(57)【要約】【課題】必要な駆動力を確保しつつ、屈曲が低減され、欠陥が生じても影響が小さい高分子静電型アクチュエータユニットを提供する。【解決手段】ベースプレート１１には、一層の筒状のアクチュエータ本体２０が複数設けられている。アクチュエータ本体２０の変位は、軸方向においてベースプレート１１とは反対側の端部のトッププレート１２から取り出される。アクチュエータ本体２０は、側壁同士が互いに接する最密充填状態で設けられている。これにより、変位を取り出すアクチュエータ本体２０の端部面積が確保される一方、アクチュエータ本体２０の変位時に、アクチュエータ本体２０一つ当たりに加わる負荷は低減される。そのため、アクチュエータ本体２０が軸方向へ変位したとき、アクチュエータ本体２０の屈曲は低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜状の絶縁層、および前記絶縁層の両面に導電層を有し、筒状に形成され、電圧を印加することにより軸方向へ伸縮するアクチュエータ本体と、
前記アクチュエータ本体が複数設けられ、前記アクチュエータ本体の軸方向の一方の端部を支持しているベースプレートと、
を備える高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項２】
前記アクチュエータ本体の外周側、または外周側および内周側の双方に設けられ、前記アクチュエータ本体に接するガイドを備える請求項１記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項３】
前記アクチュエータ本体を複数備え、
前記複数のアクチュエータ本体の外側を囲むガイドを備える請求項１記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項４】
複数の前記アクチュエータ本体は、側面が互いに他のアクチュエータ本体に接している請求項１または３記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項５】
前記アクチュエータ本体の断面は略円形であり、前記アクチュエータ本体は前記ベースプレートに最密充填形状で配列されている請求項１から４のいずれか一項記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項６】
前記アクチュエータ本体の断面は略正六角形であり、前記アクチュエータ本体は前記ベースプレートにハニカム形状で配列されている請求項１から４のいずれか一項記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項７】
前記ベースプレートは、前記アクチュエータ本体の前記導電層に接続する配線部を有する請求項１から６のいずれか一項記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項８】
前記配線部は、前記絶縁層を挟んで外周側の前記導電層に接続する導電膜パターンと、板厚方向に貫いて内周側の前記導電層に接続する貫通電極とを有する請求項７記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項９】
前記アクチュエータ本体に個別に電圧を印加する制御部を備える請求項１から８のいずれか一項記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項１０】
ベースプレートと、
前記ベースプレートに、概ね垂直に立ち上がり、所定の間隔で複数配列されている形状保持部と、
膜状の絶縁層、および前記絶縁層の両面に導電層を有し、シート状に形成され、前記形状保持部間に挿入されており、電圧を印加することにより前記形状保持部の軸方向へ伸縮する少なくとも一つのアクチュエータ本体と、
を備える高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項１１】
前記形状保持部は、前記ベースプレートから取り外し可能である請求項１０記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【請求項１２】
前記ベースプレートに複数設けられている領域ごとに、前記領域に設けられている前記アクチュエータ本体に印加する電圧を個別に制御する制御部を備える請求項１０または１１記載の高分子静電型アクチュエータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子静電型アクチュエータユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、絶縁膜の両面に導電膜を形成し、この導電膜間に電圧を印加することにより電気エネルギーを運動エネルギーに変換する高分子静電型アクチュエータが開示されている。このような高分子静電型アクチュエータでは、導電膜と絶縁膜とからなる層を複数積層することにより、取り出す運動エネルギーの増大を図っている（例えば、特許文献１の段落「００３０」参照）。導電膜と絶縁膜とを複数積層する場合、シート状に積層するだけでなく、導電膜と絶縁膜とが積層されたシート状の部材を筒状に巻き取ることにより複数の層を形成することが可能である。このように絶縁膜と導電膜とが積層されたシート状の部材を筒状に巻き取ることにより、巻き取られた筒状の部材の径方向へ絶縁膜と導電膜とが積層される。絶縁膜と導電膜との積層体を筒状に巻き取った場合、この筒状の部材は、印加する電圧を制御することにより軸方向へ伸縮する。この電圧に対する筒状の部材の伸縮を変位として取り出すことにより、駆動力を得ることができる。
【０００３】
しかしながら、筒状の部材が軸方向へ伸縮する場合、その部材が屈曲するおそれがある。すなわち、筒状の部材が伸長する方向とは逆向きに力が加わると、筒状の部材には軸方向へ圧縮力が加わる。そのため、筒状の部材は、軸方向の途中で折れ曲がるおそれがある。また、絶縁膜と導電膜との積層体を何重にも巻き取った場合、いずれかの絶縁膜または導電膜に欠陥が生じると、筒状の部材の全体が使用不能となる。その結果、歩留まりの悪化を招くという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、必要な駆動力を確保しつつ、屈曲が低減され、欠陥が生じても影響が小さい高分子静電型アクチュエータユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットは、膜状の絶縁層、および前記絶縁層の両面に導電層を有し、筒状に形成され、電圧を印加することにより軸方向へ伸縮するアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体が複数設けられ、前記アクチュエータ本体の軸方向の一方の端部を支持しているベースプレートと、を備える。
これにより、ベースプレートにはアクチュエータ本体が複数設けられている。アクチュエータ本体は、径方向および周方向への変位が拘束されている筒状に形成されている。ここで、本発明における筒状とは、周方向に継ぎ目がない単なる筒状、シート状の部材を筒状に形成し周方向の端部同士の一部が重なった形状、シート状の部材を筒状に形成し周方向の端部同士にわずかに隙間を有する形状、およびシート状の部材を筒状に形成し周方向の端部同士が付き合わされた形状のいずれも含むものとする。本発明では、多重の層状のアクチュエータ本体を形成するのではなく、少なくともアクチュエータ本体をベースプレートに複数設けている。これにより、ベースプレート当たりに複数のアクチュエータ本体が設けられる。つまり、例えば十層に巻かれたアクチュエータ本体に代えて、一層のアクチュエータ本体を十個または二層のアクチュエータ本体を五個設けている。これにより、力を発生する部分となるアクチュエータ本体の総面積および軸方向の端部の面積が変化することなく、アクチュエータ本体に加わるモーメントが低減される。したがって、アクチュエータ本体の屈曲を低減しつつ、必要な駆動力を確保することができる。また、各アクチュエータ本体は、筒状に形成されている。そのため、複数のアクチュエータ本体の一つに欠陥が生じても、欠陥が生じたアクチュエータ本体のみが交換可能である。したがって、欠陥が生じても他の部分に与える影響を小さくすることができる。このように複数のアクチュエータ本体は所望の駆動力を得るために複数の層から形成してもよく、各アクチュエータ本体の層の数を個々に変更してもよい。
【０００７】
（２）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記アクチュエータ本体の外周側、または外周側および内周側の双方に設けられ、前記アクチュエータ本体に接するガイドを備える。
これにより、アクチュエータ本体は、内周側または外周側の少なくとも一方において歪みが低減される。したがって、アクチュエータ本体の歪みを軸方向への変位として効率的に取り出すことができる。
【０００８】
（３）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記アクチュエータ本体を複数備え、前記複数のアクチュエータ本体の外側を囲むガイドを備える。
これにより、複数のアクチュエータ本体は、外側からガイドによって拘束される。そのため、アクチュエータ本体に歪みが生じても、アクチュエータ本体の径方向および周方向への変位が低減される。したがって、アクチュエータ本体の歪みを軸方向の変位として効率駅に取り出すことができる。
【０００９】
（４）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、複数の前記アクチュエータ本体は、側面が互いに他のアクチュエータ本体に接している。
これにより、各アクチュエータ本体同士は密に配置される。したがって、ベースプレート当たりのアクチュエータ本体の数を増大することができ、必要な駆動力を確保することができる。
【００１０】
（５）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記アクチュエータ本体の断面は略円形であり、前記アクチュエータ本体は前記ベースプレートに最密充填形状で配列されている。
これにより、各アクチュエータ本体は、単位面積当たりの数が増大する。したがって、必要な駆動力を確保することができる。
【００１１】
（６）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記アクチュエータ本体の断面は略正六角形であり、前記アクチュエータ本体は前記ベースプレートにハニカム形状で配列されている。
これにより、各アクチュエータ本体は、単位面積当たりの数が増大する。したがって、必要な駆動力を確保することができる。また、ハニカム形状の場合、歪みが生じる際、アクチュエータ間の隙間がないため径方向への変位が拘束される。したがって、軸方向の変位を効率よく取り出すことができる。
【００１２】
（７）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記ベースプレートは、前記アクチュエータ本体の前記導電層に接続する配線部を有する。
これにより、アクチュエータ本体は、ベースプレートの配線部を経由して電力が供給される。したがって、アクチュエータ本体を複数設ける場合でも、各アクチュエータ本体に確実に電力を供給することができる。
【００１３】
（８）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記配線部は、前記絶縁層を挟んで外周側の前記導電層に接続する導電膜パターンと、板厚方向に貫いて内周側の前記導電層に接続する貫通電極とを有する。
これにより、絶縁層の両面に設けられている各導電層はそれぞれ導電膜パターンまたは貫通電極に接続される。したがって、アクチュエータ本体に確実に電力を供給することができる。
【００１４】
（９）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記アクチュエータ本体に個別に電圧を印加する制御部を備える。
これにより、各アクチュエータ本体は、印加される電圧がそれぞれ異なっている。物性が同一の各アクチュエータにそれぞれ異なる電圧を印加することにより、それぞれ変位が異なる。したがって、複数のアクチュエータをそれぞれ個別に制御することができる。
【００１５】
（１０）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットは、ベースプレートと、前記ベースプレートに、概ね垂直に立ち上がり、所定の間隔で複数配列されている形状保持部と、膜状の絶縁層、および前記絶縁層の両面に導電層を有し、シート状に形成され、前記形状保持部間に挿入されており、電圧を印加することにより前記形状保持部の軸方向へ伸縮する少なくとも一つのアクチュエータ本体と、を備える。
これにより、ベースプレートにはアクチュエータ本体が複数設けられている。アクチュエータ本体は、シート状に形成されている。シート状のアクチュエータ本体は、形状保持部の間に挿入されている。すなわち、本発明では、複数の層からアクチュエータ本体を形成するのではなく、シート状のアクチュエータ本体をベースプレートに設けている。シート状のアクチュエータ本体は、形状保持部の間に巻き付けながら挿入することにより、擬似的に連続する筒状あるいは波形状に形成される。これにより、アクチュエータ本体は、形状保持部の間に折り畳まれて挿入されるので、単位面積当たりの端面の面積が拡大する。したがって、必要な駆動力を確保することができる。また、アクチュエータ本体をベースプレートに折り畳んで設けることにより、アクチュエータ本体の強度が向上する。したがって、アクチュエータ本体の屈曲を低減することができる。さらに、各アクチュエータ本体は、帯状に形成され、ベースプレートに折り畳んで設けられる。そのため、例えば断線などの欠陥が生じても、欠陥とは異なる部分に別途配線を接続することにより、アクチュエータ本体への電力の供給は維持される。したがって、欠陥が生じても他の部分に与える影響を小さくすることができる。
【００１６】
（１１）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記形状保持部は、前記ベースプレートから取り外し可能である。
これにより、形状保持部は、アクチュエータ本体の形状を整えた後、アクチュエータ本体の形状を維持するためにベースプレートに設けたままでもよいし、取り外してもよい。すなわち、形状保持部は、アクチュエータ本体の形状を整えた後であれば、残していても取り外してもよい。
【００１７】
（１２）本発明の高分子静電型アクチュエータユニットでは、前記ベースプレートに複数設けられている領域ごとに、前記領域に設けられている前記アクチュエータ本体に印加する電圧を個別に制御する制御部を備える。
これにより、各アクチュエータの変位はそれぞれ異なる。したがって、複数のアクチュエータを領域ごとに個別に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による高分子静電型アクチュエータの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による高分子静電型アクチュエータユニット（以下、高分子静電型アクチュエータユニットを「アクチュエータユニット」と省略する。）を図１に示す。図１は、第１実施形態によるアクチュエータユニット１０の外観を示す概略斜視図である。
【００１９】
アクチュエータユニット１０は、アクチュエータ本体２０、ベースプレート１１およびトッププレート１２を備えている。アクチュエータ本体２０は、図２に示すように断面が円形状の円筒状に形成されている。アクチュエータ本体２０は、側壁同士が相互に接する状態すなわち最密充填構造で配置されている。ベースプレート１１は、アクチュエータ本体２０の軸方向の一方の端部を支持している。
【００２０】
アクチュエータ本体２０は、図３に示すようにベースシート２１と導電層２２、２３とを有している。ベースシート２１は、例えばシリコンエラストマーやポリウレタンなどの柔軟で誘電率の高い材料で形成されている。ベースシート２１は、特許請求の範囲の絶縁層である。導電層２２、２３は、ベースシート２１の両面にそれぞれ形成されている。導電層２２、２３は、例えばシリコンエラストマーにカーボン粒子を分散させた樹脂で形成され、導電性を有する薄膜である。導電層２２、２３は、ベースシート２１の両面にそれぞれほぼ均一に積層されている。これにより、ベースシート２１は、導電層２２と導電層２３との間に挟み込まれている。
【００２１】
アクチュエータ本体２０は、厚さが数十μｍから数ｍｍ程度に設定されている。また、ベースシート２１および導電層２２、２３の厚さは、それぞれ数μｍから数十μｍ程度に設定されている。アクチュエータ本体２０、ならびにベースシート２１および導電層２２、２３の厚さは、任意に設定することができる。なお、ベースシート２１および導電層２２、２３は、以上で例示したものに限らず、例えば市販の材料など、任意の材料で形成することができる。
【００２２】
第１実施形態の場合、アクチュエータ本体２０は、円筒状に形成されている。この場合、アクチュエータ本体２０は、図４（Ａ）に示すように周方向に継ぎ目のない円筒状となる。一方、アクチュエータ本体２０は、図４（Ａ）に示す形状だけでなく、略円筒状であれば他の形状でもよい。例えば図４（Ｂ）に示すように、シート状のアクチュエータ本体２０を円筒状に丸めたとき、周方向の端部同士が重なり合っていてもよい。また、例えば図４（Ｃ）に示すように、シート状のアクチュエータ本体２０を円筒状に丸めたとき、周方向の端部の間に隙間が形成されていてもよい。このように、本明細書において、アクチュエータ本体２０が円筒状というとき、図４（Ａ）に示すように継ぎ目のない円筒状だけでなく、図４（Ｂ）に示すように周方向の端部同士が一部重なっている形状、図４（Ｃ）に示すように周方向の端部の間に隙間が形成されている形状、および図４（Ｄ）に示すように周方向の端部同士が付き合わされている形状も含むものとする。なお、図４（Ｄ）において周方向の端部間に隙間が示されているが、これは端部同士が付き合わされていることを説明するために便宜的に示しているものである。すなわち、図４（Ｄ）に示すアクチュエータ本体２０の場合、周方向の端部同士は接しており、これらの端部間に大きな隙間は形成されない。
【００２３】
アクチュエータ本体２０の導電層２２、２３は、一方が電源の正極に接続され、他方が電源の負極に接続される。図３に示す第１実施形態の場合、外周側の導電層２２を正極に接続し、内周側の導電層２３を負極に接続している。当然、正極と負極とは入れ換えることができる。
【００２４】
以上の構成のように絶縁体で形成されているベースシート２１は、導電層２２と導電層２３とによって挟み込まれている。そのため、誘電率の高いベースシート２１を挟んで導電層２２と導電層２３との間に電圧を印加することにより、導電層２２と導電層２３との間にクーロン力が発生する。その結果、ベースシート２１には、歪みが生じる。ベースシート２１を円筒状に形成する場合、この歪みは、アクチュエータ本体２０の径方向、周方向および軸方向へ生じる。そこで、アクチュエータ本体２０の周方向および径方向の歪みを拘束することにより、アクチュエータ本体２０の歪みは軸方向への変位としてより効率的に取り出すことができる。
【００２５】
例えば、アクチュエータ本体２０を図４および図５に示すように円筒状に形成する場合について説明する。図５（Ａ）に示すようにアクチュエータ本体２０の外周側に筒状のガイド６０を設けることにより、アクチュエータ本体２０の径方向への変位は拘束される。そのため、アクチュエータ本体２０からは、軸方向への変位をより効率的に取り出すことができる。さらに、図５（Ｄ）に示すようにアクチュエータ本体２０の内周側および外周側にそれぞれガイド６２、６３を設けることにより、アクチュエータ本体２０の周方向および径方向への変位は拘束される。そのため、アクチュエータ本体２０からは、軸方向への変位をさらに効率的に取り出すことができる。
【００２６】
また、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すアクチュエータ本体２０を、図５（Ａ）、（Ｄ）に示すガイド６０、６２、６３で拘束してもよい。この場合、図５（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｇ）に示すようにアクチュエータ本体２０の周方向の端部を固定した後、ガイド６０、６２、６３で拘束することにより、アクチュエータ本体２０の軸方向の変位をより効率的に取り出すことができる。ここで、図４（Ａ）に示すアクチュエータ本体２０は、周方向に継ぎ目のない円筒状に形成することにより、アクチュエータ本体２０は自身で歪みを拘束している。一方、アクチュエータ本体２０の変位を拘束するガイド６０、６２、６３を用いない場合、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように周方向の端部が自由端となるアクチュエータ本体２０よりも、図４（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図５（Ｆ）、図５（Ｇ）に示すように周方向の端部が拘束されているアクチュエータ本体２０の方が軸方向への変位をより効率的に取り出すことができる。
【００２７】
上述のようにアクチュエータ本体２０から軸方向の変位を取り出す場合、アクチュエータ本体２０は、径方向および周方向への変位を拘束することが望ましい。例えば図４（Ｂ）に示すように周方向の端部同士が重ねられているとき、互いに重なっている部分を例えば絶縁性の接着剤で接着することが望ましい。これにより、アクチュエータ本体２０は、変位が拘束され、軸方向の変位をより効率的に取り出すことができる。また、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示すアクチュエータ本体２０の場合、アクチュエータ本体２０の側面を例えば外周側に設けた壁などに固定し、変位を拘束してもよい。
【００２８】
アクチュエータ本体２０は、図５に示すようにその形状に応じて周方向および径方向への変位を拘束することができる。図５には、アクチュエータ本体２０の形状に応じてアクチュエータ本体２０を拘束する例を示している。図５（Ａ）では、図４（Ｃ）に示すアクチュエータ本体２０の外周側に筒状のガイド６０を設ける例を示している。これにより、アクチュエータ本体２０は、ガイド６０を設けない場合と比較して、軸方向の変位をより効率的に取り出すことができる。図５（Ｂ）に示すアクチュエータ本体２０は、図４（Ａ）に示すように周方向に継ぎ目がない。そのため、周方向の端部が自由端となるアクチュエータ本体２０と比較して、軸方向の変位を効率的に取り出すことができる。
【００２９】
図５（Ｃ）に示すアクチュエータ本体２０は、図４（Ｂ）に示すように周方向の端部が重なっている。そのため、アクチュエータ本体２０は、周方向の端部同士が接着剤６１によって固定されている。これにより、図５（Ｃ）に示すアクチュエータ本体２０は、周方向の端部が自由端となる場合と比較して、軸方向の変位を効率的に取り出すことができる。図５（Ｄ）では、図４（Ｃ）に示すアクチュエータ本体２０の内周側および外周側にそれぞれ筒状のガイド６２およびガイド６３を設ける例を示している。このように、アクチュエータ本体２０の内周側および外周側を拘束することにより、アクチュエータ２０の変位は軸方向へより効率的に取り出すことができる。この場合でも、図５（Ｄ）に示すようにアクチュエータ２０の周方向の端部が自由端を形成するよりも、図５（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｃ）に示すようにアクチュエータ２０の周方向の端部を拘束した方が、アクチュエータ２０の軸方向の変位をより効率的に取り出すことができる。図５（Ｅ）に示すアクチュエータ本体２０は、図４（Ｄ）に示すように周方向の端部同士が付き合わされている。そのため、図５（Ｅ）に示すアクチュエータ本体２０は、周方向の端部が自由端となる場合と比較して、軸方向の変位を効率的に取り出すことができる。
【００３０】
図５（Ｆ）に示すアクチュエータ本体２０は、図４（Ｂ）に示すように周方向の端部が重なっている。そのため、アクチュエータ本体２０は、周方向の端部同士が例えばステープラーのピンなどの接合部材６４によって固定されている。これにより、図５（Ｆ）に示すアクチュエータ本体２０は、周方向の端部が自由端となる場合と比較して、軸方向の変位を効率的に取り出すことができる。図５（Ｇ）では、図４（Ｃ）に示すアクチュエータ本体２０の周方向の端部間にストッパ６５を設けている。これにより、図５（Ｇ）に示すアクチュエータ本体２０は、、周方向の端部が自由端となる場合と比較して、軸方向の変位を効率的に取り出すことができる。
【００３１】
以上のように、アクチュエータ本体２０は、それ自身の形状、ならびにガイド６０、６２、６３、接着剤６１、接合部材６４およびストッパ６５によって端部が拘束される。これにより、アクチュエータ本体２０は、その歪みによる変位を軸方向の変位として効率的に取り出すことができる。また、アクチュエータ本体２０の変位は、上記の例に限らず、これらを組み合わせて拘束したり、適宜外部に固定して拘束したり、ピンなどを打ち込んで拘束したり、任意の手法を採用することができる。
【００３２】
アクチュエータ本体２０の軸方向においてベースプレート１１と反対側には、トッププレート１２が設けられている。トッププレート１２は、アクチュエータ本体２０のベースプレート１１とは反対側に搭載されている。トッププレート１２は、アクチュエータ本体２０のベースプレート１１とは反対側の端部に固定してもよく、単に載置するだけでもよい。トッププレート１２を設けることにより、アクチュエータ本体２０の軸方向への変位はトッププレート１２の移動として取り出される。
【００３３】
ここで、アクチュエータ本体２０は、特性を制御することにより変位量がそれぞれ変化する。例えば図６に示す場合、図６の左端側のアクチュエータ本体２０に大きな電圧を印加し、右端側のアクチュエータ本体２０に印加する電圧を小さくすると、左端側ほど変位は大きくなる。その結果、アクチュエータ本体２０の変位は、図７に示すようにトッププレート１２の傾きあるいは回転運動として取り出すことができる。
【００３４】
このように、アクチュエータ本体２０の変位を制御する因子としては、上述のように印加する電圧が挙げられる。複数のアクチュエータ本体２０が概ね均一な変位特性を有する場合、各アクチュエータ本体２０に印加する電圧を制御することにより、各アクチュエータ本体２０の変位量が制御される。また、特性をアクチュエータ本体２０ごとに変化させてもよい。アクチュエータ本体２０ごとに異なる特性を設定することにより、複数のアクチュエータ本体２０に均一な電圧を印加しても、各アクチュエータ本体２０の変位量は変化する。この場合、アクチュエータ本体２０の変位特性を決定する因子としては、次のようなものが挙げられる。
【００３５】
電界強度Ｅ：電界強度Ｅは、印加する電圧Ｖとベースシート２１の厚さｔとから決定される。すなわち、Ｅ＝Ｖ／ｔで求められる。
比誘電率ε：ベースシート２１の比誘電率εによって、電圧が印加された際に生じる力が変化する。
ヤング率Ｙ：ベースシート２１のヤング率が小さいほど歪みすなわち変位が大きくなる。
【００３６】
これら電界強度Ｅ、比誘電率εおよびヤング率Ｙなどを制御することにより、印加する電圧に対するアクチュエータ本体２０の変位量を制御することができる。
第１実施形態では、ベースプレート１１に筒状のアクチュエータ本体２０を複数設けている。アクチュエータ本体２０の変位は、軸方向の端部から取り出される。アクチュエータ本体２０は、側壁同士が互いに接する最密充填状態で設けられている。これにより、ベースプレート１１当たりに設けられるアクチュエータ本体２０の数は増大し、変位を取り出すアクチュエータ本体２０の端部面積は増大する。例えば、図８（Ａ）に示す比較例のように五層に巻き込まれたアクチュエータ本体１００に代えて、第１実施形態では図８（Ｂ）に示すように同一の径である一層のアクチュエータ本体２０を五つ設けている。そのため、アクチュエータ本体２０を構成する膜は薄いため、図８（Ａ）に示す比較例のアクチュエータ本体１００を展開した面積の総和と、図８（Ｂ）に示す第１実施形態の五つのアクチュエータ本体２０を展開した面積の総和とは、ほぼ等しくなる。すなわち、アクチュエータ本体２０から力を取り出す軸方向の端部の面積と、アクチュエータ１００本体の軸方向端部の面積とは、ほぼ等しくなる。展開した面積および端部の面積がほぼ等しい比較例と第１実施形態とでは、アクチュエータ本体２０、１００から発生する力もほぼ等しい。しかし、図８（Ｂ）に示す第１実施形態の場合、各アクチュエータ本体２０に加わるモーメントは比較例と比べて小さくなる。したがって、第１実施形態では、必要な駆動力を確保しつつ、アクチュエータ本体２０の屈曲を低減することができる。
【００３７】
また、第１実施形態では、複数のアクチュエータ本体２０のうちのいずれかに例えば断線などの欠陥が生じても、その欠陥が生じたアクチュエータ本体２０のみを交換すればよい。例えば図８（Ａ）に示す比較例のように三層に巻き込まれたアクチュエータ本体１００の場合、いずれか一層に断線などの欠陥が生じた場合、他の層の欠陥の有無に関係なくアクチュエータ本体１００は使用不能となる。一方、第１実施形態のようにアクチュエータ本体２０を一層で形成することにより、欠陥が生じたアクチュエータ本体２０のみの交換が可能となる。したがって、アクチュエータ本体２０に欠陥が生じても、他の部分に与える影響を低減することができる。
なお、第１実施形態では、各アクチュエータ本体２０をほぼ一層の筒状に形成する例について説明した。しかし、アクチュエータ本体２０は、所望の駆動力に応じて二層以上に形成してもよい。この場合、アクチュエータユニット１０の複数のアクチュエータ本体２０ごとに巻数を変化させてもよい。
【００３８】
（変形例）
以上説明した第１実施形態では、アクチュエータ本体２０の断面を円形状にし、円筒状のアクチュエータ本体２０を最密充填する例について説明した。しかし、アクチュエータ本体２０の断面は、第１実施形態のように円形状に限らない。
【００３９】
図９に示すように、アクチュエータ本体３０の断面は六角形に形成してもよい。アクチュエータ本体３０の断面を六角形に形成することにより、アクチュエータ本体３０はハニカム状に配置される。これにより、単位面積当たりに多くのアクチュエータ本体３０を配置することができる。
また、図１０に示すように、アクチュエータ本体４０の断面は径方向への凹凸が周方向へ連続する鋸歯状に形成してもよい。アクチュエータ本体４０は、例えば第１実施形態と同様に最密充填に類似する形態に配置される。アクチュエータ本体４０の断面を鋸歯状にすることにより、アクチュエータ本体４０の軸方向の端部における断面積は増大する。これにより、アクチュエータ本体４０の変位にともなう駆動力を取り出す面積も増大する。したがって、必要な駆動力を確保することができる。また、アクチュエータ本体４０の断面を鋸歯状に形成することにより、アクチュエータ本体４０は軸方向に加わる力に対する強度が増大する。したがって、アクチュエータ本体４０の屈曲をより低減することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるアクチュエータユニットを図１１および図１２に示す。図１２は、図１１のXII−XII線における断面図である。
第２実施形態のアクチュエータユニット１０は、ベースプレート１１に配線部が設けられている。ベースプレート１１は、上述の第１実施形態と同様にアクチュエータ本体２０の軸方向において一方の端部を支持している。ベースプレート１１は、板状であり、例えば樹脂やガラスなどの絶縁性の材料で形成されている。なお、ベースプレート１１は、板状の金属を絶縁層で被覆したものでもよい。
【００４１】
第２実施形態の場合、ベースプレート１１は、アクチュエータ本体２０側の端面に導電膜パターン１３を有している。導電膜パターン１３は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性の材料によって形成されている。導電膜パターン１３は、例えばベースプレート１１にめっきすることにより形成される。
導電膜パターン１３は、ベースプレート１１に搭載されるアクチュエータ本体２０に対応して複数の円環状に形成されている。アクチュエータ本体２０は、ベースプレート１１の導電膜パターン１３上に配置される。このとき、導電膜パターン１３には、図１２および図１３に示すようにアクチュエータ本体２０の外周側の導電層２２が接する。これにより、ベースプレート１１の導電膜パターン１３にアクチュエータ本体２０を搭載したとき、アクチュエータ本体２０の導電層２２と導電膜パターン１３とは電気的に接続される。なお、図１２および図１３では、導電膜パターン１３をベースプレート１１に埋め込む例について図示しているが、導電膜パターン１３はベースプレート１１の表面に形成してもよい。
【００４２】
ベースプレート１１は、導電膜パターン１３の内周側に貫通電極１４を有している。貫通電極１４は、ベースプレート１１を板厚方向に貫いている。貫通電極１４は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性の材料で形成されている。貫通電極１４は、電極パッド１５と電気的に接続している。なお、第２実施形態では、貫通電極１４がベースプレート１１を板厚方向へ貫く穴を充填する例について説明している。しかし、貫通電極１４は、穴部を形成するベースプレート１１の内周壁に沿って筒状に形成してもよい。
【００４３】
電極パッド１５は、ワイヤ１６を経由してアクチュエータ本体２０の内周側の導電層２３に接続している。これにより、アクチュエータ本体２０の内周側の導電層２３は、貫通電極１４と電気的に接続される。以上のように、導電膜パターン１３および貫通電極１４は、特許請求の範囲の配線部を構成している。なお、電極パッド１５と内周側の導電層２３とは、ワイヤ１６に限らず、例えば導電性の接着剤あるいはハンダなどで接続してもよい。
【００４４】
アクチュエータユニット１０は、図１１に示すように外部の制御部１７に接続している。制御部１７は、正極および負極からアクチュエータユニット１０に電力を供給する。ベースプレート１１の導電膜パターン１３は、制御部１７の正極に接続している。また、ベースプレート１１の貫通電極１４は、制御部１７の負極に接続している。これにより、アクチュエータ本体２０の外周側の導電層２２は制御部１７の正極に接続し、内周側の導電層２３は制御部１７の負極に接続する。また、各アクチュエータ本体２０の側面が互いに接している場合、すべてのアクチュエータ本体２０は電気的に接続されている。そのため、各アクチュエータ本体２０が互いに接しているとき、アクチュエータ本体２０ごとに個別に導電パターン１３設けなくても、いずれか一つのアクチュエータ本体２０に電気的な接続が行われることにより、すべてのアクチュエータ本体２０に電力を供給可能である。
【００４５】
制御部１７は、各アクチュエータ本体２０を一括または個別に制御する。制御部１７が各アクチュエータ本体２０を一括して制御する場合、各アクチュエータ本体２０は制御部１７から概ね同一の電圧が印加される。これにより、各アクチュエータ本体２０の変位特性が同一であれば、各アクチュエータ本体２０はほぼ均一な変位を生じる。一方、各アクチュエータ本体２０の変位特性が異なっている場合、制御部１７から各アクチュエータ本体２０へ同一の電圧を印加しても、各アクチュエータ本体２０は個々に異なる変位を生じる。これにより、アクチュエータユニット１０は、例えば触覚ディスプレイなどに適用することができる。また、制御部１７が各アクチュエータ本体２０を個別に制御する場合、各アクチュエータ本体２０は制御部か１７ら個々に異なる電圧が印加される。これにより、各アクチュエータ本体２０の変位特性が同一であれば、各アクチュエータ本体２０は印加される電圧に応じて異なる変位を生じる。その結果、複数のアクチュエータ本体２０で駆動されるトッププレート１２は、任意の角度に傾いたり、回転する。したがって、トッププレート１２から任意の駆動力を取り出すことができる。
【００４６】
第２実施形態では、アクチュエータ本体２０をベースプレート１１へ設置することにより、外周側の導電層２２は導電膜パターン１３を経由して制御部１７の正極に接続される。また、内周側の導電層２３は、ワイヤ１６を経由して電極パッド１５と接続することにより、貫通電極１４を経由して制御部１７の負極に接続される。これにより、アクチュエータ本体２０と制御部１７とは容易に配線される。したがって、複数のアクチュエータ本体２０の配線を、短期間で容易かつ確実に実施することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるアクチュエータユニットを図１４に示す。
第３実施形態では、アクチュエータユニット５０は筒状のアクチュエータ本体に代えてシート状のアクチュエータ本体５１を備えている。アクチュエータ本体５１の構成は、第１実施形態と同様にベースシートとこれを挟む二つの導電層および導電層から構成されている。
【００４８】
第３実施形態では、アクチュエータユニット５０は形状保持部５２を備えている。形状保持部５２は、図示しないベースプレートに設けられている。図１４に示す第３実施形態の場合、形状保持部５２は円柱状に形成されている。形状保持部５２は、ベースプレートから立ち上がって所定の間隔で複数配置されている。アクチュエータユニット５０を組み付けるとき、アクチュエータ本体５１は図１４（Ａ）に示すように形状保持部５２の間を縫うように挿入される。形状保持部５２は、ベースプレートに対し板面に沿って移動可能に設けられている。そのため、形状保持部５２の間にアクチュエータ本体５１を挿入した後、形状保持部５２は互いの距離が小さくなるように移動される。その結果、図１４（Ｂ）に示すように、アクチュエータ本体５１は、各形状保持部５２に巻き付けられた形状に折り畳まれ、複数の円筒形状が連続する波形状に形成される。形状保持部５２は、移動した後、アクチュエータ本体５１を略円筒形状に保持する。
【００４９】
第３実施形態では、シート状のアクチュエータ本体５１を形状保持部５２の間に挿入し、各形状保持部５２に巻き付けることにより、筒状のアクチュエータ本体５１を擬似的に複数形成している。これにより、個々にアクチュエータ本体５１を筒状に形成する場合と比較して、筒状のアクチュエータ本体５１の形成が容易になる。したがって、組み付け工数を低減することができる。また、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、単位面積当たりで力を発生する部分が増大する。そのため、必要な駆動力を確保することができる。
【００５０】
また、第３実施形態では、各アクチュエータ本体５１ごとに変位特性を変更したり、印加する電圧を変更することにより、各アクチュエータ本体５１を個別に制御することができる。第３実施形態に示すように複数のアクチュエータ本体５１を並列に設置する場合、アクチュエータ本体５１ごとに制御することにより、図示しないトッププレートに傾きを形成することができる。
【００５１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるアクチュエータユニットを図１５に示す。
第４実施形態は、第３実施形態の変形である。第４実施形態では、形状保持部５３は複数のピンを束ねて形成されている。これにより、図１５（Ａ）に示すように形状保持部５３の間にアクチュエータ本体５１を挿入した後、形状保持部５３を構成するピンを径方向へ拡大することにより、隣り合う形状保持部５３は接近する。その結果、形状保持部５３に支持されたアクチュエータ本体５１は、第３実施形態と同様に略円筒状に形成される。
【００５２】
（第５、第６実施形態）
本発明の第５、第６実施形態によるアクチュエータユニットを図１６または図１７に示す。
第５実施形態および第６実施形態は、第３実施形態の変形である。第５実施形態では、図１６に示すように形状保持部５４はテーパ形状に形成されている。これにより、各形状保持部５４をベースプレートに固定している場合でも、形状保持部５４の間にアクチュエータ本体５１を容易に挿入し、アクチュエータ本体５１を略円筒状に形成することができる。
【００５３】
第６実施形態では、図１７に示すように形状保持部５５は断面が六角形に形成されている。これにより、各形状保持部５５の間にアクチュエータ本体５１を挿入した後、形状保持部５５を移動させることにより、アクチュエータ本体５１は略ハニカム形状に折り畳まれる。したがって、アクチュエータ本体５１を効率よく配置することができる。
【００５４】
（その他の実施形態）
以上説明した第３実施形態から第６実施形態では、形状保持部５２、５３、５４、５５はベースプレートに設けられ、アクチュエータ本体５１を挿入した後もアクチュエータ本体５１を継続して支持する例について説明した。しかし、形状保持部５２、５３、５４、５５は、アクチュエータ本体５１の形状が整えられた後、ベースプレートから取り外してもよい。
【００５５】
また、第３実施形態から第６実施形態では、アクチュエータ本体５１を並列に複数設ける例について説明した。しかし、図１８に示すようにベースプレート１１を複数の領域に分け、各領域にそれぞれアクチュエータ本体５１を設けてもよい。これにより、アクチュエータ本体５１の変位を領域ごとに制御することができる。
【００５６】
さらに、第１実施形態では、一つのアクチュエータ本体２０の外周側にガイド６０を、またはアクチュエータ本体２０の内周側および外周側の双方にガイド６２、６３を設ける例について説明した。しかし、図１９（Ａ）、（Ｂ）に示すように複数のアクチュエータ本体２０の外側を一つのガイド７０で囲む構成としてもよい。この場合でも、複数のアクチュエータ本体２０は、全体としてガイド７０によって径方向および周方向への変位が妨げられる。したがって、アクチュエータ本体２０は、軸方向へ効率的に変位を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットの外観を示す概略斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットのアクチュエータ本体の配置を示す概略図。
【図３】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットのアクチュエータ本体を示す概略斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットのアクチュエータ本体の平面視を示す概略図。
【図５】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットのアクチュエータ本体の変位を拘束する例を示す概略図。
【図６】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、非通電時の状態を示す概略図。
【図７】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、通電時の状態を示す概略図。
【図８】（Ａ）は三層構造のアクチュエータ本体の平面視を示す概略図であり、（Ｂ）は本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットにおけるアクチュエータ本体の配置の平面視を示す概略図。
【図９】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、アクチュエータ本体の変形例を示す概略図。
【図１０】本発明の第１実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、アクチュエータ本体の変形例を示す概略図。
【図１１】本発明の第２実施形態によるアクチュエータユニットのベースプレートの平面視を示す概略図。
【図１２】図１０のXII−XII線で切断した断面図。
【図１３】図１１のXIII部分を拡大した拡大図。
【図１４】本発明の第３実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、アクチュエータ本体と形状保持部とを示す概略図。
【図１５】本発明の第４実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、アクチュエータ本体と形状保持部とを示す概略図。
【図１６】本発明の第５実施形態によるアクチュエータユニットを示す概略図であて、（Ａ）は形状保持部を示す図であり、（Ｂ）はアクチュエータ本体および形状保持部を示す図。
【図１７】本発明の第６実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、アクチュエータ本体と形状保持部とを示す概略図。
【図１８】本発明のその他の実施形態によるアクチュエータユニットにおいて、ベースプレートの複数の領域に設けられたアクチュエータ本体および形状保持部を示す概略図。
【図１９】本発明のその他の実施形態によるアクチュエータユニットを示す概略図。
【符号の説明】
【００５８】
１０、５０：アクチュエータユニット（高分子静電型アクチュエータユニット）、１１：ベースプレート、１２：トッププレート、１３：導電膜パターン（配線部）、１４：貫通電極（配線部）、１７：制御部、２０、３０、４０、５１：アクチュエータ本体、２１：ベースシート（絶縁層）、２２、２３：導電層、５２、５３、５４、５５：形状保持部、６０、６２、６３：ガイド、７０：ガイド
【図１】
2008211924.tif 000003
【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】
2008211924.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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