(57)【要約】【課題】高い特性を有するポリマー素子およびその製造方法、並びにカメラモジュールおよび撮像装置を提供する。【解決手段】一対の電極層と、前記一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層とを備えたポリマー素子。【選択図】図１
2014215530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極層と、
前記一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層と
を備えたポリマー素子。
【請求項２】
前記高分子層は前記酸性物質の水溶液を含有している
請求項１記載のポリマー素子。
【請求項３】
前記酸性物質の酸解離定数は５以下である
請求項１記載のポリマー素子。
【請求項４】
前記酸性物質は、硝酸、硫酸、塩酸、フルオロスルホン酸、リン酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、クロム酸スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、シュウ酸ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、カルボン酸、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、過塩素酸、臭化水素酸クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸およびフッ化水素酸のうち、少なくともいずれか一つを含む
請求項１記載のポリマー素子。
【請求項５】
前記一対の電極層はカーボンを含む
請求項１記載のポリマー素子。
【請求項６】
前記一対の電極層および前記高分子層の積層体の周囲は撥水膜で覆われている
請求項１記載のポリマー素子。
【請求項７】
ポリマーアクチュエータ素子として構成されている
請求項１記載のポリマー素子。
【請求項８】
ポリマーセンサ素子として構成されている
請求項１記載のポリマー素子。
【請求項９】
高分子層を間にして対向する一対の電極層を形成し、  
前記高分子層に酸性物質を含ませる  
ポリマー素子の製造方法。
【請求項１０】
前記高分子層を前記酸性物質の水溶液に浸けることにより、前記高分子層に前記酸性物質を含ませる
請求項９記載のポリマー素子の製造方法。
【請求項１１】
レンズと、
ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備え、
前記ポリマー素子は、
一対の電極層と、
前記一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層とを有する
カメラモジュール。
【請求項１２】
レンズと、
前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、
ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、
前記ポリマー素子は、
一対の電極層と、
前記一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層とを有する
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、ポリマーアクチュエータ素子やポリマーセンサ素子等に好適なポリマー素子およびその製造方法、並びにそのポリマー素子を用いたカメラモジュールおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば携帯電話やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、あるいはＰＤＡ（Personal
Digital Assistant）などの携帯型電子機器の高機能化が著しく進んでおり、カメラモジュールを搭載することにより撮像機能を備えたものが一般的となっている。このような携帯型電子機器においては、カメラモジュール内のレンズをその光軸方向へ移動させることにより、フォーカシングやズーミングが行われる。
【０００３】
従来、カメラモジュール内のレンズの移動は、ボイスコイルモータやステッピングモータなどを駆動部として行う方法が一般的であった。一方で、最近では、コンパクト化の観点から、所定のアクチュエータ素子を駆動部として利用したものが開発されている。そのようなアクチュエータ素子としては、例えば、ポリマーアクチュエータ素子（特許文献１参照）が挙げられる。ポリマーアクチュエータ素子は、例えば一対の電極間にイオン導電性高分子層（以下、単に高分子層という）を挟むようにしたものである。この高分子層には、例えば水、イオン液体あるいは高沸点有機溶媒が含まれている。このようなポリマーアクチュエータ素子では、一対の電極間に電界をかけることにより、高分子層中のイオンが移動し、変位が生じるようになっている。このため、動作速度および最大変位等のポリマーアクチュエータ素子の特性は、高分子層内のイオンの導電環境に大きく左右される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３５５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような水、イオン液体あるいは高沸点有機溶媒を含有させた高分子層では、ポリマーアクチュエータ素子として、十分な特性を発揮させることができなかった。ポリマーセンサ素子等の他の機能ポリマー素子についても同様の問題が生じ得る。
【０００６】
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高い特性を有するポリマー素子およびその製造方法、並びにそのポリマー素子を用いたカメラモジュールおよび撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術のポリマー素子は、一対の電極層と、一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層とを備えたものである。
【０００８】
本技術のポリマー素子の製造方法は、上記本技術のポリマー素子を製造する方法であり、高分子層を間にして対向する一対の電極層を形成し、高分子層に酸性物質を含ませるものである。
【０００９】
本技術のカメラモジュールは、レンズと、上記本技術のポリマー素子を用いて構成され、レンズを駆動する駆動装置とを備えたものである。
【００１０】
本技術の撮像装置は、レンズと、このレンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、上記本技術のポリマー素子を用いて構成され、レンズまたは撮像素子を駆動する駆動装置とを備えたものである。
【００１１】
本技術のポリマー素子およびその製造方法、並びにカメラモジュールおよび撮像装置では、高分子層に酸性物質が含まれているので、高分子層内で酸性物質が電解液として機能する。また、高分子層内で酸性物質が電離することによりプロトンが生成し、陽イオン数も増加する。
【発明の効果】
【００１２】
本技術のポリマー素子およびその製造方法、並びにカメラモジュールおよび撮像装置によれば、高分子層が酸性物質を含むようにしたので、高分子層内のイオン移動度およびイオン数が向上する。よって、動作速度や最大変位等の特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本技術の一実施の形態に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示したポリマー素子の製造方法を表す流れ図である。
【図３Ａ】電圧無印加時の図１に示したポリマー素子を表す断面図である。
【図３Ｂ】電圧印加時の図１に示したポリマー素子の動作を表す断面模式図である。
【図４】変形例に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。
【図５】実施例１に係る実験結果を表す図である。
【図６】実施例２に係る実験結果を表す図である。
【図７】実施例２に係る他の実験結果を表す図である。
【図８】図１に示したポリマー素子を適用した電子機器の構成例を表す斜視図である。
【図９】図８に示した電子機器を異なる方向から表した斜視図である。
【図１０】図９に示した撮像装置の要部構成を表す斜視図である。
【図１１】図１０に示したカメラモジュールを表す分解斜視図である。
【図１２Ａ】図１０に示したカメラモジュールの動作前の状態を表す側面模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示したカメラモジュールの動作後の状態を表す断面模式図である。
【図１３】図９に示した撮像装置の他の例を表す断面図である。
【図１４Ａ】図１３に示した撮像装置の動作前の状態を表す側面模式図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示した撮像装置の動作後の状態を表す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本技術の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（ポリマー素子）
２．変形例（ポリマー素子の表面を撥水膜で覆った例）
３．実施例
４．適用例
適用例１（レンズを駆動する駆動装置を備えた撮像装置への適用例）
適用例２（撮像素子を駆動する駆動装置を備えた撮像装置への適用例）
【００１５】
＜実施の形態＞
［ポリマー素子１の構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係るポリマー素子（ポリマー素子１）の断面構成例（Ｚ−Ｘ断面構成例）を表したものである。このポリマー素子１は、一対の電極層１２Ａ，１２Ｂの間に高分子層１１を有しており、例えばポリマーアクチュエータ素子またはポリマーセンサ素子等に適用されるものである。
【００１６】
（高分子層１１）
高分子層１１は、例えばイオン導電性高分子化合物膜により構成されている。このイオン導電性高分子化合物膜としては、例えば、フッ素樹脂あるいは炭化水素系などを骨格とした陽イオン交換樹脂膜を用いることができる。
【００１７】
陽イオン交換樹脂膜としては、例えば、スルホン酸基あるいはカルボキシル基などの酸性基が導入されたものが挙げられる。具体的には、酸性基を有するポリエチレン、酸性基を有するポリスチレンあるいは酸性基を有するフッ素樹脂膜などである。中でも、陽イオン交換樹脂膜としては、スルホン酸基あるいはカルボン酸基を有するフッ素樹脂膜が好ましく、例えばナフィオン（デュポン株式会社製）が挙げられる。
【００１８】
本実施の形態では、この高分子層１１に酸性物質が含まれている。詳細は後述するが、これにより、最大変位や動作速度等のポリマー素子１の特性を向上させることができる。
【００１９】
酸性物質としては、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、フルオロスルホン酸、リン酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、クロム酸スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、シュウ酸ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、カルボン酸、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、過塩素酸、臭化水素酸クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸またはフッ化水素酸等を用いることができる。酸性物質には強酸を用いることが好ましい。具体的には、室温での酸解離定数（ｐＫａ）の値が５以下の酸性物質、例えば、硫酸、塩酸、ｐ−トルエンスルホン酸（ＰＴＳＡ）、酢酸およびクエン酸等を用いることが好ましい。また、硫酸等の揮発性が低く、かつ、吸湿性が高い酸性物質を用いることが好ましい。このような酸性物質が例えば水溶液として高分子層１１に含まれている。換言すれば、高分子層１１にはプロトン（Ｈ+）が含浸されている。酸性物質を含む高分子層１１は水に浸すことにより、酸性物質の量に応じて水のｐＨを低下させる。また、酸性物質を含む高分子層１１では、酸性物質中でプロトンと対をなしている陰イオンの数も増加する。プロトンと対をなしている陰イオンとは、酸性物質が例えば硫酸であるとき、ＳＯ4-のことを指す。この場合高分子層１１内では、酸性物質を含む前に比べて硫黄量が増加している。また、酸性物質を含む高分子層１１では、例えばＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）やＴＯＦ−ＳＩＭＳ(Time-of flight secondary ion mass spectrometer)等により測定することで、酸性物質に由来するピークが確認される。
【００２０】
高分子層１１には、上記酸性物質に由来したプロトンに加えて、他のイオン物質が含浸されていてもよい。ここで言う「イオン物質」とは、高分子層１１内を伝導することが可能なイオン全般を指している。具体的には、金属イオン、または陽イオンおよび／または陰イオンと極性溶媒とを含むもの、あるいはイミダゾリウム塩などのそれ自体が液状である陽イオンおよび／または陰イオンを含むものを意味する。前者としては、例えば、陽イオンおよび／または陰イオンに極性溶媒が溶媒和したものが挙げられ、後者としては、例えばイオン液体が挙げられる。
【００２１】
上記陽イオン物質としては、有機や無機など、その種類を問わない。例えば、金属イオン単体、金属イオンと水とを含むもの、有機陽イオンと水とを含むもの、あるいはイオン液体など種々の形態が応用可能である。金属イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ+）、カリウムイオン（Ｋ+）、リチウムイオン（Ｌｉ+）あるいはマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）などの軽金属イオンが挙げられる。また、有機陽イオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオンなどが挙げられる。これらの陽イオンは、高分子層１１中において水和物として存在している。よって、陽イオンと水とを含む陽イオン物質が高分子層１１中に含浸されている場合には、ポリマー素子１では、水の揮発を抑制するために全体として封止されていることが好ましい。
【００２２】
イオン液体とは、常温溶融塩とも言われるものであり、燃性および揮発性が低い陽イオンと陰イオンとを含んでいる。イオン液体としては、例えば、イミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物あるいは脂肪族系化合物などが挙げられる。
【００２３】
（電極層１２Ａ，１２Ｂ）
電極層１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、１種あるいは２種以上の導電性材料を含んでいる。これら電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料には、高分子層１１に含まれる酸性物質に対し、反応性の低いもの用いることが好ましく、例えば、カーボンを用いることが好ましい。また、電極層１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、導電性材料粉末同士がイオン導電性高分子により結着されたものが好ましい。電極層１２Ａ，１２Ｂの柔軟性が高まるからである。即ち、電極層１２Ａ，１２Ｂを構成する導電性材料粉末としてカーボン粉末を用いることが好ましい。カーボン粉末は、導電性が高く、かつ、比表面積も大きいため、より大きい変形量が得られる。カーボン粉末としては、ケッチェンブラックが好ましい。イオン導電性高分子としては、上記した高分子層１１の構成材料と同様のものが好ましい。
【００２４】
電極層１２Ａ，１２Ｂは、多層構造になっていてもよく、その場合、高分子層１１の側から順に、導電性材料粉末同士がイオン導電性高分子により結着された層と金属層とが積層された構造を有していることが好ましい。これにより、電極層１２Ａ，１２Ｂの面内方向において電位がより均一な値に近づき、より優れた変形性能を得られるからである。金属層を構成する材料としては、金あるいは白金などの貴金属が挙げられる。金属層の厚さは任意であるが、電極層１２Ａ，１２Ｂに電位が均一になるように連続膜となっていることが好ましい。金属層を形成する方法としては、めっき法、蒸着法あるいはスパッタ法などが挙げられる。あらかじめ基材上に金属層を成膜しておき、これを基材からイオン導電性高分子層に転写して電極層１２Ａ，１２Ｂを形成するようにしてもよい。
【００２５】
［ポリマー素子１の製造方法］
図２は、このポリマー素子１の製造工程の一例を表すものである。本実施の形態のポリマー素子１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００２６】
まず、イオン導電性高分子化合物膜からなる高分子層１１の両面に電極層１２Ａ，１２Ｂを形成する（図２のＳ１０１）。電極層１２Ａ，１２Ｂは、例えば、分散媒に導電性材料粉末とイオン導電性高分子とを分散させた塗料を、高分子層１１の両面に塗布したのち、これを乾燥させることにより形成する。電極層１２Ａ，１２Ｂは、導電性材料粉末とイオン導電性高分子とを含むフィルム状のものを高分子層１１の両面に圧着して形成することも可能である。
【００２７】
次いで、高分子層１１に酸性物質を含浸させる（図２のＳ１０２）。具体的には、高分子層１１を例えば酸性物質を含む水溶液に浸けた後、高分子層１１の表面の水分を拭き取り、数時間放置しておく。このように、高分子層１１を膨潤させた状態で放置することにより、高分子層１１の含水状態が平衡に達する。酸性物質を含む水溶液には、例えば希硫酸水溶液を使用する。長時間の浸漬は、イオン導電性高分子化合物膜に存在する官能基を変性させる虞があるため、短時間での浸漬が好ましい。高分子層１１を構成するイオン導電性高分子化合物膜の成膜時に使用する分散媒または塗料に酸性物質を混合しておくことにより、高分子層１１に酸を含ませることも可能である。あるいは、電極層１２Ａ，１２Ｂの形成時に使用する分散媒または塗料に酸性物質を混合しておくことにより、高分子層１１に酸性物質を含ませるようにしてもよい。
【００２８】
［ポリマー素子１の作用・効果］
（Ａ．ポリマーアクチュエータ素子として機能する場合の基本動作）
本実施の形態のポリマー素子１では、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の電位差が生じると、以下の原理にて、高分子層１１において変形（湾曲）が生じる。つまり、この場合には、ポリマー素子１がポリマーアクチュエータ素子として機能することになる。以下、このポリマー素子１のポリマーアクチュエータ素子としての動作について、説明する。
【００２９】
図３Ａおよび図３Ｂは、このポリマー素子１の動作（ポリマーアクチュエータ素子としての動作）を、断面図（Ｚ−Ｘ断面図）を用いて模式的に表したものである
【００３０】
電圧無印加状態におけるポリマー素子１は、酸性物質由来のプロトンを含む陽イオン物質が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、湾曲することなく平面状となる（図３Ａ）。ここで、図３Ｂ中に示した電圧機能部９（この場合、電圧供給部）によって電圧印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を開始する）と、ポリマー素子１は以下のような挙動を示す。例えば電極層１２Ａがマイナスの電位、電極層１２Ｂがプラスの電位となるように電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動用電圧Ｖｄを印加すると（図３Ｂ中の矢印「＋Ｖ」を参照）、陽イオンが水等の極性溶媒と溶媒和した状態で電極層１２Ａ側に移動する。この際、高分子層１１中では陰イオンがほとんど移動できないため、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が膨潤し、電極層１２Ｂ側が収縮する。これにより、ポリマー素子１は全体として、図３Ｂ中の矢印「＋Ｚ」で示したように、電極層１２Ｂ側に湾曲する。
【００３１】
こののち、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を停止する）と、高分子層１１中において電極層１２Ａ側に偏っていた陽イオン物質（陽イオンおよび極性溶媒）が拡散し、図３Ａに示した状態に戻る。
【００３２】
また、図３Ａに示した電圧無印加状態から、電極層１２Ａがプラスの電位、電極層１２Ｂがマイナスの電位となるように、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動電圧Ｖｄを印加すると、陽イオンは極性溶媒と溶媒和した状態で、電極層１２Ｂ側に移動する。この場合、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が収縮し、電極層１２Ｂ側が膨潤する。これにより、ポリマー素子１は全体として、電極層１２Ａ側に湾曲する（図示せず）。
【００３３】
この場合も、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とすると、高分子層１１中において電極層１２Ｂ側に偏っていた陽イオン物質が拡散し、図３Ａに示した状態に戻る。例えば、高分子層１１が、酸性物質を含む水溶液と共に、液状の陽イオンを含むイオン液体を含んでいる場合についても同様の挙動を示す。
【００３４】
（Ｂ．ポリマーセンサ素子として機能する場合の基本動作）
また、本実施の形態のポリマー素子１では、逆に、高分子層１１が厚み方向と直交する方向（ここではＺ軸方向）へ変形（湾曲）すると、以下の原理にて、電極層１２Ａと電極層１２Ｂとの間に電圧（起電力）が生じる。つまり、この場合には、ポリマー素子１がポリマーセンサ素子（例えば、速度センサや加速度センサ等）として機能することになる。以下、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、ポリマー素子１のポリマーセンサ素子としての動作について説明する。
【００３５】
ポリマー素子１自身が、例えば直線運動も回転運動もしておらず、加速度および角加速度が生じていないときには、ポリマー素子１にこれらに起因した力は加わっていない。したがって、ポリマー素子１は、変形（湾曲）することなく平面状となっている（図３Ａ）。そのため、酸性物質由来のプロトンを含む陽イオン物質が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、電極層１２Ａ，１２Ｂ間には電位差が発生せず、ポリマー素子１において検出される電圧は０（ゼロ）Ｖとなる。
【００３６】
一方、ポリマー素子１自身が、例えば直線運動または回転運動をすることにより、加速度または角加速度が生じると、ポリマー素子１にはこれらに起因した力が加わるため、ポリマー素子１が変形（湾曲）する（図３Ｂ）。
【００３７】
例えば、図３Ｂに示したように、ポリマー素子１がＺ軸上の正方向（電極層１２Ｂ側）に変形した場合には、高分子層１１では、電極層１２Ｂ側が収縮し、電極層１２Ａ側が膨潤することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極層１２Ａ側に移動するため、陽イオンは、電極層１２Ａ側で密の状態となる一方、電極層１２Ｂ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマー素子１には、電極層１２Ｂ側よりも電極層１２Ａ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、図３Ｂにおける括弧書中の矢印「−Ｖ」で示したように、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（この場合、電圧計）において、負極性の電圧（−Ｖ）が検出される。
【００３８】
ポリマー素子１がＺ軸上の負方向（電極層１２Ａ側）に変形した場合には、高分子層１１では逆に、電極層１２Ａ側が収縮し、電極層１２Ｂ側が膨潤することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極層１２Ｂ側に移動するため、陽イオンは、電極層１２Ｂ側で密の状態となる一方、電極層１２Ａ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマー素子１には、電極層１２Ａ側よりも電極層１２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（電圧計）において、正極性の電圧（＋Ｖ）が検出される。例えば、高分子層１１が、酸性物質を含む水溶液と共に、液状の陽イオンを含むイオン液体を含んでいる場合についても同様の挙動を示す。
【００３９】
（Ｃ．高分子層１１に含まれる酸性物質の作用）
ここで、本実施の形態のポリマー素子１の高分子層１１に含まれる酸性物質の作用について説明する。
【００４０】
高分子層１１中の酸性物質を含む水溶液は、プロトンと陰イオンとに電離して電解液として機能する。即ち、高分子層１１を構成するイオン導電性高分子化合物膜の機能が高まり、高分子層１１内のイオン移動度が向上する。また、ポリマー素子１では、例えば、高分子層が水のみを含むポリマー素子と比べて、プロトン数、即ち電極層１２Ａ，１２Ｂ間を移動する陽イオンの数が増加する。このような酸性物質によるイオン移動度の向上および陽イオン数の増加により、高分子層１１内のイオンの伝導環境が良くなり、ポリマー素子１の特性、例えば最大変位や動作速度等が向上する。
【００４１】
また、酸性物質の水溶液は、イオン液体や高沸点有機溶媒よりも粘度が低いものが多いので、ポリマー素子１の特性をより向上させることが可能となる。これは、以下のような理由による。高分子層内のイオンの伝導環境には、高分子層の含水率が大きく寄与しており、乾燥状態の高分子層ではイオンの移動度が大きく低下する。このため、揮発性の低いイオン液体や高沸点有機溶媒を高分子層に含浸させることも考えられるが、これらイオン液体や高沸点有機溶媒は粘度が高く、ポリマー素子の動作速度を低下させる虞がある。ポリマー素子１では、イオン液体や高沸点有機溶媒よりも粘度の低い酸性物質の水溶液を高分子層１１に含浸させることにより、その動作速度を向上させることが可能となる。
【００４２】
更に、不揮発性の酸性物質を高分子層１１に含浸させることにより、高分子層１１の含水率が維持されるので、空気中でポリマー素子１を安定して動作させることができる。また、吸湿性の高い酸性物質を用いることにより、高分子層の含水率が高まり、ポリマー素子１の安定性をより向上させることが可能となる。不揮発性、かつ、吸湿性の高い酸性物質としては例えば硫酸が挙げられる。
【００４３】
加えて、電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料に、酸性物質と反応性の低い材料を用いることにより、ポリマー素子１の信頼性を向上させることができる。例えば、金属材料により電極層を構成すると、高分子層に含まれる酸性物質により、マイグレーションが加速され、長期の信頼性を維持できない虞がある。これに対し、電極層１２Ａ，１２Ｂを例えばカーボン粉末を用いて構成することにより、信頼性を高めることができる。
【００４４】
以上のように本実施の形態では、高分子層１１に酸性物質を含ませるようにしたので、高分子層１１内のイオンの伝導環境が良くなり、ポリマー素子１の特性を向上させることができる。
【００４５】
以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４６】
＜変形例＞
図４は、変形例に係るポリマー素子（ポリマー素子１Ａ）の断面構成を模式的に表わしたものである。本変形例のポリマー素子１Ａでは、高分子層１１および電極層１２Ａ，１２Ｂの積層体の表面が撥水膜１３で覆われている。その点を除き、ポリマー素子１Ａは上記実施の形態のポリマー素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００４７】
撥水膜１３は、高分子層１１内での酸性物質の状態を一定に維持するためのものであり、高分子層１１および電極層１２Ａ，１２Ｂの積層体の外周全面を覆っている。即ち、高分子層１１の側面が撥水膜１３により覆われている。高分子層１１の外気との接触面が撥水膜１３で覆われていればよい。
【００４８】
撥水膜１３には柔軟性の高い材料を用いることが好ましい。これにより、ポリマー素子１の動作を妨げることなく、高分子層１１に含まれる酸性物質の状態を一定に維持することができる。撥水膜１３は、一般的に防水膜、撥水膜あるいは防湿膜として用いられているものにより構成すればよく、具体的には、フッ素系材料、シリコーン系樹脂、カーボン膜、金属薄膜、あるいは高分子フィルム等により構成すればよい。高分子フィルムとしては、例えばポリエチレンおよびパリレン等が挙げられる。
【００４９】
このような撥水膜１３を設けることにより、結露等の外気中の水分と高分子層１１に含まれる酸性物質との接触を防ぐことが可能となる。また、撥水膜１３は、外部の環境変化に起因した高分子層１１内の酸性物質の状態変化を抑えることができる。外部の環境変化とは、例えば温度および湿度の変化等である。これにより、ポリマー素子１Ａの信頼性を高めることができる。
【００５０】
［実施例］
以下、本実施の形態における具体的な実施例について説明する。
【００５１】
（実施例１）
まず、高分子層の両面にカーボン粉末からなる一対の電極層を形成した。次いで、この高分子層を６０℃〜８０℃の温度で硫酸水溶液に１時間浸けて、高分子層に酸性物質を含浸させたポリマー素子を形成した。同様の方法により、互いに濃度の異なる硫酸水溶液を含む高分子層を有するポリマー素子（実施例１）を計５種作製した。
【００５２】
（比較例）
まず、高分子層の両面にカーボン粉末からなる一対の電極層を形成した。次いで、高分子層を６０℃〜８０℃の温度で水に１時間浸けて、高分子層に水を含浸させたポリマー素子（比較例）を形成した。
【００５３】
実施例１および比較例のポリマー素子の動作速度および最大変位を測定した結果を図５に示す。図５の横軸は硫酸濃度、縦軸は比較例の動作速度および最大変位を１００とした時の動作速度および最大変位を表している。
【００５４】
この結果から、硫酸濃度が高くなるほど、ポリマー素子の動作速度および最大変位が向上するが、所定の値で最大値に達した後は変化しないことがわかる。
【００５５】
（実施例２）
まず、高分子層の両面にカーボン粉末からなる一対の電極層を形成した。次いで、高分子層を６０℃〜８０℃の温度で硫酸（ｐＫａ−５）水溶液に１時間浸けて、高分子層に酸性物質を含浸させ、ポリマー素子を形成した。同様の方法により、硫酸水溶液に代えて、塩酸（ｐＫａ−３．７）、ＰＴＳＡ（ｐＫａ−２．８）、クエン酸（ｐＫａ３．１）、酢酸（ｐＫａ４．８）各々の水溶液を含む高分子層を有するポリマー素子（実施例２）を形成した。各種酸性水溶液には同じ濃度のものを使用した。
【００５６】
上記、実施例２および比較例のポリマー素子の振幅を測定した結果を図６、最大変位を測定した結果を図７に示す。図６および図７の横軸はｐＫａ値、縦軸は比較例の振幅あるいは最大変位を略１００とした時の振幅あるいは最大変位を表している。
【００５７】
これらの結果から、ｐＫａ値が５以下の酸を高分子層に含浸させたポリマー素子では、比較例のポリマー素子よりも大きくその動作特性が向上していることがわかる。このようなポリマー素子では、比較例に比べて２倍以上の動作特性が得られているものも多い。
【００５８】
＜適用例＞
続いて、上記実施の形態および変形例に係るポリマー素子の適用例（撮像装置への適用例；適用例１，２）について説明する。
【００５９】
［適用例１］
（携帯電話機８の構成）
図８および図９は、上記実施の形態等のポリマー素子の適用例１に係る撮像装置を備えた電子機器の一例として、撮像機能付き携帯電話機（携帯電話機８）の概略構成を斜視図で表わしたものある。この携帯電話機８では、２つの筐体８１Ａ，８１Ｂ同士が、図示しないヒンジ機構を介して折り畳み自在に連結されている。
【００６０】
図８に示したように、筐体８１Ａの一方側の面には、各種の操作キー８２が複数配設されると共に、その下端部にマイクロフォン８３が配設されている。操作キー８２は使用者（ユーザ）による所定の操作を受け付けて情報を入力するためのものである。マイクロフォン８３は、通話時等における使用者の音声を入力するためのものである。
【００６１】
筐体８１Ｂの一方側の面には、図８に示したように、液晶表示パネル等を用いた表示部８４が配設されると共に、その上端部には、スピーカー８５が配設されている。表示部８４には、例えば、電波の受信状況や電池残量、通話相手の電話番号、電話帳として登録されている内容（相手先の電話番号や氏名等）、発信履歴、着信履歴等の各種の情報が表示されるようになっている。スピーカー８５は、通話時等における通話相手の音声等を出力するためのものである。
【００６２】
図９に示したように、筐体８１Ａの他方側の面にはカバーガラス８６が配設されていると共に、筐体８１Ａ内部のカバーバラス８６に対応する位置に撮像装置２が設けられている。この撮像装置２は、物体側（カバーガラス８６側）に配置されたカメラモジュール（レンズモジュール）４と、像側（筐体８１Ａの内部側）に配置された撮像素子３とにより構成されている。撮像素子３は、カメラモジュール４内のレンズ（後述するレンズ４０）により結像されてなる撮像信号を取得する素子である。この撮像素子３は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を搭載したイメージセンサからなる。
【００６３】
（撮像装置２の構成）
図１０は、撮像装置２の概略構成例を斜視図で表したものであり、図１１は、この撮像装置２におけるカメラモジュール４の構成を分解斜視図で表したものである。
【００６４】
カメラモジュール４は、光軸Ｚ１に沿って像側（撮像素子３の撮像面３０側）から物体側へと順に（Ｚ軸上の正方向に沿って）、支持部材５１、ポリマーアクチュエータ素子５３１、レンズ保持部材５４およびレンズ４０、ならびにポリマーアクチュエータ素子５３２を備えている。このポリマーアクチュエータ素子５３１、５３２が、上記ポリマー素子１，１Ａにより構成されている。なお、図１０では、レンズ４０の図示を省略している。このカメラモジュール４はまた、固定用部材５２、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂ、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂ、押え部材５６およびホール素子５７Ａ，５７Ｂを備えている。なお、これらのカメラモジュール４の部材のうちのレンズ４０を除いたものが、本技術における「レンズを駆動する駆動装置」（レンズ駆動装置）の一具体例に対応している。
【００６５】
支持部材５１は、カメラモジュール４全体を支持するためのベース部材（基体）である。
【００６６】
固定用部材５２は、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の一端をそれぞれ固定するための部材である。この固定用部材５２は、像側（図１０および図１１における下側）から物体側（上側）へと向けて配置された、下部固定用部材５２Ｄ、中央（中部）固定用部材５２Ｃおよび上部固定用部材５２Ｕの３つの部材からなる。下部固定用部材５２Ｄと中央固定用部材５２Ｃとの間には、ポリマーアクチュエータ素子５３１の一端および固定電極５３０Ａ，５３０Ｂの一端がそれぞれ、挟み込まれて配置されている。一方、中央固定用部材５２Ｃと上部固定用電極５２Ｕとの間には、ポリマーアクチュエータ素子５３２の一端および固定電極５３０Ａ，５３０Ｂの他端がそれぞれ、挟み込まれて配置されている。また、これらのうちの中央固定用部材５２Ｃには、レンズ保持部材５４の一部（後述する保持部５４Ｂの一部）を部分的に挟み込むための開口５２Ｃ０が形成されている。これにより、レンズ保持部材５４の一部がこの開口５２Ｃ０内を移動できるようになるため、スペースを有効活用することができ、カメラモジュール４の小型化を図ることが可能となる。
【００６７】
固定電極５３０Ａ，５３０Ｂは、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２における電極層（前述した電極層１２Ａ，１２Ｂ）に対して、後述する電圧供給部５９からの駆動用電圧Ｖｄ（後述の図１２Ａ，図１２Ｂ）を供給するための電極である。これらの固定電極５３０Ａ，５３０Ｂはそれぞれ、例えば金（Ａｕ）もしくは金めっきされた金属等からなり、Ｕの字状となっている。これにより、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂはそれぞれ、中央固定用部材５２Ｃの上下（Ｚ軸に沿った両側面）を挟み込むようになっており、一対のポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２に対して少ない配線で並列に同じ電圧を印加することが可能となっている。また、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂを金めっきされた金属材料から構成した場合、表面の酸化等による接触抵抗の劣化を防ぐことができる。
【００６８】
レンズ保持部材５４は、レンズ４０を保持するための部材であり、例えば液晶ポリマー等の硬質な樹脂材料からなる。このレンズ保持部材５４は、中心が光軸Ｚ１上になるようにして配置され、レンズ４０を保持する環状の保持部５４Ｂと、この保持部５４Ｂを支持すると共に保持部５４Ｂと後述する連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂとを接続する接続部５４Ａとからなる。また、保持部５４Ｂは、一対のポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２における後述する駆動面同士の間に配置されている。
【００６９】
ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２はそれぞれ、レンズ４０の光軸Ｚ１と直交する駆動面（Ｘ−Ｙ平面上の駆動面）を有し、この光軸Ｚ１に沿って駆動面同士が対向するように配置されている。これらのポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２はそれぞれ、レンズ保持部材５４（およびレンズ４０）を、後述する連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂを介して光軸Ｚ１に沿って駆動するためのものである。
【００７０】
連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の各他端と、接続部５４Ａの端部との間を互いに連結（接続）するための部材である。具体的には、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂはそれぞれ、接続部５４Ａの下端部とポリマーアクチュエータ素子５３１の他端との間を連結し、連結部材５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、接続部５４Ａの上端部とポリマーアクチュエータ素子５３２の他端との間を連結している。これらの連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、例えばポリイミドフィルム等のフレキシブルフィルムからなり、各ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２と同等以下（好ましくは同一以下）の剛性（曲げ剛性）を有する柔軟な材料からなることが望ましい。これにより、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂが、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の湾曲方向とは逆方向に湾曲する自由度が生まれる。したがって、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２と連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂとからなる片持ち梁における断面形状が、Ｓ字状の曲線を描くようになる。その結果、接続部５４ＡがＺ軸方向に沿って平行移動することが可能となり、保持部５４Ｂ（およびレンズ４０）が支持部材５１に対して平行状態を保ったまま、Ｚ軸方向に駆動されるようになる。なお、上記した剛性（曲げ剛性）としては、例えばバネ定数を用いることができる。
【００７１】
（カメラモジュール４の動作）
図１２Ａ，図１２Ｂはそれぞれ、カメラモジュール４の概略構成例を側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で模式的に表したものであり、図１２Ａは動作前の状態を、図１２Ｂは動作後の状態をそれぞれ示している。
【００７２】
このカメラモジュール４では、電圧供給部５９からポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２に対して駆動用電圧Ｖｄが供給されると、前述した原理にて、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の他端側がそれぞれ、Ｚ軸方向に沿って湾曲する。これにより、これらポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２によってレンズ保持部材５４が駆動され、レンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って移動可能となる（図１２Ｂ中の矢印参照）。このようにしてカメラモジュール４では、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２を用いた駆動装置（レンズ駆動装置）によって、レンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って駆動される。つまり、カメラモジュール４内のレンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って移動し、フォーカシングやズーミングが行われる。
【００７３】
［適用例２］
続いて、上記実施の形態等のポリマー素子の適用例２に係る撮像装置（カメラモジュール）について説明する。本適用例に係る撮像装置もまた、例えば前述した図８，図９に示したような、撮像機能付き携帯電話機８に内蔵されるようになっている。ただし、適用例１の撮像装置２では、ポリマー素子（ポリマーアクチュエータ素子）をレンズ駆動装置として用いていたのに対し、本適用例の撮像装置では以下説明するように、撮像素子３を駆動するための駆動装置として用いている。
【００７４】
（撮像装置２Ａの構成）
図１３は、本適用例に係る撮像装置（撮像装置２Ａ）の概略構成例を、側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で表したものである。この撮像装置２Ａは、基板６０上に、各種部材を保持するためのハウジング６１を備えている。
【００７５】
このハウジング６１には、レンズ４０を配置するための開口部６１１が形成されていると共に、一対の側壁部６１３Ａ，６１３Ｂと、基板６０上に位置する底部６１２とが設けられている。側壁部６１３Ａには一対の板ばね６２１，６２１の一端側が固定されており、これら板ばね６２１，６２１の他端側には、接続部５４Ａおよび支持部６４を介して撮像素子３が配置されている。また、底部６１２上にはポリマーアクチュエータ素子６３の一端側が固定されており、このポリマーアクチュエータ素子６３の他端側は支持部６４の底面に固定されている。なお、この底部６１２上にはホール素子５７Ａも配置されていると共に、接続部５４Ａ上におけるホール素子５７Ａの対向位置には、ホール素子５７Ｂが配置されている。
【００７６】
なお、これらの撮像装置２Ａの部材のうち、底部６１２、側壁部６１３Ａ、板ばね６２１，６２２、ポリマーアクチュエータ素子６３、支持部６４および接続部５４Ａが主に、本技術における「撮像素子を駆動する駆動装置」（撮像素子駆動装置）の一具体例に対応している。
【００７７】
ポリマーアクチュエータ素子６３は、上記したように、撮像素子３を駆動するためのものであり、上記実施の形態等に係るポリマー素子１，１Ａを用いて構成されている。
【００７８】
（撮像装置２Ａの動作）
図１４Ａ，図１４Ｂはそれぞれ、撮像装置２Ａの一部（上記した撮像素子駆動装置）を側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で模式的に表したものであり、図１４Ａは動作前の状態を、図１４Ｂは動作後の状態をそれぞれ示している。
【００７９】
この撮像装置２Ａでは、電圧供給部（図示せず）からポリマーアクチュエータ素子６３に対して駆動用電圧Ｖｄが供給されると、前述した原理にて、ポリマーアクチュエータ素子６３の他端側がそれぞれ、Ｚ軸方向に沿って湾曲する。これにより、このポリマーアクチュエータ素子６３によって接続部５４Ａが駆動され、撮像素子３がレンズ４０の光軸Ｚ１に沿って移動可能となる（図１４Ｂ中の矢印参照）。このようにして撮像装置２Ａでは、ポリマーアクチュエータ素子６３を用いた駆動装置（撮像素子駆動装置）によって、撮像素子３がレンズ４０の光軸Ｚ１に沿って駆動される。これにより、レンズ４０と撮像素子３との相対的な距離が変化することで、フォーカシングやズーミングが行われる。
【００８０】
＜その他の変形例＞
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本技術の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、ポリマー素子および撮像装置内の他の部材における形状や材料等については、上記実施の形態等で説明したものには限定されず、また、ポリマー素子の積層構造についても、上記実施の形態等で説明したものには限定されず、適宜変更可能である。
【００８１】
加えて、上記実施の形態等では、ポリマー素子がポリマーアクチュエータ素子またはポリマーセンサ素子として構成されている場合を例に挙げて説明したが、この場合には限られない。すなわち、本技術のポリマー素子は、例えば電気二重層キャパシタ等の他の素子にも適用することが可能である。
【００８２】
また、上記実施の形態等では、本技術の駆動装置の一例として、主に、駆動対象物であるレンズをその光軸に沿って駆動するレンズ駆動装置を挙げて説明したが、その場合には限られず、例えば、レンズ駆動装置がレンズをその光軸と直交する方向に沿って駆動するようにしてもよい。また、本技術の駆動装置は、そのようなレンズ駆動装置や撮像素子駆動装置以外にも、例えば絞り（特開２００８−２５９３８１号公報等参照）等の他の駆動対象物を駆動する駆動装置等にも適用することが可能である。更に、本技術の駆動装置、カメラモジュールおよび撮像装置は、上記実施の形態で説明した携帯電話機以外にも、種々の電子機器に適用することが可能である。
【００８３】
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）一対の電極層と、前記一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層とを備えたポリマー素子。
（２）前記高分子層は前記酸性物質の水溶液を含有している前記（１）記載のポリマー素子。
（３）前記酸性物質の酸解離定数は５以下である前記（１）または（２）記載のポリマー素子。
（４）前記酸性物質は、硝酸、硫酸、塩酸、フルオロスルホン酸、リン酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、クロム酸スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、シュウ酸ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、カルボン酸、酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、過塩素酸、臭化水素酸クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸およびフッ化水素酸のうち、少なくともいずれか一つを含む前記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（５）前記一対の電極層はカーボンを含む前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（６）前記一対の電極層および前記高分子層の積層体の周囲は撥水膜で覆われている前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（７）ポリマーアクチュエータ素子として構成されている前記（１）乃至（６）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（８）ポリマーセンサ素子として構成されている前記（１）乃至（６）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（９）高分子層に酸性物質を含ませ、前記高分子層を間にして対向する一対の電極層を形成するポリマー素子の製造方法。
（１０）前記高分子層を前記酸性物質の水溶液に浸けることにより、前記高分子層に前記酸性物質を含ませる前記（９）記載のポリマー素子の製造方法。
（１１）レンズと、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、一対の電極層と、前記一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層とを有するカメラモジュール。
（１２）レンズと、前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、一対の電極層と、前記一対の電極層の間に設けられると共に、酸性物質を含む高分子層とを有する撮像装置。
【符号の説明】
【００８４】
１，１Ａ…ポリマー素子、１１…高分子層、１２Ａ，１２Ｂ…電極層、２，２Ａ…撮像装置、３…撮像素子、３０…撮像面、４…カメラモジュール、４０…レンズ、５３１，５３２，６３…ポリマーアクチュエータ素子、８…携帯電話機、Ｚ１…光軸。
【図１】
2014215530.tif 000003
【図２】
2014215530.tif 000004
【図３Ａ】
2014215530.tif 000005
【図３Ｂ】
2014215530.tif 000006
【図４】
2014215530.tif 000007
【図５】
2014215530.tif 000008
【図６】
2014215530.tif 000009
【図７】
2014215530.tif 000010
【図８】
2014215530.tif 000011
【図９】
2014215530.tif 000012
【図１０】
2014215530.tif 000013
【図１１】
2014215530.tif 000014
【図１２Ａ】
2014215530.tif 000015
【図１２Ｂ】
2014215530.tif 000016
【図１３】
2014215530.tif 000017
【図１４Ａ】
2014215530.tif 000018
【図１４Ｂ】
2014215530.tif 000019