(57)【要約】【課題】簡単かつ安価な構成で、確実に電気的接続及び機械的接続を行うことができるアクチュエータの実装構造を提供する。【解決手段】基板１０９の中央部に設けられた溝部１１１に高分子アクチュエータ１００を挿入し、仮組みを行った後、高分子アクチュエータ１００を潰さぬよう設けられた凹部１１４を有する台座１１３の平坦部１１５により、レベリング及び押圧力制御を行いながらバンプ１０５を基板１０９の表面方向に押し付けるよう押圧する。この時、押圧されるバンプ１０５の変形によって、電気的接続が確実になされると共に、高分子アクチュエータ１００は両側より機械的に把持されることになる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を有するアクチュエータと、
第２の電極を有する基板と、
変形可能で且つ導電性を有する接合部材とを備え、
前記接合部材を前記基板に向けて押圧し、
前記接合部材の前記アクチュエータ方向への変形を介し、
前記アクチュエータと前記基板を機械的に接続するとともに、
前記第１の電極と前記第２の電極とを電気的に接続することを特徴とするアクチュエータの実装構造。
【請求項２】
前記アクチュエータの前記第１の電極は表裏面に対向して電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの実装構造
【請求項３】
前記接合部材は、前記アクチュエータを挟んで前記基板上に対向して複数個形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの実装構造。
【請求項４】
前記接合部材が押圧され、
押圧された方向に対し略垂直な方向に前記接合部材が変形し、
前記アクチュエータを挟持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアクチュエータの実装構造。
【請求項５】
前記接合部材は、バンプ形成法により形成される導電性バンプであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアクチュエータの実装構造。
【請求項６】
前記導電性バンプは、前記アクチュエータを挟んで対向し複数段積層され形成されていることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータの実装構造。
【請求項７】
前記アクチュエータは、
高分子材料からなる基材と、前記基材表面に形成された対向電極を有する、高分子アクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアクチュエータの実装構造。
【請求項８】
前記接合部材は、前記対向電極の少なくとも一部を変形させることで、前記アクチュエータを挟持することを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータの実装構造。
【請求項９】
前記第２の電極及び前記導電性バンプが、金、白金等の貴金属からなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のアクチュエータの実装構造。
【請求項１０】
第１の電極を有するアクチュエータを第２の電極を有する基板に実装するアクチュエータの実装方法であって、
変形可能で且つ導電性を有する接合部材を、前記基板に向けて押圧する押圧ステップと、
前記接合部材が前記アクチュエータ方向へ変形する変形ステップと、
前記変形した接合部材により、前記アクチュエータと前記基板を機械的に接続するとともに、前記第１の電極と前記第２の電極とを電気的に接続する接続ステップとを有することを特徴とするアクチュエータの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの実装構造及び実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療機器、産業用ロボット及びマイクロマシン等の分野において、多種多様な動作原理を応用したアクチュエータが研究開発されている。中でも、イオン流体の様な極性分子を含んだ状態のイオン交換樹脂の表面に電極を形成し、電圧の印加により屈曲変形させるアクチュエータ素子は、その柔軟な駆動様態から人工筋肉と称され、アクチュエータの構成が簡易であることから、今後様々な分野での応用が期待されている。ここにおいて、例えば、特許文献１には様々なアクチュエータの構成例が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８２９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、先の特許文献１には、様々なアクチュエータの構成例の記載がなされているものの、アクチュエータの実装構造に関しては記載されていない。
【０００５】
また、従来のアクチュエータの電気的接続及び機械的接続する実装構造において、例えば駆動用の電極を備えたアクチュエータは、安定的な電気的接続の要請からアクチュエータの機械的接続とは別構造となっており、アクチュエータの実装構造が複雑であった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単かつ安価な構成でありながら、安定して確実な電気的接続及び機械的接続を達成することができるアクチュエータの実装構造及び実装方法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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアクチュエータの実装構造は、第１の電極を有するアクチュエータと、第２の電極を有する基板と、変形可能で且つ導電性を有する接合部材とを備え、接合部材を基板に向けて押圧し、接合部材のアクチュエータ方向への変形を介し、アクチュエータと基板を機械的に接続するとともに、
第１の電極と第２の電極とを電気的に接続することを特徴とする。
【０００８】
ここにおいて、アクチュエータの第１の電極は、表裏面に対向して電極が設けられていることを特徴とすることができる。
【０００９】
また、接合部材は、アクチュエータを挟んで基板上に対向して複数個形成されていることを特徴とすることができる。
【００１０】
接合部材が押圧され、押圧された方向に対し略垂直な方向に接合部材が変形し、アクチュエータを挟持することを特徴とすることができる。
【００１１】
接合部材は、バンプ形成法により形成される導電性バンプであることを特徴とすることができる。
【００１２】
導電性バンプは、被実装体を挟んで対向し複数段積層され形成されていることを特徴とすることができる。
【００１３】
アクチュエータは、高分子材料からなる基材と、基材表面に形成された対向電極を有する、高分子アクチュエータであることを特徴とすることができる。
【００１４】
接合部材は、対向電極の少なくとも一部を変形させることで、アクチュエータを挟持することを特徴とすることができる。
【００１５】
第２の電極及び導電性バンプが、金、白金等の貴金属からなることを特徴とすることができる。
【００１６】
本発明に係るアクチュエータの実装方法は、第１の電極を有するアクチュエータを第２の電極を有する基板に実装するアクチュエータの実装方法であって、変形可能で且つ導電性を有する接合部材を、基板に向けて押圧する押圧ステップと、接合部材がアクチュエータ方向へ変形する変形ステップと、変形した接合部材により、アクチュエータと基板を機械的に接続するとともに、第１の電極と第２の電極とを電気的に接続する接続ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかるアクチュエータの実装構造及び実装方法によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、安定して確実な電気的接続及び機械的接続を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これら実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
本実施例における、アクチュエータの電気的接続及び機械的実装する被実装対象は、高分子アクチュエータである。まず、高分子アクチュエータの駆動原理について説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１に示すように、高分子アクチュエータ１００は電界によって移動可能なイオンや極性分子を含有する、イオン交換樹脂等からなる基材１０１の表面に、無電界めっき法等で形成された対向電極１０２、１０３より構成されている。
【００２１】
また、駆動電圧源１０４により対向電極１０２、１０３に電圧を印加し、例えば対向電極１０２、１０３に正・負の電圧を印加した場合の高分子アクチュエータ１００の変形状態は、図２の（ａ）に示すように、印加電圧により発生する電界により基材１０１内の陽イオンや極性分子が陰極側に移動し、これにより陰極側が陽極側に比べて膨潤し、基材１０１の先端は図中右側に移動する。
【００２２】
また、逆電圧を印加すると図２の（ｂ）に示すように、印加電圧により発生する電界により基材１０１内の陽イオンや極性分子が陰極側に移動し、これにより陰極側が陽極側に比べて膨潤し、基材１０１の先端は図中左側に移動する。このように高分子アクチュエータ１００は、対向する電極に印加される電圧により生じる基材の変形を利用したアクチュエータである。
【００２３】
次に、図３乃至図６を用いて、本実施例に係るアクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造について説明する。図３は本実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造の斜視図、図４は図３のＡ−Ａにおける断面図、図５は図３におけるＢ−Ｂ断面矢視図、図６は上面図である。
【００２４】
図３に示すように、高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造は、表面に電極１０７、１０８、ダイシング等により設けられた溝部１１１を有する基板１０９、基板１０９に設けられたバンプ１０５、表裏面に設けられた対向電極１０２、１０３を有する高分子アクチュエータ１００、フレキシブル配線基板１１０からなる。
【００２５】
図４に示すように、基板１０９は基板中央部にダイシング等により設けられた溝部１１１を有し、高分子アクチュエータ１００の表裏面に設けられた対向電極１０２、１０３と、基板表面に設けられた電極１０７、１０８の一端が対向するよう、溝部１１１に高分子アクチュエータ１００が挿入されている。この時の溝部１１１の幅寸法と高分子アクチュエータ１００の厚み幅の関係は、図中溝部１１１の幅寸法が高分子アクチュエータ１００の厚み幅よりも大きくなっている。
【００２６】
しかし、これに限らず、被実装体が高分子アクチュエータのような軟性を有する場合、溝部１１１の幅寸法が高分子アクチュエータ１００の厚み幅より多少狭くてもよい。溝部１１１に高分子アクチュエータ１００を挿入した場合、溝部１１１と高分子アクチュエータ１００が嵌めあうことにより、高分子アクチュエータ１００を溝部１１１により保持することができる。
【００２７】
また、図５に示すように、高分子アクチュエータ１００の一部は切り欠きを有している。溝部１１１に保持された高分子アクチュエータの基板からの突出量は、基板１０９上に設けられたバンプ１０５の高さと略同等の高さが望ましい。なお、高分子アクチュエータ１００の基板１０９からの突出量は溝部１１１の深さ及び切り欠き深さにより規定されるものであり、これらは実験または解析により決定される。
【００２８】
次に、図６に示すように、バンプ１０５は溝部１１１の端部に沿って、高分子アクチュエータ１００を挟み、複数個対向して設けられている。バンプ１０５及び基板１０９の表面に形成された電極１０７、１０８は、耐食性にも優れる白金や金といった導電性を有する金属であり、この導電性を有するバンプ１０５を介して高分子アクチュエータ１００の表裏面に設けられた対向電極１０２、１０３と、基板１０９の表面に形成された電極１０７、１０８とを電気的に接続する。
【００２９】
また、基板１０９の表面の電極１０７、１０８が電気的に独立し、各々接続されるようフレキシブル配線基板１１０と電気的に接続されている。また、更に図示しない電源とフレキシブル配線基板１１０とが電気的に接続されている。
【００３０】
図７乃至図１１を用いて高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装方法について説明する。まず、図７に示すように、基板１０９の表面にスパッタ法等により電極１０７、１０８を形成した後、基板１０９の中央部にダイシング等により溝部１１１を設け、あらかじめバンプ１０５を種々のバンプ形成法により基板１０９上の溝部１１１端部に沿って複数個対向させて形成しておく。
【００３１】
次に、図８に示すように、基板１０９の中央部に設けられた溝部１１１に高分子アクチュエータ１００を挿入し、仮組みを行う。その後、押圧ステップにおいて、図９及び図１０に示すように、高分子アクチュエータ１００を潰さぬよう設けられた凹部１１４を有する台座１１３の平坦部１１５により、レベリング及び押圧力制御を行いながらバンプ１０５を基板１０９の表面方向に押し付けるよう押圧する。
【００３２】
この時、変形ステップにおいて、押圧されるバンプ１０５は、基板１０９によりバンプ１０５の押圧方向への変形が拘束されることから、押圧方向に対し略垂直方向に拡がるよう変形する。このバンプ１０５の変形に伴い、図１０の部分拡大図である図１１に示すようバンプ１０５の変形量分が高分子アクチュエータ方向に突出して高分子アクチュエータ１００に所定押圧力で押圧することになる。接合部材であるバンプ１０５は対向電極１０２、１０３の少なくとも一部を変形させ、また高分子アクチュエータ１００を挟んで反対側にあるバンプ１０５においても、図１１のバンプ１０５とは逆方向から高分子アクチュエータ１００を同様に押圧することから、高分子アクチュエータ１００は両側より機械的に把持されることになる。
【００３３】
また、高分子アクチュエータ１００の表裏面に設けられた対向電極１０２、１０３が導電性を有するバンプ１０５を介して基板１０９の表面に設けられた電極１０７、１０８と電気的に接続される。これらは、接続ステップに対応する。本実施例に係る実装方法は、このような押圧によるバンプの変形を利用して電気的及び機械的に接続する方法である。
【００３４】
本実施例に係る実装方法によれば、簡単かつ安価な方法でありながら、信頼性高く高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装を行うことが可能であると共に、実装構造の簡略化により小スペースでの実装を可能とし装置の小型化に寄与する。
【００３５】
また、本実施例の特有の効果として、一般的なバンプの使われ方である、バンプの溶融や金属結合により接続するものではなく、押圧によるバンプの変形を利用して接続を行うもので、バンプ加熱時の被実装対象への熱影響がなく、熱影響を受けやすい被実装対象物の電気的接続及び機械的実装も可能である。
【００３６】
なお、本実施例により本発明が限定されるものではなく、例えば、被実装体は高分子アクチュエータに限らず、電極を有するアクチュエータであれば、圧電体を用いたアクチュエータ等でもよく、更にはアクチュエータに限らず、実装する被実装対象をセンサや基板としてもよい。
【実施例２】
【００３７】
図１２及び図１３を用いて本実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造について説明する。なお、実施例１と同一符号を付した箇所は同一の構成であることから、重複する箇所の説明は省略し、相違点について説明する。
【００３８】
図１２に示すように、表面に電極１０７、１０８を有する基板１０９と、表裏面に設けられた対向電極１０２、１０３を有する高分子アクチュエータ１００、また実施例１と同様である図示しないフレキシブル配線基板１１０とからなり、本実施例の特徴である基板１０９上に、バンプ２０５、２０６を複数段（例えば２段）積層し形成している構成である。
【００３９】
実施例１と同様、図１３に示すように、高分子アクチュエータ１００を潰さぬよう凹部１１４を有する台座１１３の平坦部１１５によりバンプ２０５、２０６を同時に押圧し変形させる。この時、バンプ２０５、２０６の変形は、押圧方向に対し略直交方向に拡がるようバンプ２０５及び２０６の形状が変形する。
【００４０】
このバンプ２０５、２０６の変形に伴い高分子アクチュエータ１００は両側より挟まれ機械的に高分子アクチュエータ１００は把持される。即ち、バンプ２０５、２０６は、対向電極１０２、１０３の少なくとも一部を変形させることで、高分子アクチュエータ１００を挟持する。また、高分子アクチュエータ１００の表裏面に設けられた対向電極１０２、１０３が導電性を有するバンプ２０５、２０６を介して基板１０９の表面に設けられた電極１０７、１０８と電気的に接続される。
【００４１】
本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られると共に、本実施例の特有の効果として、バンプ２０５、２０６のように複数段バンプを積層して形成したことにより、バンプ２０５、２０６が変形され、高分子アクチュエータ１００の表裏面に設けた対向電極１０２、１０３を把持する接触面積が増えることから、より安定的な電気的接続が得られ、且つ、高分子アクチュエータ１００を把持する力も大きくなり、より確実にアクチュエータを基板に実装することができる。
【００４２】
なお、本実施例により本発明が限定されるものではなく、積層されるバンプは２段以上形成されていてもよい。また、実施例１と同様、被実装体は高分子アクチュエータに限らず、電極を有するアクチュエータであれば、圧電体を用いたアクチュエータ等でも良く、更にはアクチュエータに限らず、実装する被実装対象をセンサや基板としてもよい。
【実施例３】
【００４３】
図１４及び図１５を用いて、実施例３に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造について説明する。なお、実施例１と同一符号を付した箇所は同一の構成であることから、重複する箇所の説明は省略し、相違点について説明する。
【００４４】
図１４に示すように、本実施例の特徴である基板断面の形状が略Ｌ字型である基板３０９と、高分子アクチュエータ１００の表裏面に設けられた対向電極１０２、１０３の一方の電極１０３に対向する基板３０９の壁面に設けられた電極３０８を有し、他方の高分子アクチュエータ１００の表裏面に設けられた対向電極１０２と対面し、基板３０９の表面の電極１０７上に設けられた一つのバンプ３０５からなる。
【００４５】
かかる構成を備えた本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることに加え、本実施例の特有の効果として、基板３０９の壁面に設けられた電極３０８と高分子アクチュエータ１００が対面していることから、単一のバンプ３０５を押圧し変形させることにより、高分子アクチュエータ１００の電気的接続及び機械的実装することが可能で、実装構造の簡略化により小スペースでの実装を可能とする。
【００４６】
なお、本実施例により本発明が限定されるものではなく、積層されるバンプは、例えば、図１２、図１３等と同様の趣旨の下、２段以上形成されていてもよい。また、実施例１と同様、被実装体は高分子アクチュエータに限らず、電極を有するアクチュエータであれば、圧電体を用いたアクチュエータ等でも良く、更にはアクチュエータに限らず、実装する被実装対象をセンサや基板としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係るアクチュエータの実装装置及び実装方法は、例えば、医療機器、産業用ロボット及びマイクロマシン等の分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１に係る高分子アクチュエータの構成例を示す図である。
【図２】同上実施例に係る高分子アクチュエータの駆動方法を説明する図である。
【図３】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造の斜視図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図６】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造の上面図である。
【図７】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装方法について説明する図である。
【図８】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装方法について説明する図である。
【図９】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装方法について説明する図である。
【図１０】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装方法について説明する図である。
【図１１】図１０の一部を拡大して示した図である。
【図１２】実施例２に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造について説明する図である。
【図１３】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造について説明する図である。
【図１４】実施例３に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造について説明する図である。
【図１５】同上実施例に係る高分子アクチュエータの電気的接続及び機械的実装構造について説明する図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００            高分子アクチュエータ
１０１            基材
１０２、１０３    対向電極
１０４            駆動電圧源
１０５            バンプ
１０７、１０８    電極
１０９            基板
１１０            フレキシブル配線基板
１１１            溝部
１１３            台座
１１４            凹部
１１５            平坦部
２０５、１０６    バンプ
３０５            バンプ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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