(57)【要約】【課題】電極に電圧を印加することにより変形するアクチュエータにおいて、基板に実装するとき、基板との接合部分が剥離する可能性を低減し、基板上の配線とリード線を介して電極が電気的に接続されるとき、このリード線が切断される可能性を低減する。【解決手段】アクチュエータ１０は、電極層１４，１６によりアクチュエータ層１２が挟まれたアクチュエータ本体１８と、アクチュエータ本体１８のアクチュエータ層１２が延長した延長部分２４と、延長部分２４の一部に電極層１４，１６が延長した延長部分２６，２８とを有する基板接合部３０とを備える。アクチュエータ本体１８の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から、基板接合部３０における電極層１４，１６の延長部分２６，２８を投影して見たとき、延長部分２６，２８は互いに領域が重なることなく異なる領域に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、
電圧を印加することにより少なくとも一方の面の側が伸張する膜状又は板状のアクチュエータ層と、前記アクチュエータ層の両側の面を挟んで対向するように設けられ、電圧が印加される一対の電極層と、を有する膜状又は板状のアクチュエータ本体と、
基板に実装するために前記アクチュエータ本体から延長され、基板と接合される延長部分であって、前記アクチュエータ本体の前記アクチュエータ層が延長した延長部分と、この延長部分の一部の領域に前記一対の電極層が延長した延長部分と、を有する基板接合部と、を備え、
前記アクチュエータ本体の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から、前記基板接合部における前記一対の電極層の延長部分を投影して見たとき、前記一対の電極層の延長部分は、互いに領域が重なることなく異なる領域に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記基板接合部における前記一対の電極層の延長部分はそれぞれ、基板上に設けられた一対の配線と電気的に接続され、前記基板接合部が電極端子となっている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記アクチュエータ本体は、電圧を印加することにより基板に対して凸状に変形し、
前記アクチュエータ本体の形状は、円形状、略円形状、楕円形状又は略楕円形状の一部を成しており、前記円形状、前記略円形状、前記楕円形状又は前記略楕円形状の中心位置を含む領域が、別の円形状、略円形状、楕円形状又は略楕円形状に切り欠かれた第１の切り欠き部と、この第１の切り欠き部から前記アクチュエータ本体の外周に向かって幅が拡がるように切り欠かれた第２の切り欠き部と、を有する請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記アクチュエータ層は、前記一対の電極に電圧を印加したとき、一方の面の側が伸張し、他方の面の側が収縮することにより、基板に対して凸状に変形する請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記アクチュエータ層は、前記一対の電極層に電圧を印加したとき伸張する層であり、前記一対の電極層のうち一方の電極層の外側に固定支持層を設けることで、前記一対の電極層への電圧の印加により、基板に対して凸状に変形する請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記アクチュエータ本体の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から前記基板接合部の前記一対の電極層の延長部分を投影して見たとき、前記基板接合部における前記アクチュエータ層の延長部分に、前記一対の電極層それぞれの延長部分に挟まれた領域があり、この領域に導体が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記基板接合部の前記アクチュエータ層の延長部分に切り込みが設けられ、
前記アクチュエータ本体の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から前記接合部における前記一対の電極層の延長部分を投影して見たとき、前記一対の電極層それぞれの延長部分に挟まれた領域があり、この領域に前記切り込みが設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
操作者がタッチ入力する入力デバイスであって、
請求項１〜7のいずれか１項に記載のアクチュエータが、入力デバイスの入力位置に対応した前記基板の複数の位置に配置されて前記基板に実装され、
操作者がタッチ入力する前に、又タッチ入力したときに、前記アクチュエータ本体が凸状に変形するように電圧を印加する制御ユニットを有することを特徴とする入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、より詳しくは基板に実装し、基板に対して凸状に変形するアクチュエータ、及びこのアクチュエータを用いた、操作者がタッチ入力する入力デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステムのディスプレイ等の小型電子機器には操作者からの入力デバイスとして、タッチパネル式ディスプレイが用いられている。タッチパネル式ディスプレイは、指等により所定の部分を押圧することにより、機器に信号を入力することのできる入力デバイスを備えたディスプレイである。しかしながら、このタッチパネル式ディスプレイでは、操作者は、入力位置を確認するために画面を見る必要があり、さらに入力されたことの確認を入力と同時に発する音や表示画面中の色の変化により知る方法しかない。
【０００３】
近年、運転中タッチパネル式ディスプレイを視認するすることのできないドライバや視覚障害者を含む操作者が、ディスプレイを視認することができなくても、入力位置の確認ができ、アナログスイッチを押したときのように反力の感触を受けるあるいは到達度（達成感）を受けることができるように、種々のデバイスが提案されている。
【０００４】
このようなデバイスの１つとして利用可能なアクチュエータが提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載される高分子アクチュエータは、イオン交換樹脂成形品とこのイオン交換樹脂成形品の表面に絶縁状態で金属電極を備えた構成であり、含水状態において、金属電極間に電位差をかけることで、イオン交換樹脂成形品に湾曲及び変形を生じさせるものである。
この高分子アクチュエータは、イオン交換樹脂成形品に、金属錯体水溶液中で吸着させ、吸着した金属錯体を還元することにより金属を析出させて、イオン交換樹脂成形品内部まで樹枝状の金属電極を形成することによって、金属電極を備えたイオン交換樹脂成形品を構成することができる。金属電極は、樹枝状の電極であるため電極面積が大きくなり、実用的な変位と応力を得ることができる、とされている。
【０００５】
さらに、下記特許文献２には、電極層がイオン交換樹脂を挟んで形成されたアクチュエータ素子であって、このアクチュエータ素子が膜状又は板状であり、アクチュエータ素子の外周に拡開した開口部を備え、中心付近にこの開口部と連なる略円形状の空間部を備えたアクチュエータ素子が記載されている。
このアクチュエータ素子は、形状の変化によって、膜状又は板状の面に対して垂直方向に突出するので、リニアーアクチュエータとして好適に用いることができる、とされている。
【０００６】
【特許文献１】特許第２９６１１２５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記高分子アクチュエータ及び上記アクチュエータ素子を実際のデバイスとして実装するとき、すなわち、回路基板等に固定して実装するとき、リード線等を介して、印加する電源と高分子アクチュエータやアクチュエータ素子の電極とを接続する。しかし、このときリード線を介して電圧を印加すると、電極もアクチュエータの一部として変形するので、リード線やリード線と電極との接合部分に不要な力が加わる。しかも、この変形が繰り返し行われるので、リード線が断線し、あるいは、接続部分の剥離が生じる可能性が高くなり、耐久性が劣るといった問題がある。
又、上記特許文献１、２には、上記高分子アクチュエータ及び上記アクチュエータ素子が回路基板等に実装されたとき、上記高分子アクチュエータや上記アクチュエータ素子の電極に対してどのように電圧を印加するか、その方法についての記載はない。
さらに、電圧の印加により変形する上記高分子アクチュエータ及び上記アクチュエータ素子をどのように回路基板等に固定して実装するか、その方法についても記載がない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題を解決するために、電極に電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、基板に実装するとき、基板との接合部分が剥離する可能性を低く、又、基板上の配線とリード線を介して電極が電気的に接続されるとき、このリード線が切断される可能性が低いアクチュエータを提供することを目的とする。さらに、このアクチュエータを用いて構成される、操作者がタッチ入力する入力デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、電圧を印加することにより少なくとも一方の面の側が伸張する膜状又は板状のアクチュエータ層と、前記アクチュエータ層の両側の面を挟んで対向するように設けられ、電圧が印加される一対の電極層と、を有する膜状又は板状のアクチュエータ本体と、基板に実装するために前記アクチュエータ本体から延長され、基板と接合される延長部分であって、前記アクチュエータ本体の前記アクチュエータ層が延長した延長部分と、この延長部分の一部の領域に前記一対の電極層が延長した延長部分と、を有する基板接合部と、を備え、前記アクチュエータ本体の膜状又は板状平面に対して垂直の方向から、前記基板接合部における前記一対の電極層の延長部分を投影して見たとき、前記一対の電極層の延長部分は、互いに領域が重なることなく異なる領域に設けられていることを特徴とするアクチュエータを提供する。
【００１０】
その際、前記基板接合部における前記一対の電極層の延長部分はそれぞれ、基板上に設けられた一対の配線と電気的に接続され、前記基板接合部が電極端子となっていることが好ましい。
又、前記アクチュエータ本体は、電圧を印加することにより基板に対して凸状に変形し、
前記アクチュエータ本体の形状は、円形状、略円形状、楕円形状又は略楕円形状の一部を成しており、前記円形状、前記略円形状、前記楕円形状又は前記略楕円形状の中心位置を含む領域が、別の円形状、略円形状、楕円形状又は略楕円形状に切り欠かれた第１の切り欠き部と、この第１の切り欠き部から前記アクチュエータ本体の外周に向かって幅が拡がるように切り欠かれた第２の切り欠き部と、を有することが好ましい。
【００１１】
前記アクチュエータ層は、前記一対の電極に電圧を印加したとき、一方の面の側が伸張し、他方の面の側が収縮することにより、基板に対して凸状に変形することが好ましい。あるいは、前記アクチュエータ層は、前記一対の電極層に電圧を印加したとき伸張する層であり、前記一対の電極層のうち一方の電極層の外側に固定支持層を設けることで、前記一対の電極層への電圧の印加により、基板に対して凸状に変形することも同様に好ましい。
【００１２】
又、前記アクチュエータ本体の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から前記基板接合部の前記一対の電極層の延長部分を投影して見たとき、前記基板接合部における前記アクチュエータ層の延長部分に、前記一対の電極層それぞれの延長部分に挟まれた領域があり、この領域に電界を遮断する導体が設けられていることが好ましい。
あるいは、前記基板接合部の前記アクチュエータ層の延長部分に切り込みが設けられ、前記アクチュエータ本体の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から前記接合部における前記一対の電極層の延長部分を投影して見たとき、前記一対の電極層それぞれの延長部分に挟まれた領域があり、この領域に前記切り込みが設けられていることも同様に好ましい。
【００１３】
さらに、本発明は、操作者がタッチ入力する入力デバイスであって、前記アクチュエータが、入力デバイスの入力位置に対応した前記基板の複数の位置に配置されて前記基板に実装され、操作者がタッチ入力する前に、又タッチ入力したときに、前記アクチュエータ本体が凸状に変形するように電圧を印加する制御ユニットを有することを特徴とする入力デバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアクチュエータでは、アクチュエータ本体の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から、基板接合部における一対の電極層の延長部分を投影して見たとき、一対の電極層の延長部分が、互いに領域が重なることなく異なる領域に設けられているので、一対の電極層に電圧が加えられても、基板接合部の変形は小さい。このため、基板接合部が変形によって基板から外れる可能性は低い。
また、基板接合部における電極層の延長部分が基板の配線と接続される場合、基板接合部の変形は小さいので、この接続部分が外れて断線する可能性も低い。
特に、基板接合部における一対の電極層の延長部分に挟まれた領域に、電界を遮断する導体を設けることにより、又、アクチュエータ層の延長部分の切り込みを設けることにより、基板接合部分の変形をより一層小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１（ａ）は、本発明のアクチュエータの一例を示すアクチュエータ１０の斜視図であり、回路基板に実装された状態を示している。アクチュエータ１０は、電圧を印加することにより回路基板の面に対して凸状に変形するアクチュエータである。
【００１６】
アクチュエータ１０は、電圧を印加することにより一方の面の側が少なくとも伸張して変形する膜状又は板状のアクチュエータ層１２と、アクチュエータ層１２の両側の面を挟んで対向するように設けられ、電圧が印加される一対の電極層１４，１６と、を有する膜状又は板状のアクチュエータ本体１８を備えている。さらに、アクチュエータ１０は、アクチュエータ本体１８のアクチュエータ層１２が延長した延長部分２４と、この延長部分２４の一部に、一対の電極層１４，１６がそれぞれ延長した延長部分２６，２８とを有する基板接合部３０と、を備えている。
【００１７】
基板接合部３０は、回路基板２２に実装するためにアクチュエータ本体１８から延長された部分であって、回路基板２２と接合される。回路基板２２との接合は、回路基板２２と接着剤によって行われる。
又、回路基板２２には、電極層１４，１６に電圧を印加するための一対の配線３２，３４が設けられ、基板接合部３０における電極層の延長部分２６，２８と接続されており、基板接合部３０は、電極端子として機能する。アクチュエータ層１２に対して、実装する回路基板２２の面の側にある電極層１６の延長部分２８は、配線３４と半田や導電性接着剤等によって電気的に接続され、アクチュエータ層１２に対して、実装する回路基板２２の面と反対側にある電極層１４の延長部分２６は、ワイヤー３８及び導電性接着剤等により接続されている。なお、回路基板２２は、電源３６及び制御ユニット３７と接続されており、電圧が所定のタイミングでアクチュエータ１０に供給されるように構成されている。
【００１８】
アクチュエータ層１２は、高分子電解質膜で構成されている。高分子電解質膜は、イオン導電性の材料であれば限定されないが、特にイオン伝導率の点及び耐久性の点からイオン交換樹脂膜を好適に用いることができる。イオン交換樹脂膜は、特に限定されないが、例えば、カチオン交換樹脂膜、アニオン交換樹脂膜あるいは両イオン交換樹脂膜が用いられる。この中で、アクチュエータとしての動作の点から、カチオン交換樹脂膜が好適に用いられる。カチオン交換樹脂膜の場合、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、フッ素系樹脂等にスルホン酸基、カルボキシル基等の置換基を導入したものが用いられる。カチオン交換樹脂膜として「ナフィオン」（登録商標、Du Pont社製商品名）や「フレミオン」（登録商標、旭硝子社製商品）が用いられる。又、ベンズイミダゾール骨格を有するイオン交換樹脂膜、あるいはスルホン化ポリエーテルスルホン系イオン交換樹脂膜、ポリアリールエーテル系イオン交換樹脂膜又はスルホン化ポリエーテルエーテルケトン系イオン交換樹脂膜、さらには、ポリイミド系イオン交換樹脂膜等も例示される。
【００１９】
アクチュエータ層１２は、電解質溶液が含浸して膨潤状態となっている。アクチュエータ層１２に電解質溶液を含浸させて膨潤させることで、アクチュエータとして活性化される。電解質溶液は、電解塩が溶解して導電性を有するものであればよい。例えば、カチオンとしてリチウムイオンを好適に用いることができる。この他、カチオンとして、ジアルキルイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリジニウムイオンからなる群から選択されるものも用いることができる。又、アニオンとして、ＡlＣｌ4−、ＢＦ4−、ＣｌＯ4−、ＰＦ6−、ＳｂＦ6−、Ｃｌ−、スルホニウムイミドアニオン、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ−、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎ−からなる群から選択されるものを用いることができる。溶媒として、水や、低揮発性の非水系溶媒、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、ブチロラクトン等の有機溶剤を用いることができる。特に、低揮発性の有機溶剤は、気中動作及び長期的な使用の点から好適である。電解質溶液として、室温でも液体として存在する塩であるイオン性液体、ゲル電解質を使用することもできる。
【００２０】
電極層１４，１６は、アクチュエータ層１２の異なる面に沿って対向するように設けられた金属層である。アクチュエータ層１２の高分子電解質膜中には、電極層１４，１６から高分子電解質膜の網目構造の内部に向かって樹枝状に金属（図示されない）が延びている。このため、電極層１４，１６から延びる樹枝状の金属部分は、アクチュエータ層１２の高分子電解質膜中に広い電極面積を有することになる。電極層１４,１６及びアクチュエータ層１２の内部に延びる樹枝状の金属部分は、高分子電解質膜のイオン吸着を利用して金属イオンを吸着させた後、金属イオンを還元させて金属を析出させる、いわゆるメッキ処理により作られる。電極層１４，１６は、例えば金、白金又はパラジウムで構成される。特に、柔軟性の点から、金を用いることが好ましい。例えば、電極層１４，１６及び樹枝状の金属部分は、以下のように作製される。
【００２１】
具体的には、（ａ）〜（ｅ）の５工程を１回以上、例えば３〜５回繰り返すことにより電極層１４，１６及び樹枝状の金属部分は作製される。
（ａ）洗浄工程
（ｂ）膨潤工程
（ｃ）金属イオンの吸着工程
（ｄ）金属イオンの還元工程
（ｅ）洗浄工程
各工程の一例を挙げると、（ａ）洗浄工程では、アクチュエータ層１２の高分子電解質膜を沸騰純水中で１時間加熱して洗浄する。（ｂ）膨潤工程では、メタノール中で１時間浸漬することにより、高分子電解質膜を膨潤させる。（ｃ）金属イオンの吸着工程では、メッキ液として金フェナントロリン錯体溶液に１２時間浸漬することより金イオンを高分子電解質膜に吸着させる。（ｄ）金属イオンの還元工程では、亜硫酸ナトリウム水溶液を金イオンの吸着した高分子電解質膜に浸透させて金イオンを還元させて金を析出させる。（ｅ）洗浄工程では、７０℃の純水中に３０分浸漬して洗浄する。
【００２２】
このようにして電極層１４，１６の作製されたアクチュエータ層１２は、厚さが例えば１ｍｍ以下の広いシート体として作られ、このシート体から、所定の形状に切断、加工されて図１（ａ）に示す形状のアクチュエータ１０が作られる。
【００２３】
アクチュエータ１０のアクチュエータ本体１８は、図１（ｂ）に示すように、円形状Ｃ1の一部を成しており、この円形状Ｃ1の中心位置Ｏを含む領域が、別の円形状Ｃ2に切り欠かれた第１の切り欠き部３０ａと、この第１の切り欠き部３０ａからアクチュエータ本体１８の円形状Ｃ1の外周に向かって幅が拡がるように切りかかれた第２の切り欠き部３０ｂと、を有する。本発明において、アクチュエータ本体１８の外郭形状は、円形状Ｃ1の一部を用いる他、略円形状、楕円形状、略楕円形状の一部を用いてもよい。又、第１の切り欠き部３０ａについても、円形状Ｃ2の他に、略円形状、楕円形状、略楕円形状を用いてもよい。アクチュエータ本体１８に切り欠き部３０ａを設けるのは、後述するアクチュエータ本体１８の変形時、面内変形を緩和し、面外変形（図３（ｂ）のＹ方向の凸状の変形）を効率よく生じさせるためである。
【００２４】
一方、基板接合部３０は、アクチュエータ本体１８の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向（図１（ｂ）の紙面垂直な方向）から、基板接合部３０における電極層１４，１６の延長部分２６，２８を投影して見たとき、電極層１４，１６の延長部分２６，２８は、互いに領域が重なることなく異なる領域に設けられている。
【００２５】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すアクチュエータ本体１８のＡ−Ａ’矢視断面図であり、図１（ｄ）は、図１（ｂ）に示す基板接合部３０のＢ−Ｂ’矢視断面図である。
アクチュエータ本体１８では、全ての領域において、図１（ｃ）に示すように、アクチュエータ層１２の両側に電極層１４，１６が対向するように設けられて３層構造となっているが、基板接合部３０では、図１（ｄ）に示すように、図中Ｘ方向から延長部分２６，２８を見たとき、全ての領域で延長部分２６，２８が全く重ならず異なる領域に設けられており、２層構造となっている。
基板接合部３０において、延長部分２６，２８を異なる領域に設けるのは、延長部分２６，２８に所定の電圧が印加されてアクチュエータ本体１８が回路基板２２に対して凸状に変形しても、基板接合部３０が同様の変形をしないようにするためである。
【００２６】
図２（ａ），（ｂ）は、アニオン交換樹脂膜のアクチュエータ１０の電圧の印加により発生する変形を模式的に説明する図である。
上述したように、アクチュエータ層１２は、電解質溶液を含浸して膨潤状態となって、活性化されている。図２（ａ）に示すように、アクチュエータ層１２には、カチオンＤが多数存在している。この状態で、電圧を印加することにより、アクチュエータ層１２に含まれるカチオンが、電解質溶液の水分子または溶媒分子Ｅとともに電極層１４，１６のうち陰極側に引っ張られて、陰極側のアクチュエータ層１２の体積が膨張し伸張する。一方、陽極側の体積は、水分子又は溶媒分子Ｅが移動したことにより、体積が減少して収縮する。このため図２（ｂ）に示すように凸状の変形をする。
【００２７】
図３（ａ），（ｂ）は、アニオン交換樹脂膜のアクチュエータ１０が図１（ｂ）に示す形状をしているときの、電圧の印加により回路基板２２に対して発生する凸状の変形を模式的に説明する図である。
図３（ａ）に示すように平面状（膜状又は板状）のアクチュエータ１０に、上面の電極層１４に低電位、下面の電極層１６に高電位となる電圧を印加することにより、図３（ｂ）に示すようにＹ方向に延びる凸状の変形が生じるが、このとき、アクチュエータ本体１８の円弧状の外縁部分は、内側の方向（図中の矢印Ｚの方向）に向かって収縮するように変位する。一方、基板接合部３０は、回路基板２２と接合して回路基板２２に固定されているため、基板接合部３０には、アクチュエータ本体１８の外縁部分の変位に抗するような剥離応力が回路基板２２との間で発生する。例えば、図３（ａ）に示すようにアクチュエータ１０が平面状を成し、アクチュエータ本体１８の円形状の直径が略８ｍｍの場合、Ｙ方向の突出量は略２ｍｍ程度あり、変形は大きい。
【００２８】
このような形状のアクチュエータ１０において、アクチュエータ本体１８の変形に加えて、基板接合部３０もＹ方向に凸状に変形すると、アクチュエータ本体１８の変形による剥離応力に加えて、基板接合部３０自身の変形による剥離応力も基板接続部３０に作用するので、基板接合部３０が回路基板２２から剥離する可能性が一層高くなる。さらに、延長部分２６と配線３２とを接続するワイヤー３８も、基板接合部３０がＹ方向に凸状に変形することにより、断線し易くなる。
このため、基板接合部３０がＹ方向に凸状に変化することのないように、基板接合部３０において、電極層１４，１６の延長部分２６，２８は異なる領域に設けられている。延長部分２６，２８を異なる領域に設けることにより、延長部分間の距離が長くなるので、その間で作られる電界は弱くなり、カチオン及び水分子（または溶媒分子）の移動が低減する。
【００２９】
なお、本発明では、上記実施形態の他に、種々の実施形態を用いることもできる。図４（ａ），（ｂ）は、上記実施形態と異なる他の実施形態を示す図である。図４（ａ），（ｂ）は、いずれも基板接合部３０を拡大した図を示している。
図４（ａ）に示す実施形態では、アクチュエータ本体１８の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から、基板接合部３０における電極層１４，１６の延長部分２６，２８を投影して見たとき、この延長部分２６，２８は、互いに領域が重なることなく異なる領域に設けられている。このとき、延長部分２６と延長部分２８とで挟まれる領域があり、この領域に金属導体４０が付加されている。金属導体４０は、延長部分２６，２８に挟まれた領域に設けられるので、延長部分２６，２８の間で発生する電界を遮断する、あるいは電界を弱めるシールドとして機能する。このため、基板接合部３０における変形は極めて小さくなる。
【００３０】
図４（ｂ）に示す実施形態では、アクチュエータ本体１８の膜状又は板状の平面に対して垂直の方向から、基板接合部３０における電極層１４，１６の延長部分２６，２８を投影して見たとき、この延長部分２６，２８は、互いに領域が重なることなく異なる領域に設けられている。このとき、延長部分２６と延長部分２８とで挟まれる領域があり、この領域にアクチュエータ層１２の延長部分２４に切り込み４２が設けられている。切り込み４２は、延長部分２６，２８に挟まれた領域に設けられるので、延長部分２６，２８の間で電界が発生しても、この電界によって延長部分２４に含まれるカチオン、水分子（又は溶媒分子）が電極層１４の延長部分２６に移動する経路が断たれているので、変形が生じない。しかも、基板接合部３０に切り込み４２を設ける加工も容易に行うことができる。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、アクチュエータ層として、イオン交換樹脂膜等の高分子電解質膜に電解質溶液を含浸させた構成であるが、本発明では、この構成に限定されない。例えば、図５（ａ）に示すように、アクチュエータ層１２’は、一対の電極層１４’，１６’に電圧を印加したとき伸張する層とし、電極層１４’，１６’の外側に、固定支持層として、ポリイミド等の樹脂フィルム４４’を設ける構成としてもよい。
【００３２】
例えば、アクチュエータ層１２’は、誘電エラストマーを用い、図５（ｂ）に示されるように、一対の電極層１４’，１６’に電圧を印加したとき静電応力により伸張させる。一対の電極層１４’，１６’の外側の樹脂フィルム４４’は、電圧の印加によって伸縮せず固定支持層となるので、電極層１４’，１６’への電圧の印加により、回路基板に対して凸状に変形する。
誘電エラストマーは、強い電界をかけることにより、電界の方向に伸縮し、電界と垂直方向にマクスウェル応力の作用により外側に膨張するものである。誘電エラストマーの種類は、特に制限されず、公知のものを用いることができる。
【００３３】
あるいは、誘電エラストマーに替えて、ポリピロール等の導電性高分子材料を用いてもよい。この種の材料は、電圧を電極層１４’，１６’に印加することにより、酸化還元し、高分子の構造自体を変化させて膨張するものである。
あるいは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電性を有する材料を用いることもできる。
さらに、アクチュエータ層１２’の一部として、上述の材料に、形状記憶樹脂、形状記憶合金あるいは磁性形状記憶合金等の部材を含ませてもよい。形状記憶樹脂や形状記憶合金は、所定温度以上に加熱されると元の形状に回復するものである。形状記憶樹脂として、トランスイソプレン、ポリノボルネン、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリウレタン等が挙げられる。このような材料では電極層による抵抗加熱により変形を調整することができる。
あるいは、磁界を与えることで形状が回復する磁性形状記憶合金を、アクチュエータ層１２’の一部として含ませてもよい。図示されない磁界生成手段によって磁界を生成して、アクチュエータ層１２’の変形を調整することができる。
【００３４】
このようなアクチュエータ１０は、図６（ａ），（ｂ）に示される入力デバイス５０に好適に用いることができる。
図６（ａ）は、操作者が指等によりボタン５２を押圧してタッチ入力する入力デバイスを示す図である。図６（ｂ）は、入力デバイス５０の、アクチュエータ１０が実装された回路基板を示す図である。
【００３５】
回路基板５４には、上述したアクチュエータ１０が複数個、ボタン５２の位置に対応する回路基板５２上の位置に接着剤等によって固定して実装されている。回路基板５４には、配線３２，３４が設けられ、これらの配線３２，３４が、各アクチュエータ１０の基板接合部３０における延長部分２６，２８と電気的に接続されている。
さらに、回路基板５４には、電源３６及び制御ユニット４６が設けられている。制御ユニット４６は、所定のボタン５２が凸状に変形するように、所定のアクチュエータ１０を選択して、この選択したアクチュエータ１０に対して電圧を印加するように構成されている。
なお、図６（ｂ）に示す実施形態は、複数個のアクチュエータ１０を回路基板５４に実装する構成であるが、複数個のアクチュエータ１０を一枚のシートに作りこみ、このシートを実装してもよい。
【００３６】
操作者が入力デバイス５０の所定のボタン５２を押したとき、この位置に対応して設けられているアクチュエータ１０のアクチュエータ層１２は力学的変形を受ける。この変形によりアクチュエータ層１２に発生する電圧は、アクチュエータ１０に設けられた図示されない電極から取り出され、この電圧の信号が制御ユニット４６に送られる。すなわち、アクチュエータ１０は、力学的変形を受けたことを感知するセンサーとしての機能も有する。勿論、アクチュエータと上記センサーとを別体で構成してもよい。制御ユニット４６は、この電圧の信号を受け取り、電圧の信号が送られてきたアクチュエータ１０に対して、凸状の変形が生じるように即座に電圧を印加する。これにより、操作者がボタン５２を押している僅かな時間の間に、ボタン５２は、アクチュエータ１０の凸状の変形によりもり上がり、操作者はボタン５２から反力を受けるので、ボタン５２が押されて入力が実行されたことを実感することができる。このように、操作者がタッチ入力したとき、ボタンをタッチしている間に、アクチュエータ本体１８が凸状に変形するように構成される。
あるいは、制御ユニット４６は、操作者に入力を要求する場合、複数のボタン５２のううちどのボタンを選択して入力すればよいのか、入力を要求するボタン５２が凸状にもり上がるように、対応するアクチュエータ１０に電圧を印加する。このように、操作者がタッチ入力する前、アクチュエータ本体１８が凸状に変形するように構成される。
このように、本発明のアクチュエータは、操作者がボタン等を押して入力するときに用いる入力デバイスに好適に用いることができる。
【００３７】
以上、本発明のアクチュエータ及び入力デバイスについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のアクチュエータの一例を示すアクチュエータを示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１に示すアクチュエータの変形を模式的に説明する図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に示すアクチュエータが図１（ｂ）に示す形状をしているとき発生する凸状の変形を模式的に説明する図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明のアクチュエータの図１（ａ）〜（ｄ）に示すアクチュエータと異なる実施形態を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明のアクチュエータの他の実施形態を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明の入力デバイスの一実施形態である入力デバイスを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す入力デバイスのアクチュエータが実装された回路基板を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  アクチュエータ
１２，１２’アクチュエータ層
１４，１６，１４’，１６’  電極層
１８  アクチュエータ本体
２２  回路基板
２４，２６，２８  延長部分
３０  基板接合部
３０ａ  第１の切り欠き部
３０ｂ  第２の切り欠き部
３２，３４  配線
３６  電源
３７  制御ユニット
３８  ワイヤー
４０  金属導体
４２  切り込み
４６  制御ユニット
５０  入力デバイス
５２  ボタン
５４  回路基板
【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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