(57)【要約】【課題】簡易な構造であっても可動体を想定した方向へ正しく直線移動させることができるアクチュエータを提供する。【解決手段】電歪材料で形成された二枚のシートを張り合わせて蛇腹形状に折り曲げたアクチュエータ素子１２、１２と、複数のアクチュエータ素子１２、１２にて支持してある可動体１１とを有する。アクチュエータ素子１２、１２は、張り合わせてある一方のシートの両面に電極部１３、１３を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、電極部１３、１３が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に存在するようにしてある。【選択図】図２
2011072140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電歪材料で形成された二枚のシートを張り合わせて蛇腹形状に折り曲げたアクチュエータ素子と、
複数の前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してある可動体と
を有するアクチュエータであって、
前記アクチュエータ素子は、張り合わせてある一方の前記シートの表裏両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、前記電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してあることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記アクチュエータ素子は、前記可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してあることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動体は板状であり、
前記アクチュエータ素子は、前記可動体を挟んで互いに対向する位置に配置してあることを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動体を挟んで相対する電極膜に印加する電圧の極性を切り替える極性切替手段を備えることを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記アクチュエータ素子は、前記固定部材を挟んで互いに対向する位置にて前記固定部材に配置してあり、
前記可動体は、前記固定部材と接触する側とは反対側に位置する、前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してあることを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記電極膜は、金属材料にて形成してあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記電極膜は、導電性高分子材料にて形成してあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電歪材料を用いた送り部材により挟持された可動体を、略直線状に微小送りすることができるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器、産業用ロボット等は、精緻な動きを要求される機会が多い。したがって、小型、軽量であり、しかも柔軟性に富むアクチュエータの開発が急務となっている。例えばイオン導電性高分子を用いた高分子アクチュエータは、イオン導電性高分子膜と、表面に相互に絶縁状態で接合した金属電極とで構成されており、金属電極間に電圧を印加することによりイオン導電性高分子膜に湾曲等の変形を生じさせている。
【０００３】
また、上述したアクチュエータを組み合わせることにより、湾曲等の変形動作を直線運動、回転運動等に変換する動作機構も提案されている。例えば特許文献１には、平板を一定の方向へ直線移動させることができるアクチュエータシステムが開示されている。図１は、従来のアクチュエータシステムの構成を示す模式図である。
【０００４】
図１において、従来のアクチュエータシステム１は、複数の高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの上に、移動対象となる平板２を載置してある。平板２の、高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに面する側には、爪部３が設けてある。
【０００５】
高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの両面には電極膜を設けてあり、電源Ｅ１、Ｅ２により高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに電圧を印加した場合、電圧の極性に応じて高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが図１の左右方向に湾曲する。電源Ｅ１及びＥ２を、１個おきに高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｃ、及び４ｂ、４ｄにそれぞれ接続しておき、極性を互いに逆転しておくことにより、印加する電圧の極性に応じて高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｃが右（左）方向に湾曲する場合には高分子アクチュエータ素子４ｂ、４ｄが左（右）方向に湾曲する。
【０００６】
高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが右方向に湾曲した場合、湾曲部分が平板２の爪部３に引っかかって平板２は右方向へと移動する。一方、高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが左方向に湾曲した場合、湾曲部分は平板２の爪部３に引っかからず、平板２は移動することがない。したがって、高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｃと、高分子アクチュエータ素子４ｂ、４ｄとを、それぞれ交互に左右に湾曲させることにより、平板２は右方向へ円滑に移動することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５１２４９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、特許文献１に記載のアクチュエータシステム１では、移動対象である平板２に爪部３等の移動を促進するための加工を施す必要があり、コスト増加の要因となる。また、高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを鉛直方向に配置する必要がある等の制約も生じ、装置全体の構造が複雑になるという問題点があった。
【０００９】
また、平板２は、高分子アクチュエータ素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの上に載置されており、直線移動はできるものの、その移動方向を制御することは困難である。すなわち、外力が付与された場合には容易に平板２に位置ずれが生じ、正しく直線移動させることが困難であるという問題点もあった。
【００１０】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造であっても可動体を想定した方向へ正しく直線移動させることができるアクチュエータ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】
【００１１】
上記目的を達成するために第１発明に係るアクチュエータは、電歪材料で形成された二枚のシートを張り合わせて蛇腹形状に折り曲げたアクチュエータ素子と、複数の前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してある可動体とを有するアクチュエータであって、前記アクチュエータ素子は、張り合わせてある一方の前記シートの表裏両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、前記電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してあることを特徴とする。
【００１２】
第１発明では、電歪材料で形成された二枚のシートを張り合わせて蛇腹形状に折り曲げたアクチュエータ素子の複数の頂部にて可動体を支持してある。アクチュエータ素子は、張り合わせてある一方のシートの表裏両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してある。電極膜に電圧を印加した場合、電極膜が形成されている傾斜部では電歪材料で形成されたシートが延伸するとともに硬化し、電極膜が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さに維持される。したがって、可動体と接触している蛇腹形状は、例えば右上がり（右下がり）の傾斜部に電極膜が形成されている場合には右（左）方向へと変形し、蛇腹形状の頂部は右（左）方向へと移動する。よって、該頂部に接触している可動体を直線移動させることができる。
【００１３】
また、第２発明に係るアクチュエータは、第１発明において、前記アクチュエータ素子は、前記可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してあることを特徴とする。
【００１４】
第２発明では、アクチュエータ素子は、可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してある。電極膜に電圧を印加した場合、電極膜が形成されている傾斜部では電歪材料で形成されたシートが延伸するとともに硬化し、電極膜が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さに維持される。可動体と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を、固定部材に固着してあるので、可動体と接触している蛇腹形状の変形により、可動体と接触する側に位置する複数の頂部が移動し、該頂部に接触している可動体を直線移動させることができる。
【００１５】
また、第３発明に係るアクチュエータは、第１又は第２発明において、前記可動体は板状であり、前記アクチュエータ素子は、前記可動体を挟んで互いに対向する位置に配置してあることを特徴とするアクチュエータ。
【００１６】
第３発明では、板状の可動体を、互いに対向する位置に配置してあるアクチュエータ素子で挟むことにより、板状の可動体を一定方向へ確実に直線移動させることが可能となる。
【００１７】
また、第４発明に係るアクチュエータは、第３発明において、前記可動体を挟んで相対する電極膜に印加する電圧の極性を切り替える極性切替手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
第４発明では、可動体を挟んで相対する電極膜に印加する電圧の極性を切り替えることにより、両者が同じ極性である場合には可動体を移動させることができ、両者が異なる極性である場合には可動体を保持することができるアクチュエータを構成することが可能となる。
【００１９】
また、第５発明に係るアクチュエータは、第１又は第２発明において、前記アクチュエータ素子は、前記固定部材を挟んで互いに対向する位置にて前記固定部材に配置してあり、前記可動体は、前記固定部材と接触する側とは反対側に位置する、前記アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してあることを特徴とする。
【００２０】
第５発明では、アクチュエータ素子は、固定部材を挟んで互いに対向する位置にて固定部材に配置してある。可動体は、固定部材と接触する側とは反対側に位置する、アクチュエータ素子の複数の頂部にて支持してある。これにより、アクチュエータ素子を両側から挟むような形状の可動体であっても、確実に直線移動させることが可能となる。
【００２１】
また、第６発明に係るアクチュエータは、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記電極膜は、金属材料にて形成してあることを特徴とする。
【００２２】
第６発明では、電極膜を金属材料にて形成することにより、比較的安価なアクチュエータを提供することが可能となる。
【００２３】
第７発明に係るアクチュエータは、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記電極膜は、導電性高分子材料にて形成してあることを特徴とする。
【００２４】
第７発明では、電極膜を導電性高分子材料にて形成することにより、電極膜が電歪材料で形成してあるシートと密着しやすく、アクチュエータ素子の変形により電極膜が剥離するのを効果的に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
上記構成により、張り合わせてある一方のシートの両面に電極膜を間欠的に形成してあり、蛇腹形状において、電極膜が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してある。電極膜に電圧を印加した場合、電極膜が形成されている傾斜部では電歪材料で形成されたシートが延伸するとともに硬化し、電極膜が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さに維持される。したがって、可動体と接触している蛇腹形状は、例えば右上がり（右下がり）の傾斜部に電極膜が形成されている場合には右（左）方向へと変形し、蛇腹形状の頂部は右（左）方向へと移動する。よって、該頂部に接触している可動体を直線移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のアクチュエータシステムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るアクチュエータのアクチュエータ素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】ユニモルフ型アクチュエータの動作原理の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るアクチュエータの動作を説明するための模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るアクチュエータの、印加する電圧の極性を切り替えた場合の動作説明のための模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るアクチュエータの構成を模式的に示す部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係るアクチュエータの構成を模式的に示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係るアクチュエータの、弾性部材を設ける場合のアクチュエータ素子の取付工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、可動体が板状の部材である場合について説明するが、特にこれに限定されるものではなく、アクチュエータ素子の変形に応じて移動することが可能な形状であれば何でも良い。
【００２８】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。実施の形態１に係るアクチュエータ１０は、矢印方向に移動することが可能な板状の可動体１１を、アクチュエータ素子１２、１２の複数の頂部にて上下から挟持してあり、アクチュエータ素子１２、１２の可動体１１と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部は固定部材１４に固着されている。アクチュエータ素子１２、１２は蛇腹形状をなしており、傾斜している傾斜部には、１つおきに電極部（電極膜）１３、１３、・・・が形成してある。すなわち、同じ方向に傾斜している傾斜部（図２では、上方のアクチュエータ素子１２では右下がり方向に、下方のアクチュエータ素子１２では右上がり方向に、それぞれ傾斜している傾斜部）に電極部１３、１３、・・・が形成してある。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１０のアクチュエータ素子１２の製造工程を模式的に示す断面図である。まず図３（ａ）に示すように、高分子電歪材料で形成された二枚の電歪シート（シート）３１、３２を準備し、一方の電歪シート３１の表裏両面に、電極部１３として所定の間隔にて電極膜３３、３４を形成する。
【００３０】
電歪シート３１、３２を形成する高分子電歪材料としては、強誘電性を有する高分子圧電材料であれば、特に限定されるものではない。例えばＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオロイド）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオロイド）系のコーポリマであるＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ、あるいはＰＶＤＦ系のターポリマ、例えばＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＤＦＥ、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＡ、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＰ、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＶＣ等が好ましい。なお、ＴｒＦＥはトリフルオロエチレンを、ＣＦＥはクロロフルオロエチレンを、ＣＴＦＥはクロロトリフルオロエチレンを、ＣＤＦＥはクロロディフルオロエチレンを、ＨＦＡはヘキサフルオロアセトンを、ＨＦＰはヘキサフルオロプロピレンを、ＶＣはビニルクロライドを、それぞれ示している。
【００３１】
具体的には、電歪シート３１、３２として、上述した高分子電歪材料を用いて数μｍから１００μｍ程度のシートを成形する。そして、一方の電歪シート３１の表裏両面に、蒸着あるいはスパッタにより、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｔ−Ｐｄ（白金−パラジウム合金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ａｕ−Ｐｄ（金パラジウム合金）等の金属膜を２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度、電極膜３３、３４として所定の間隔にて形成する。電極膜３３、３４を形成した後、図３（ｂ）に示すように、電歪シート３１、３２をエポキシ系の熱硬化性接着剤、ＵＶ硬化性接着剤等を用いて張り合わせる。
【００３２】
その後、図３（ｃ）に示すように、二枚の電歪シート３１、３２を張り合わせた状態のまま蛇腹形状に折り曲げ、電極膜３３、３４が、蛇腹形状の１つおきの傾斜部に形成されるように、すなわち同じ方向に傾斜している傾斜部（図３では、右上がり方向に傾斜している傾斜部）に形成されたアクチュエータ素子１２を得る。図３（ｃ）では、右上がりの傾斜部には電極膜３３、３４が形成され、右下がりの傾斜部には形成されていない。
【００３３】
このようにすることで、蛇腹形状の１つおきの傾斜部に電極部１３を形成した、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能させることができる。図４は、ユニモルフ型アクチュエータの動作原理の説明図である。
【００３４】
図４の例では、上述した高分子電歪材料からなる二枚の電歪シート４１、４２の、一方の電歪シート４１の表裏両面に電極膜４３、４４を形成してあり、電歪シート４１、４２をエポキシ系の熱硬化性接着剤、ＵＶ硬化性接着剤等を用いて張り合わせてある。張り合わせた電歪シート４１、４２の一端を支持部材に固着し、他端は変形することが可能に開放してある。
【００３５】
電極膜４３、４４を電源４５に接続して、所定の電圧を印加した場合、電極膜４３、４４が形成してある電歪シート４１は厚み方向に収縮し、ポアソン比に応じて長さが延伸する。しかし、張り合わせてある電歪シート４２は長さが変動しないことから、電歪シート４１、４２の結合体は、図４の矢印方向に湾曲するよう変形する。
【００３６】
本実施の形態１では、図４に示す原理で湾曲するユニモルフ型アクチュエータが、アクチュエータ素子１２の蛇腹形状の１つおきの傾斜部に存在する、すなわち一定の方向に傾斜している傾斜部に存在すると考えることができる。図５は、本発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１０の動作を説明するための模式図である。
【００３７】
図５では、アクチュエータ素子１２の可動体１１と接触する側に位置する複数の頂部にて可動体１１を支持し、可動体１１と接触する側とは反対側に位置する複数の頂部を固定部材１４に固着している。この状態で、電極膜３３、３４に電圧を印加した場合、電極膜３３、３４が形成されている右上がりの傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、右方向へ湾曲する。一方、電極膜３３、３４が形成されていない右下がりの傾斜部では湾曲しないため、可動体１１と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは右上方向となる。したがって、アクチュエータ素子１２の変形により、可動体１１を押圧しつつ右方向へ移動させることができる。
【００３８】
その後、電極膜３３、３４への電圧の印加を停止した場合、電極膜３３、３４が形成されている右上がりの傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能せず、元の形状へ戻る。一方、電極膜３３、３４が形成されていない右下がりの傾斜部は元来変形していないので、可動体１１と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは左下方向となる。このとき、可動体１１を左方向へ移動させる移動ベクトル成分が存在しているが、可動体１１と接触する側に位置する頂部は、右上がりの傾斜部の長さが短くなる（元の長さに戻る）ことから可動体１１との接触圧が小さくなり、可動体１１が左方向へ移動することはない。よって、電極膜３３、３４への電圧の印加及び印加の停止を繰り返し行うことにより、可動体１１を右方向（矢印方向）へ移動させることができるアクチュエータを構成することが可能となる。
【００３９】
また、図２の例では、可動体１１は左右両側からアクチュエータ素子１２、１２の複数の頂部にて支持されているので、印加する電圧の極性を切り替えることにより、移動させることも、保持することも可能となる。図６は、本発明の実施の形態１に係るアクチュエータ１０の、印加する電圧の極性を切り替えた場合の動作説明のための模式図である。
【００４０】
図６（ａ）は、可動体１１を挟んで相対する電極膜６２、６３に印加する電圧の極性が、可動体１１の両側にて同じ極性である場合を、図６（ｂ）は、可動体１１を挟んで相対する電極膜６２、６３に印加する電圧の極性が、可動体１１の両側にて異なる場合を、それぞれ示している。なお、アクチュエータ素子６１は、二枚の電歪シートを張り合わせた状態を模式的に示しており、電極膜６２、６３は、一方の電歪シートの表裏両面に形成してあるが、図６では、便宜上アクチュエータ素子６１の表裏両面に記載している。
【００４１】
図６（ａ）に示すように、可動体１１を挟んで相対する電極膜６２が負極、電極膜６３が正極となるように電圧を印加した場合、電極膜６２、６３が形成してある傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、可動体１１を押圧しながら右方向へと湾曲する。そして、印加する電圧の極性が可動体１１の両側にて同じであることから、可動体１１を挟んで相対する電極膜６２、６２間あるいは電極膜６３、６３間には電気的斥力が生じており、可動体１１は、電極膜６２、６３が形成してある傾斜部の変形に沿って円滑に移動することができる。
【００４２】
一方、図６（ｂ）に示すように、上方のアクチュエータ素子６１では、電極膜６２が正極、電極膜６３が負極となるように電圧を印加する一方、下方のアクチュエータ素子６１では、電極膜６２が負極、電極膜６３が正極となるように電圧を印加した場合、電極膜６２、６３が形成してある傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、可動体１１を押圧しながら右方向へと湾曲する。しかし、印加する電圧の極性が可動体１１の両側にて異なる極性であることから、可動体１１を挟んで相対する電極膜６２、６２間あるいは電極膜６３、６３間には電気的引力が生じており、可動体１１は、電極膜６２、６３が形成してある傾斜部が湾曲した場合であっても、電気的引力によって互いに引き寄せあうので、変形した場合であっても可動体１１は移動することができず、アクチュエータ素子６１にて保持することができる。
【００４３】
印加する電圧の極性は、電源により固定であっても良いし、極性の異なる電源を複数設けておき、必要に応じて接続を切り替えることにより、印加する電圧の極性を切り替えても良い。印加する電圧の極性を切り替える極性切替手段は特に限定されるものではないが、例えば高電圧リレーを用いればよい。
【００４４】
以上のように本実施の形態１によれば、蛇腹形状の１つおきの傾斜部に、すなわち同じ方向へ傾斜している傾斜部に電極膜３３、３４が形成されることで、蛇腹形状において、電極膜３３、３４が形成されている傾斜部と形成されていない傾斜部とが交互に配置してある。電極膜３３、３４に電圧を印加した場合、電極膜３３、３４が形成されている傾斜部では電歪シート３１が延伸するとともに硬化し、電極膜３３、３４が形成されていない傾斜部は、電圧を印加する前の長さに維持される。したがって、可動体１１と接触している蛇腹形状は、例えば右上がり（右下がり）の傾斜部に電極膜３３、３４が形成してある場合には右（左）方向へと変形し、蛇腹形状の頂部は右（左）方向へと移動する。よって、該頂部に接触している可動体１１を直線移動させることができる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態１では、電歪シート３１の表裏両面に電極膜３３、３４を形成してから、電極膜を形成していない電歪シート３２と張り合わせているが、特に両面に電極膜を形成することに限定されるものではなく、片方の面に電極膜を形成した電歪シート同士を張り合わせても良いことは言うまでもない。
【００４６】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係るアクチュエータ１０の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態１とは異なり、固定部材１４に形成してある板状の固定部１４１を挟持するように、固定部１４１を挟んで互いに対向する位置にアクチュエータ素子１２、１２を配置してある。アクチュエータ素子１２の可動体１１と接触する側とは反対側に位置する頂部は、固定部１４１に固着してあり、固定部１４１と接触する側とは反対側に位置する頂部にて、可動体１１を支持してある。
【００４７】
図７の例では、可動体１１の断面形状がコの字形状となっているが、特にこれに限定されるものではなく、固定部１４１を挟んで互いに対向する位置に配置してあるアクチュエータ素子１２、１２の頂部と接触することが可能な形状であれば何でも良い。
【００４８】
実施の形態２に係るアクチュエータ１０は、実施の形態１と同様、二枚の電歪シートを張り合わせた状態で蛇腹形状に折り曲げてあり、傾斜している傾斜部には、１つおきに電極部１３、１３、・・・が形成してある。すなわち、同じ方向に傾斜している傾斜部（図７では、上方のアクチュエータ素子１２では右上がり方向に傾斜している傾斜部、下方のアクチュエータ素子１２では右下がり方向に傾斜している傾斜部）に形成してある。したがって、蛇腹形状の１つおきの傾斜部は、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能することができる。
【００４９】
上方（下方）のアクチュエータ素子１２に着目すると、可動体１１と接触する側に位置する頂部にて可動体１１を支持し、可動体１１と接触する側と反対側に位置する頂部にて固定部１４１に固着している。この状態で、電極部１３、１３、・・・に電圧を印加した場合、電極部１３、１３、・・・に形成されている傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、図７の右方向へと湾曲する。一方、電極部１３、１３、・・・が形成されていない傾斜部では湾曲しないため、可動体１１と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは右上（右下）方向となる。したがって、アクチュエータ素子１２の変形により、可動体１１を押圧しつつ右方向へ移動させることができる。
【００５０】
その後、電極部１３、１３、・・・への電圧の印加を停止した場合、電極部１３、１３、・・・が形成されている傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能せず、元の形状へ戻る。一方、電極部１３、１３、・・・が形成されていない傾斜部は元来変形していないので、可動体１１と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは左方向となる。このとき、可動体１１を左方向へ移動させる移動ベクトル成分が存在しているが、可動体１１と接触する側に位置する頂部では、右上がりの傾斜部の長さが短くなる（元の長さに戻る）ことから可動体１１との接触圧が小さくなり、可動体１１が左方向へ移動することはない。よって、電極部１３、１３、・・・への電圧の印加及び印加の停止を繰り返し行うことにより、可動体１１を右方向（矢印方向）へ移動させることができるアクチュエータを構成することが可能となる。
【００５１】
以上のように本実施の形態２によれば、電極部１３に電圧を印加した場合、電極部１３が形成されている傾斜部では電歪シートが延伸するとともに硬化し、電極部１３が形成されていない傾斜部では、電圧を印加する前の長さを維持する。したがって、可動体１１と接触する側に位置する蛇腹形状の頂部が、電極部１３が形成されている傾斜部が傾斜している方向へ湾曲することにより、該頂部に接触している可動体１１を、電極部１３が形成されている傾斜部が傾斜している方向へと移動させることができる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態２では、固定部１４１を用いているが、特に板状の部材に限定されるものではなく、円柱状の部材であっても良い。この場合、円柱状の部材を固定部１４１として用い、複数のアクチュエータ素子１２、１２、・・・を収容する円筒形状の可動体１１を用いることにより、可動体１１を移動させることができるアクチュエータを構成することが可能となる。アクチュエータ素子１２は、円柱状の固定部１４１を挟んで対向する位置に配置すれば足りるので、二つで一組のアクチュエータ素子１２、１２に限定されるものではなく、円柱状の固定部１４１の周囲に複数組のアクチュエータ素子１２、１２、・・・を配置しても良い。
【００５３】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係るアクチュエータ１０の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態１及び２のように、アクチュエータ素子１２の可動体１１と接触する側とは反対側に位置する頂部を固定部材に固着していない。例えば可動体１１を、上下方向に移動することができるように鉛直方向に設けることにより、アクチュエータ素子１２の可動体１１と接触する側とは反対側に位置する頂部を固定部材に固着しなくてもユニモルフ型アクチュエータとして機能させることができる。
【００５４】
図８では、円筒形状の固定部材１４を鉛直方向に設置し、円筒形状の固定部材１４の中心部に可動体１１を配置してある。可動体１１の周囲には、互いに対向する位置に一組又は複数組のアクチュエータ素子１２、１２、・・・を配置してある。
【００５５】
アクチュエータ素子１２は、実施の形態１と同様、二枚の電歪シートを張り合わせた状態で蛇腹形状に折り曲げてあり、傾斜している傾斜部には、１つおきに電極部１３、１３、・・・が形成してある。すなわち同じ方向に傾斜している傾斜部（図８では、左側のアクチュエータ素子１２では右上がり方向に傾斜している傾斜部、右側のアクチュエータ素子１２では右下がり方向に傾斜している傾斜部）に電極部１３、１３、・・・が形成してある。したがって、蛇腹形状の１つおきの傾斜部は、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能することができる。
【００５６】
左側（右側）のアクチュエータ素子１２に着目すると、可動体１１と接触する側に位置する頂部にて可動体１１を支持し、可動体１１と接触する側とは反対側に位置する頂部は、固定板材１４に固着していない。この状態で、電極部１３、１３、・・・に電圧を印加した場合、電極部１３、１３、・・・が形成されている傾斜部はユニモルフ型アクチュエータとして機能し、図８の上方向へと湾曲する。一方、電極部１３、１３、・・・が形成されていない傾斜部では湾曲しないため、可動体１１と接触する側に位置する頂部の移動ベクトルは上方向となる。可動体１１と接触する側とは反対側に位置する頂部を固定板材１４に固着していないが、底面によってアクチュエータ素子１２が支持されているので、アクチュエータ素子１２の変形により、可動体１１を押圧しつつ上方向へ移動させることができる。
【００５７】
また、アクチュエータ素子１２、１２の互いに対向する電極部１３、１３、・・・に印加する電圧の極性を、例えば下から同じ極性、異なる極性、同じ極性、異なる極性、・・・と交互に同じ極性及び異なる極性となるように電源に接続しておき、高電圧リレーにより同じ極性の電極部１３、１３、・・・と異なる極性の電極部１３、１３、・・・とを交互にオンオフすることにより、可動体１１が下方へズレ落ちることなく上方向へ移動させることができる。
【００５８】
すなわち、まず下から奇数番目の電極部１３、１３、・・・に電圧を印加するよう高電圧リレーを切り替える。これにより、下から奇数番目の電極部１３、１３、・・・が変形し、同じ極性であることから電気的斥力が働くので、可動体１１を上方向へ移動させることができる。次に、下から偶数番目の電極部１３、１３、・・・に電圧を印加するよう高電圧リレーを切り替える。これにより、下から奇数番目の電極部１３、１３、・・・は元の状態へ戻り、下から偶数番目の電極部１３、１３、・・・が変形するが、異なる極性であることから電気的引力が働くので、可動体１１は下方へ落下することなく保持される。このように、上方への移動、保持、上方への移動、保持、・・・という動作を繰り返し行うことにより、より安定して可動体１１を上方へ移動させることができる。
【００５９】
なお、アクチュエータ素子１２は、固定部材１４の全長にわたって一のアクチュエータ素子として構成されていても良いし、複数のアクチュエータ素子で構成されていても良い。
【００６０】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４に係るアクチュエータ１０の構成を模式的に示す部分断面図である。図９では、説明を簡単にするために、アクチュエータ素子１２を略直線的に折り曲げた蛇腹形状としているが、特にこの形状に限定されるものではない。本実施の形態４では、実施の形態１乃至３とは異なり、アクチュエータ素子１２の電極部１３、１３、・・・が形成されていない傾斜部に、補強部材を設けてある。
【００６１】
図９の例では、アクチュエータ素子１２の右上がりの傾斜部に電極部１３、１３、・・・が形成してあり、右下がりの傾斜部に補強部材９１、９１、・・・が設けてある。補強部材９１は、ウレタン、アクリル、シリコン等からなるエラストマーの小シートであり、アクチュエータ素子１２を蛇腹形状に折り曲げる前に、電極部１３、１３、・・・が形成されていない傾斜部に熱硬化性接着剤あるいはＵＶ硬化性接着剤等により張り付けてある。
【００６２】
このように補強部材９１、９１、・・・を設けることにより、アクチュエータ素子１２の頂部を固定部材１４に固着している側と反対側から過剰な外力を付与された場合であっても、アクチュエータ素子１２が座屈等により損傷するおそれが少なく、外力に対する耐性の高いアクチュエータを構成することが可能となる。
【００６３】
（実施の形態５）
図１０は、本発明の実施の形態５に係るアクチュエータ１０の構成を模式的に示す部分断面図である。図１０では、説明を簡単にするために、アクチュエータ素子１２を略直線的に折り曲げた蛇腹形状としているが、特にこの形状に限定されるものではない。本実施の形態５では、実施の形態１乃至４とは異なり、アクチュエータ素子１２と固定部材１４との間の隙間に、弾性を有する弾性部材１０１を設けてある。
【００６４】
図１０の例では、アクチュエータ素子１２の右上がりの傾斜部に電極部１３、１３、・・・が形成してあり、アクチュエータ素子１２と固定部材１４との間の隙間に、弾性部材１０１を設けてある。弾性部材１０１は、ウレタン、アクリル、シリコン等からなるエラストマー系のゴム材料であり、一定の弾性を有することから、アクチュエータ素子１２の頂部を固定部材１４に固着している側と反対側から過剰な外力を付与された場合であっても、弾性部材１０１の弾性により座屈等が生じる可能性が低くなる。
【００６５】
実際には、アクチュエータ素子１２と固定部材１４との間の隙間に、弾性部材１０１を隙間なく設けることは困難であるので、アクチュエータ素子１２を蛇腹形状に折り曲げ、頂部を固定部材１４に固着する時点で弾性部材１０１を設けている。図１１は、本発明の実施の形態５に係るアクチュエータ１０の、弾性部材１０１を設ける場合のアクチュエータ素子１２の取付工程を模式的に示す断面図である。
【００６６】
図１１（ａ）は、アクチュエータ素子１２を蛇腹形状に折り曲げる前の状態を、図１１（ｂ）は、アクチュエータ素子１２を蛇腹形状に折り曲げた後の状態を、それぞれ示している。まず図１１（ａ）に示すように、所定量の弾性部材１０１を固定部材１４に載置し、下面を熱硬化性接着剤あるいはＵＶ硬化性接着剤等により固定部材１４に接着しておく。その上に、電極膜１３、１３、・・・を形成した、折り曲げる前のアクチュエータ素子１２を配置する。
【００６７】
次に、図１１（ｂ）に示すように、アクチュエータ素子１２の電極膜１３が形成されている部分の一端を固定部材１４に点Ａにて固着し、弾性部材１０１を覆うように次の電極膜１３が形成されている部分の一端を固定部材１４に点Ｂにて固着する。この場合、アクチュエータ素子１２の電極膜１３、１３、・・・が形成されている部分と、電極膜１３、１３、・・・が形成されていない部分とでは固さが相違するので、弾性部材１０１の変形後の形状は非対称となるものの、電極膜１３、１３、・・・が形成されている部分と、電極膜１３、１３、・・・が形成されていない部分との境界は、頂部近傍に形成される。
【００６８】
この状態で電圧を印加した場合、電極膜１３、１３、・・・が形成されている部分のみが、いわゆるユニモルフ型アクチュエータとして機能するので、非対称な形状である弾性部材１０１の上端部分が変形することでアクチュエータ１０として機能する。
【００６９】
このように弾性部材１０１、１０１、・・・を設けることにより、アクチュエータ素子１２を固定部材１４に固着している側と反対側から過剰な外力を付与された場合であっても、アクチュエータ素子１２が座屈等により損傷するおそれが少なく、外力に対する耐性の高いアクチュエータを構成することが可能となる。
【００７０】
その他、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。例えば、電極膜は、上述した金属材料を用いても良いし、導電性高分子材料を用いても良い。例えば３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸（以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳという）にて電極膜を形成する場合、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを機械的に粉砕し、アクリル樹脂等の有機バインダとともにプロパノール（有機溶剤）中に溶解する。そして、機械的に攪拌することによりＰＥＤＯＴ／ＰＳＳペーストを作成し、スクリーン印刷することにより電極膜を形成する。これにより、変形により剥離しにくいアクチュエータを容易に構成することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０  アクチュエータ
１１  可動体
１２  アクチュエータ素子
１３  電極部
１４  固定部材
３１、３２  電歪シート
３３、３４  電極膜
９１  補強部材
１０１  弾性部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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