿うように自由端部１６７Ｂ側が膨張して旧位に復帰する。
【０１０５】
図２７における弁構造は、軸封体をイオン伝導高分子材料とした場合であり、軸封体１６０Ｃは、電気刺激性高分子材料の場合と同様に板状の基材１６１Ｃの内外周に電極１６２Ｃ、１６３Ｃをパターニングし、この基材１６１Ｃを同心状の中空円筒状に形成したものである。軸封体１６０Ｃは、図１９の軸封装置の場合と同様にセパレータを装着する必要はないが、必要に応じて取付けるようにしてもよい。
【０１０６】
ホルダー１７０Ｃは、軸封体１６０Ｃを内周側から保持し、このホルダー１７０Ｃに設けた連通孔１７１Ｃ、１７２Ｃと、軸封体１６０Ｃに設けた貫通穴１６４Ｃ、１６５Ｃを介して電極１６２Ｃ、１６３Ｃに外部から電圧を印加できるようにしている。
また、軸封体１６０Ｃは、ホルダー１７０Ｃの連通孔１７１Ｃ、１７２Ｃに対して貫通穴１６４Ｃ、１６５Ｃを固着して基部１６６Ｃを設け、この基部１６６Ｃの他端側の自由端部１６７Ｃ側をホルダー１７０Ｃに対して略真円状に拡縮変形自在に設けている。
【０１０７】
図２７の弁構造において、軸封体１６０Ｃの内外周の電極１６２Ｃ、１６３Ｃ間に電位差を加えると、軸封体１６０Ｃは、内周面側が膨張し、外周面側が収縮するため、図２７（ａ）に示すように、基部１６６Ｃを除く自由端部１６７Ｃは、先端側がより拡径した形状となる。また、電位差を除くと、図２７（ｂ）に示すように、ホルダー１７０Ｃに沿うように自由端部１６７Ｃ側が旧位に復帰する。
【０１０８】
次に、上記の弁構造の流路の開閉動作を、上記の中から代表的な例を用いてより詳細に説明する。
図２８ないし図３０においては、軸封装置を用いた弁構造の一例を示している。
軸封体１６０は、図３０（ｂ）、（ｃ）に示すように、イオン伝導高分子製の板状の基材１６１の表裏面１６１ａ、１６１ｂに電極１６２、１６３を有し、この基材１６１を図３０（ａ）のように環状に成形したものである。図３０（ｂ）は、図３０（ａ）におけるａｂ−ａ´ｂ´線を切断線として軸封体１６０を展開した展開図であり、図におけるハッチング部分は、電極１６２を表している。また、図３０（ｃ）は、図３０（ａ）の裏面側の展開図であり、図におけるクロスハッチング部分は、電極１６３を表している。
【０１０９】
電極１６２、１６３は、軸封体１６０の軸方向において約半分の長さで帯状に形成した帯状電極１６２ａ、１６３ａを有し、軸封体１６０を真円状に成形したときにこの帯状電極１６２ａ、１６３ａが表裏面１６１ａ、１６２ｂに周設するようにしている。
また、帯状電極１６２ａ、１６３ａの他端部側には、貫通穴１６４、１６５を互いに対向して設けている。この貫通穴１６４、１６５は、帯状電極１６２ａ、１６３ａから引出すように設けた引出し電極１６２ｂ、１６３ｂによって帯状電極１６２ａ、１６３ａと結ばれ、貫通穴１６４、１６５よりこの引出し電極１６２ｂ、１６３ｂを介して電極全体に電圧を印加可能に設けている。このように、貫通穴１６４、１６５を介して表裏面の各電極１６２、１６３に電圧を印加する構成としているので、電極１６２と１６３が短絡することがなく、電圧の印加時には、軸封体１６０の表裏面１６１ａ、１６１ｂに対して、異なる極性の電圧を印加することができるようになっている。
【０１１０】
ホルダー１７０は、略円筒状の円筒部１７０ａと、この円筒部１７０ａよりやや拡径した拡径部１７０ｂと、この拡径部１７０ｂよりも拡径した蓋部１７０ｃより成っている。円筒部１７０ａは、図示しない外径が軸封体１６０の図示しない内径よりもやや小径になるように形成し、この外周側に軸封体１６０を装着可能に設けている。また、拡径部１７０ｂは、図示しない外径を本体１５０の図示しない内径と略同径かやや小径に設け、本体１５０の内径側に嵌入可能に設けている。蓋部１７０ｃは、本体１５０の開口端部１５２側を被蓋に可能な外径に形成している。
また、ホルダー１７０において、軸封体１６０の貫通穴１６４、１６５が対応する位置にはそれぞれ連通孔１７１、１７２を形成しており、この連通孔１７１、１７２を介して電源回路６０からの配線を電極１６２、１６３まで結線可能にしている。
【０１１１】
電源回路６０は、電源６１とスイッチ６２を有し、スイッチ６２をオンにしたときには、回路が閉じられて軸封体１６０の電極１６２、１６３に電圧を印加することができるようになっている。この回路６０内には、図示しない可変抵抗器を設けて電圧を調節するようにしてもよく、また、電源６１のプラスマイナスの極性は、図２８、図２９に示した極性に限ることなく、極性を入れ換えるようにしてもよい。
【０１１２】
軸封体１６０とホルダー１７０を装着する際には、貫通穴１６４、１６５を連通孔１７１、１７２の位置に合わせながら、軸封体１６０をホルダー１７０に対して拡径部１７０ｂの位置まで装着することで適切な位置決め状態で装着でき、電源回路６０をホルダー１７０内側から連通孔１７１、１７２を介して電極１６２、１６３に結線できるようになっている。この結線を行う場合には、電極１６３は、連通孔１７２を介して内周側の引出し電極１６３ｂに結線し、一方、電極１６２は、連通孔１７１と貫通穴１６４を通した状態で外周側の引出し電極１６２ｂに結線する。
【０１１３】
電源回路６０と電極１６２、１６３の結線後には、貫通穴１６４、１６５と連通孔１７１、１７２に適宜の固着材料を封入して軸封体１６０の基部１６６をホルダー１７０に固定し、この基部１６６の他端側を自由端部１６７とし、この自由端部１６７を、ホルダー１７０に対して略真円状に拡径又は縮径変形自在に設けている。また、固着材料の封入後には、貫通穴と連通孔を封止して、流体がホルダー１７０の内側に浸入するのを防いでいる。更に、ホルダー１７０の内側には、二点鎖線に示したポッティング材を充填するようにしてもよい。
【０１１４】
軸封体１６０は、ホルダー１７０を介して本体１５０に装入し、装入時には、ホルダー１７０の蓋部１７０ｃが本体１５０の開口端部１５２に当接するまで拡径部１７０ｂを嵌入させることで、自由端部１６７を弁座となる座面１５３に当接可能な適正な位置に配設可能になっている。また、開口端部１５２には環状溝部１５２ａを形成し、この環状溝部１５２ａにＯリング１５４を装着しているので、ホルダー１７０と本体１５０の一体化後には、このＯリング１５４が本体１５０とホルダー１７０の間をシールしてこの間から流体が漏れるのを防いでいる。
【０１１５】
また、円筒状の本体１５０の周面方向には、外部と連通する複数の流路１５５、１５６を形成し、この流路１５５、１５６の間に座面１５３を設けている。
この弁構造は、軸封体１６０に電気的外部刺激を加えることにより自由端部１６７を略真円状に膨縮又は変形させ、この自由端部１６７を軸封部として座面１５３に接離させて軸封又は漏れの何れかの状態にし、流路１５５、１５６を切り換え可能に設けたものである。
【０１１６】
図２８の状態からスイッチ６２をオンにすると、電極１６２、１６３に対して異なる極性の電圧が印加される。軸封体１６０は、両面にこのような電極１６２、１６３を配した状態で略円筒状に形成され、しかも、この軸封体１６０の基部１６６をホルダー１７０に固定して他端側を自由端部１６７としているので、電圧の印加時には、軸封体１６０の先端側にいくに従って拡径変形しようとする。これにより、軸封体１６０は、自由端部１６７が基部１６６側よりも円周方向に拡径した、いわゆる、末広がり状（ラッパ状）の形状となり、この拡径時の形状は、軸線に対して垂直方向の断面が略真円形状になる。この略真円状の自由端部１６７は、より電圧を加えたときに真円状の座面１５３に周面状に加圧接触して、流路１５５と流路１５６の間を閉じて軸封状態にすることができる。しかも、この軸封状態から印加電圧を少しずつ下げるように制御することにより、微少漏れ量を所定の流量に調節でき、軸封体１６０を弁体として動作させることができる。
【０１１７】
一方、図２９の状態からスイッチをオフにすると、軸封体１６０は非通電状態となり、図２８のように、自由端部１６７が元の状態に縮径変形し、軸封体１６０全体が略筒形状の状態に戻る。この変形により、軸封体１６０と本体１５０の間に隙間が生じ、この隙間により流路１５５と流路１５６が連通し、流体を流すことができる。
【０１１８】
このとき、自由端部１６７で確実に軸封シールするために、座面１５３を高い精度で加工して表面粗さや真円度などの寸法精度を向上させ、また、軸封体１６０とのシールに適した材料を選択して本体１５０を形成し、漏れの無いように設ける必要がある。この場合、例えば、軸封体１６０の縮径時における本体１５０と軸封体１６０の周方向における隙間が０．５ｍｍ程度になるように製作すれば縮径時に流体を流すことができるようになっており、また、軸封体１６０を拡縮径させたときの微少漏れも高精度に制御できる。
【０１１９】
なお、この例では、軸封装置を用いた弁構造として、軸封体をイオン伝導高分子材料とした場合を説明したが、電気刺激性高分子材料や導電性高分子材料、又は電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料、或はその他の高分子材料により軸封体を設けることもできることは勿論である。この場合、各高分子材料に対応した弁構造に設けるようにし、例えば、導電性高分子材料を軸封体とする場合には、軸封体に電極を設ける必要はない。また、電気刺激性高分子材料や導電性高分子材料を軸封体とする場合には、図２８の一点鎖線に示すように、軸封体１６０の外周側或は内周側に、可じょう性のセパレータ１６９を高分子材料に接着して設けるようにする。
【０１２０】
図３１ないし図３３においては、軸封装置を用いた弁構造を多方弁に応用した例でありこの弁構造は、軸封体１９０をイオン伝導高分子材料とし、軸封体１９０の略中央付近を基部１９６としてホルダー２００の円筒部２０１に固定し、軸封体１９０の両端側に自由端部１９７、１９８を設けている。
図３３に示すように、軸封体１９０は、基材１９１の軸方向の両端部側の表裏面１９１ａ、１９１ｂに帯状電極１９２ａ１、１９２ａ２、１９３ａ１、１９３ａ２をそれぞれ設け、この帯状電極１９２ａ１、１９２ａ２、１９３ａ１、１９３ａ２から軸方向における中央付近まで引出し電極１９２ｂ１、１９２ｂ２、１９３ｂ１、１９３ｂ２を延設して電極１９２、１９３を構成している。このとき、同極の電極を、１つの貫通穴を介して軸封体１９０の表裏面１９１ａ、１９１ｂの異なる端部側に配設して、１つの貫通穴から一端側の表面１９１ａ、他端側の裏面１９１ｂの電極に同じ極性の電圧を印加できるようにしている。
【０１２１】
例えば、貫通穴１９４は、引出し電極１９２ｂ１、１９２ｂ２と繋がっており、また、各引出し電極１９２ｂ１、１９２ｂ２は、帯状電極１９２ａ１、１９２ａ２に繋がっているため、貫通穴１９４より表裏面の電極１９２、１９２に同時に電圧を印加することができる。一方、貫通穴１９５についても同様に電極が構成されており、電圧の印加時には、貫通穴１９５から表裏面の電極１９３、１９３に同時に電圧を印加することができる。
また、この実施例では、図示しない電源回路の極性を切り換え可能に設けており、これにより、各電極１９２、１９３に対して異極の電圧を印加できるようにしている。
【０１２２】
本体１８０には、３つの流路１８５、１８６、１８７を周方向に向けて形成し、この３つの流路１８５、１８６、１８７に挟まれるように２つの内円筒環状部（座面）１８３、１８４を内周側に設けている。本体１８０にホルダー２００を介して軸封体１９０を装入すると、２つの自由端部１９７、１９８が２つの内円筒環状部１８３、１８４の位置に配設され、電圧の印加によって自由端部１９７、１９８を拡縮させたときに、この自由端部１９７、１９８が軸封部として内円筒環状部１８３、１８４に接離して、流路１８５、１８６、１８７を切り換えることができるようにしている。
【０１２３】
図３１においては、軸封体１９０に対して、自由端部１９７の表面側が収縮すると共に裏面側が膨張するように表裏面に電圧を印加した状態を示したものである。このとき、自由端部１９７は、略真円状を維持しながら拡径して内円筒環状部１８３に加圧接触して軸封状態となる。一方、自由端部１９８には自由端部１９７とは異なる極性の電圧が表裏面側に印加されるため、この自由端部１９８は、表面側が膨張すると共に裏面側が収縮しようとする。これにより、自由端部１９８は、内径方向に縮径し、内円筒環状部１８４から離間した状態となる。
この動作により、流路１８５と流路１８６の間は自由端部１９７の周方向シールによって軸封され、一方、流路１８６と流路１８７の間は隙間が生じて連通し、図のように、流路１８６から流路１８７側に流体を流すことができる。
【０１２４】
一方、図３２においては、電源回路からの電圧の極性を切り換えて、自由端部１９７に表面側が膨張すると共に裏面側が収縮するような極性の電圧を印加し、また、自由端部１９８に表面側が収縮すると共に裏面側が膨張するような極性の電圧を印加したものである。この場合、自由端部１９７は、内径方向に縮径して内円筒環状部から離間した状態となり、一方、自由端部１９８は、略真円形状を維持ながら拡径しようとする。
この動作により、流路１８５と流路１８６の間には隙間が生じると共に、流路１８６と流路１８７の間は軸封され、流路１８６から流路１８５側に流体を流すことができる。
この弁構造により、円筒状の本体１８０の内円筒環状部１８３、１８４を封止して、流路１８６からの流体を流路１８５又は流路１８７に切り換えることができるため、簡略化した構造によってコンパクト化を図り、安価に製作できる開閉弁を設けることができる。
【０１２５】
なお、このように、軸封体の両端側を自由端部とする場合、この実施例のように軸封体をイオン伝導高分子材料、或は、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料とすることで、基材の表裏面に、両側の自由端部で異なる極性の電極を設けた場合にも、電圧を印加したときに両側の自由端部をそれぞれ拡径、縮径させることができる。これは、イオン伝導高分子材料は、加える電圧の極性を変えることで変形（膨縮）方向を逆にすることができるためである。
電気刺激性高分子材料や導電性高分子材料で両端側を自由端部とする場合には、これらの高分子材料は、極性に関わらず電圧の印加又は停止時の変形・膨縮方向が決まっているため、１つの基材によって両側の自由端部を異なる方向に変形（膨縮）させることはできない。
従って、これらの高分子材料を用いて両端側に自由端部を設ける場合には、同じ材料で２つの基材を高分子材料の内周又は外周面に接着し一体に設け、各基材に電極を配した状態でこれらをホルダーに取付けるようにすればよい。
【０１２６】
続いて、図３４、図３５においては、軸封装置を用いた弁構造を多方弁に応用した他例を示したものである。この例では、図３１の軸封装置を軸方向に２つ連設した弁構造であり、各軸封体の自由端部を軸封部とし、この軸封部を軸封と漏れの何れかの状態にしてより多数の流路を切り換え可能に設けたものである。
【０１２７】
この弁構造は、本体２１０の周方向に５つの流路２１６、２１７、２１８、２１９、２２０を設け、この流路２１６、２１７、２１８、２１９、２２０に挟まれるように４つの内円筒環状部（座面）２１２、２１３、２１４、２１５を設けている。この本体２１０に対して、双方の開口端部２１１ａ、２１１ｂ側より、前述した軸封体１９０を装着したホルダー２００をそれぞれ装入し、各内円筒環状部２１２、２１３、２１４、２１５に対して軸封体１９０、１９０の自由端部１９７、１９８を接離可能に設けて５つの流路を切り換え可能な５方弁構造に設けている。また、軸封体１９０に対しては、図示しない異なる電源回路を配線し、軸封体１９０を個別に動作できるようにしている。
【０１２８】
図３４においては、上側の軸封体１９０における自由端部１９７を縮径させると共に自由端部１９８を拡径させる極性の電圧を電源回路から印加し、また、下側の軸封体１９０における自由端部１９７を縮径させると共に自由端部１９８を拡径させる極性の電圧を電源回路によって印加したものであり、この場合、流路２１８と流路２１９、及び、流路２１６と流路２１７が連通し、これら以外の流路の間は軸封された状態になる。これにより、流路２１８から流路２１９に流体を流すことができ、また、流路２１７からの流体を流路２１６側に流すことができる。
【０１２９】
一方、図３５においては、上側の軸封体１９０における自由端部１９７を拡径させると共に自由端部１９８を縮径させる極性の電圧を電源回路から印加し、また、下側の軸封体１９０における自由端部１９７を拡径させると共に自由端部１９８を縮径させる電圧を印加したものであり、この場合には、流路２１８と流路２１７、及び、流路２１９と流路２２０が連通し、これら以外の流路の間は軸封された状態になる。これにより、流路２１８から流路２１７に流体を流すことができ、また、流路２１９からの流体を流路２２０側に流すことができる。
【０１３０】
よって、この軸封装置を用いた弁構造は、流路２１７と流路２１９に、例えば、図示しない空気圧作動式のアクチュエータの給排気口を接続することで、図３４の状態において、流路２１８から圧縮空気を供給したときに、この圧縮空気を流路２１９を介して図示しないシリンダ内の第１の空気室に送ることができると共に、シリンダ内におけるピストンを挟んだ他方側の第２の空気室から圧縮空気を流路２１７を介して流路２１６より排気することができる。
【０１３１】
また、図３５の状態に流路を切り換えることにより、流路２１８から圧縮空気を供給したときに、この圧縮空気を流路２１７を介して第２の空気室に送ることができると共に、第１の空気室から圧縮空気を流路２１９を介して流路２２０より排気できる。
【０１３２】
このように、この軸封装置を用いた弁構造は、例えば、電磁切換弁として使用してアクチュエータの動作を制御することができ、上記のように、軸封体の自由端部を軸封部として少なくとも２つ以上の内円筒環状部（座面）に接離させて、流路を切り換えることもでき、また、本体内に軸封体を２つ以上配設することにより、多方弁として設けることができる。
【０１３３】
なお、この例においては、流路２１６、２１７、２１８、２１９、２２０を本体の異なる周方向に向けて形成しており、このような流路とすることにより、あらゆる態様の多方弁に適用することができる。
また、上記の各実施例においては、軸封体の基部をホルダーに対して取付けているが、軸封体を本体側に固定することもでき、この場合にも上記と同様に軸封や漏れ状態にすることができる。
【実施例１】
【０１３４】
次に、本発明における軸封体の変形状態をＣＡＥ解析によってシミュレーションし、本発明における軸封装置と弁構造に関する実施可能性を調べた。実際の軸封体は、膨張・収縮時の変形状態を確認することが難しいため、このようなＣＡＥ解析によってワークの変形状態を解析することにより、この解析結果を実際の軸封体の膨張・収縮時の変形に置き換えようとするものである。
ＣＡＥ解析の解析方法として、ワークの内外周に温度差を生じさせたときに、この温度差による熱膨張時の変形状態を確認するものとした。
【０１３５】
解析に使用したワークを図３６、３７に示す。図３６のように、ワークＡは、２４．８５℃（常温）において外径７ｍｍ、内径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの外形寸法からなる単層の円筒状とし、その一端側を拘束して自由端側を拡縮できるようにした。拘束条件としては、１０ｍｍの高さをＨ１部とＨ２部に２分割し、Ｈ１部を内周・外周側共に拘束し、Ｈ２部を内周・外周側共に自由端部とした。
このワークＡは、図２８において、軸封体１６０としてイオン伝導高分子材料を用いた場合の動きをシミュレートしようとするために用いるものであり、軸封体１６０の基部１６６付近を高さＨ１部、自由端部１６７付近を高さＨ２部に置き換えて解析しようとするものである。
【０１３６】
一方、図３７のワークＢは、ワークＡと同じ外形寸法にしたものを軸方向に沿って外径７ｍｍ（内径６ｍｍ）の部材Ｘと外径６ｍｍ（内径５ｍｍ）の部材Ｙに分割し、この部材Ｘと部材Ｙを組み合わせて一体化した。このとき、各部材同士が伝熱するのを防ぐために、部材Ｘと部材Ｙの間に図示しない断熱層を介在させるものとする。この断熱層は、０．１ｍｍの厚さとした。また、ワークＢの拘束条件は、ワークＡと同様であり、１０ｍｍの高さをＨ３部とＨ４部に２分割し、Ｈ３部を内外周共に拘束し、Ｈ４部を内外周共に自由端部とした。
ワークＢは、図２８の軸封体１６０を電気刺激高分子材料、又は、導電性高分子材料とし、セパレータ１６９を設けた場合の動きをシミュレートしようとするものであり、軸封体１６０を部材Ｙ、セパレータ１６９を部材Ｘとし、また、基部１６６付近を高さＨ３部、自由端部１６７付近を高さＨ４部に置き換えて解析しようとするものである。
【０１３７】
各ワークを構成する材料は、適宜の線膨張係数を有するものであればよく、例えば、ＴＦＥ(テトラフルオロエチレン)を材料とした場合、線膨張係数は、例えば、２０℃においては７９．０×１０−５／℃、０℃においては２０．０×１０−５／℃、３０℃においては１６．０×１０−５／℃、５０℃においては１２．４×１０−５／℃、−５０℃においては１３．５×１０−５／℃であり、温度値のない設定温度での線膨張係数は、回帰計算による値を採用した。また、各ワークの変形前、変形後におけるポアソン比は、０．４６とした。
【０１３８】
ワークＡに伝熱する際に、各部位に対する設定温度を表１に示す。このとき、ワークＡの内周側を内周内避面、外周側を外周外避面とし、各面に対する温度の組み合わせを表のようにした。
【０１３９】
【表１】
【０１４０】
ワークＢに伝熱する際の各部位に対する設定温度を表２に示す。ワークＢに対しては、部材Ｘ、部材Ｙのそれぞれに対して全体に温度を加えるようにした。これは、セパレータを装着した軸封体の軸封体・セパレータの変形状態を、ワークＢの内外周に相対的な温度差を加えたときの変形状態で置き換えようとするからである。
【０１４１】
【表２】
【０１４２】
このときの各ワークＡ、Ｂの状態は、内周を低温（マイナス温度）、外周を高温（プラス温度）に設定したときには、図３８の模式図に示すように、各ワークの先端部（自由端部）２３０側が、略真円状を維持しながら先端（上端）側になるに従ってより縮径した形状になる。このとき、内外周の温度差が大きくなるとこの傾向は更に強まっている。
【０１４３】
例えば、ワークＡの設定温度Ｎｏ．２における自由端部の最大変形量（縮径量）は、その内径側において０．００８ｍｍとなり、より温度差の大きい設定温度Ｎｏ．３における自由端部の最大変形量は、０．０１５ｍｍとなる。
また、ワークＢにおいては、設定温度Ｎｏ．７における自由端部の最大変形量は、０．００８ｍｍとなり、より温度差の大きい設定温度Ｎｏ．８における自由端部の最大変形量は、０．０１３ｍｍとなる。
【０１４４】
一方、各ワークＡ、Ｂの内周を高温（プラス温度）、外周を低温（マイナス温度）に設定すると、図３９の模式図に示すように、各ワークの先端部２３０´側は、略真円状を維持しながら、先端（上端）側になるに従ってより拡径した形状になり、略末広がり状の形状になる。この場合にも、内外周の温度差が大きくなると、この傾向は更に強まる。
【０１４５】
例えば、ワークＡの設定温度Ｎｏ．４における自由端部の最大変形量（拡径量）は、その外径側において０．０１０ｍｍとなり、より内外周の温度差の大きい設定温度Ｎｏ．５における自由端部の最大変形量は、０．０１５ｍｍとなる。
また、ワークＢにおいては、設定温度Ｎｏ．９における自由端部の最大変形量は、０．００８ｍｍとなり、また、より温度差の大きい設定温度Ｎｏ．１０における自由端部の最大変形量は、０．０１３ｍｍとなった。
【０１４６】
以上により、ワークＡ、Ｂの何れの場合でも、内周側の温度を外周側よりも低くすることでワーク先端側を略真円状に均等に縮径させることができ、また、この温度差の状態を内外周で入れ換えて、内周側の温度を外周側よりも高くすることでワークの自由端部（先端）側を略真円状に均等に拡径させることができるとの解析結果が得られた。
この解析結果を上記実施例の軸封体に置き換えると、軸封体の表裏面に極性の異なる電圧を加えた際には、真円状の断面形状を維持しながら膨縮又は変形によって形状が変わると言える。
このように、ＣＡＥ解析により電気的外部刺激を加えた場合の軸封体の変化の状態をシミュレーションすることで、この軸封体は、本発明の軸封構造並びに弁構造に適した材料であることが実証できた。
【実施例２】
【０１４７】
続いて、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形する電気刺激性高分子材料の変形態様が軸封装置に応用可能であるかを確認するため、所定の電圧を印加し、その変位量を測定した。この測定は、図４０に示した変位測定装置２４０によりおこなった。
【０１４８】
変位測定装置２４０は、電気刺激性高分子材料である被測定体（人肌（登録商標）のゲルシート 品番Ｈ０−１）２４１を固定するためのスタンド２４２と、このスタンド２４２を移動することが可能な移動用ステージ２４３とを有している。また、高圧電源（松定プレシジョン株式会社製、型式ＨＪＰＱ−３０Ｐ１）２４４は、被測定体２４１を挟持する図示しない固定電極に繋がっており、被測定体２４１に電圧を印加できるようになっている。レーザ変位計（株式会社キーエンス製、型式ＬＪ−Ｇ０８０）２４５は、被測定体２４１に対してレーザＬを照射し、被測定体２４１の屈曲変位量を測定可能になっている。
【０１４９】
先ず、測定前に、被測定体２４１を変位測定装置２４０の固定電極で挟み、スタンド２４２に固定する。また、移動用ステージ２４３により、非測定体２４１とレーザ変位計２４５との距離を調節する。
【０１５０】
この状態で、高圧電源２４４を操作し、図４１（ａ）に示すように、被測定体２４１に対して０Ｖから７ｋＶまで２０秒ごとに１ｋＶずつ印加電圧を階段状に上げていき、そのときの被測定体２４１の屈曲変位量εをレーザ変位計２４５で測定した。図４１（ｂ）は、電圧印加時における電流の状態を示している。
【０１５１】
図４２に電圧を印加したときの被測定体２４１の動作を示す。図４２（ａ）に示すように、被測定体２４１は、電圧の印加によりマイナス極側に根元から屈曲変形する。その際、図４２（ｂ）おいて、電圧印加なし（０Ｖ印加）のときの被測定体２４１の端面２４１ａから、電圧印加時における角部２４１ｂまでの距離を変位量εとした。変位量εの推移を図４１（ｃ）のグラフに示す。
【０１５２】
図４１より、印加電圧が４ｋＶ以上になったときに被測定体２４１の変位が確認された。更に、印加電圧が７ｋＶに達すると、変位量εがおよそ１．１５ｍｍとなり、このときの変位量が最大となった。また、７ｋＶの電圧を印加した状態から印加電圧なし（０Ｖ印加）の状態まで印加電圧を下げると、被測定体２４１は、初期（電圧を印加する前）の形状まで戻ることが確認された。
【０１５３】
以上の測定結果により、上記の条件下において、被測定体２４１である電気刺激性高分子材料は、最大変形量が１．１５ｍｍと大きいため、本発明の軸封装置に用いる高分子材料として好適であると判断できる。
この場合、被測定体２４１は、電圧印加時にマイナス電極側に屈曲しているが、極性を反転した場合、屈曲方向が反対（プラス電極側）となることが確認された。これにより、実際の使用に際しては、その条件等により所望の屈曲方向に屈曲させることができる。
また、上記の場合、被測定体２４１が電圧印加時に屈曲変形し、変位量εによる隙間を形成することで、この電気刺激性高分子材料を利用してＮＣタイプのシール装置を構成できる。更に、この電気刺激性高分子材料を初期状態において屈曲した形状に成形し、一方、電圧を印加したときには平面形状に変形するように予め設けることにより、ＮＯタイプのシール装置を構成することも可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを有するシリンダ部に給排漏れ流路を介して流体を供給する供給漏れ流路と流体を外部に排出する排水漏れ流路を有する装置本体を取付け、この装置本体内には、流路切換可能な複数個の軸封体を有する軸封機構を設け、この軸封機構は、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の前記軸封体からなり、この軸封体に電気的外部刺激を与えて当該軸封体を膨縮又は変形させることにより漏れ流体を流す流路を設けたものであり、この軸封機構により前記シリンダ内に流体を供給又は排気させてシリンダ部内のピストンを駆動させるようにしたことを特徴とする軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項２】
前記軸封体は、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形して軸封力を高め、一方、放電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら旧位に復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、放電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形しながら旧位に復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項３】
前記軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に膨張しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに膨張しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する導電性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項４】
前記軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに変形しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するイオン伝導高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項５】
前記軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項６】
前記軸封体は、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項１】
ピストンを有するシリンダ部に給排漏れ流路を介して流体を供給する供給漏れ流路と流体を外部に排出する排水漏れ流路を有する装置本体を取付け、この装置本体内には、流路切換可能な複数個の軸封体を有する軸封機構を設け、この軸封機構は、電気的外部刺激を介して膨縮又は変形する高分子材料製の前記軸封体からなり、この軸封体に電気的外部刺激を与えて当該軸封体を膨縮又は変形させることにより漏れ流体を流す流路を設けたものであり、この軸封機構により前記シリンダ内に流体を供給又は排気させてシリンダ部内のピストンを駆動させるようにしたことを特徴とする軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項２】
前記軸封体は、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形して軸封力を高め、一方、放電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら旧位に復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、放電したときに印加方向と垂直方向に拡大変形しながら旧位に復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激により充電したときに印加方向と垂直方向に縮小変形しながら軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項３】
前記軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に膨張しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに膨張しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に収縮して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する導電性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項４】
前記軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するか、又は、電気的外部刺激を加えたときに変形しながら軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生するイオン伝導高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項５】
前記軸封体は、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【請求項６】
前記軸封体は、電気的外部刺激を加えたときに当該部位以外の部位が変形して軸封力を高め、一方、電気的外部刺激を停止したときに旧位に変形しながら復帰して軸封力の低下により適宜の漏れ現象を発生する電気刺激性高分子材料である請求項１に記載の軸封機構を用いた駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【公開番号】特開２０１０−１４２７９（Ｐ２０１０−１４２７９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３８６５０（Ｐ２００９−２３８６５０）
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【分割の表示】特願２００９−５２０５３９（Ｐ２００９−５２０５３９）の分割
【原出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【分割の表示】特願２００９−５２０５３９（Ｐ２００９−５２０５３９）の分割
【原出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
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