(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、前記支持部に支持される積層構造体と、を備えた可動デバイスであって、
前記積層構造体は、
電解質層と、
前記電解質層の一方面側に並置された第１電極部および第２電極部と、
前記電解質層の他方面側に並置された第３電極部および第４電極部と、を有し、
前記第１電極部は前記第３電極部と対向して設けられ、
前記第２電極部は前記第４電極部と対向して設けられ、
前記第１電極部と前記第３電極部との間に第１電圧を印加し、前記第２電極部と前記第４電極部との間に第２電圧を印加することで、前記積層構造体はＳ字状に湾曲するよう設けられ、
前記第１電極部、前記第２電極部、前記第３電極部および前記第４電極部のそれぞれは、前記支持部側に延在する引き出し部を有することを特徴とする可動デバイス。
【請求項２】
前記積層構造体は、イオンの分極によって変位するイオン導電性高分子アクチュエータである、請求項１記載の可動デバイス。
【請求項３】
前記支持部は、前記積層構造体の一端側または中央部を支持し、
前記積層構造体の前記支持部よりも先端側の部分は、前記第１電圧および前記第２電圧の印加によって波打つよう可動する、請求項１または２に記載の可動デバイス。
【請求項４】
前記第１電極部、前記第２電極部、前記第３電極部および前記第４電極部の少なくともいずれかには集電膜が設けられる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項５】
前記第１電極部と前記第３電極部との電極組、および前記第２電極部と前記第４電極部との電極組の少なくともいずれかは複数組設けられた、請求項１〜４のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項６】
前記第１電極部から延在する前記引き出し部は、前記第３電極部から延在する前記引き出し部と対向しないよう設けられ、
前記第２電極部から延在する前記引き出し部は、前記第４電極部から延在する前記引き出し部と対向しないよう設けられた、請求項１〜５のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項７】
前記第１電極部から延在する前記引き出し部と、前記第３電極部から延在する前記引き出し部との間、および前記第２電極部から延在する前記引き出し部と、前記第４電極部から延在する前記引き出し部との間にはセパレータが設けられた、請求項１〜５のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項８】
前記引き出し部の導電材料は、カーボンナノチューブを含む、請求項１〜７のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項９】
前記引き出し部はイオン液体を含まない、請求項１〜８のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項１０】
前記引き出し部の導電材料は長尺カーボンナノチューブからなる、請求項９に記載の可動デバイス。
【請求項１１】
前記引き出し部はベースポリマーを含まない、請求項１０記載の可動デバイス。
【請求項１２】
前記引き出し部の面積は、前記引き出し部以外の通電部の面積の１／４以下である、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項１３】
前記第１電圧および前記第２電圧を所定のタイミングで生成して前記積層構造体を駆動する制御を行う制御部をさらに備えた、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第１電圧を第１周波数で生成し、前記第２電圧を第２周波数で生成して前記積層構造体を駆動する制御を行う、請求項１３記載の可動デバイス。
【請求項１５】
前記制御部は、互いに同じ周波数で位相の異なる前記第１電圧および前記第２電圧を生成して前記積層構造体を駆動する制御を行う、請求項１３記載の可動デバイス。
【請求項１６】
前記制御部は、前記積層構造体を横振動モードの固有振動数で駆動する制御を行う、請求項１３記載の可動デバイス。
【請求項１７】
前記積層構造体の前記支持部よりも先端側の部分の幅は、前記支持部から離れる方向に漸減する、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項１８】
前記積層構造体の前記支持部よりも先端側の端部に設けられた反り抑制部をさらに備えた、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【請求項１９】
前記積層構造体の表面の少なくとも一部に設けられたホログラムシートをさらに備えた、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の可動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子アクチュエータを用いた可動デバイスに関し、詳しくは、電解質層を有する積層構造体に電圧を印加することで靡くように湾曲する可動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、装飾用フラッグが開示される。この装飾用フラッグにおいては、風の有無に関わらず旗を風に靡いた躍動感のある形状に維持できるようにするため、直線状の旗軸と、旗軸に対して連結され、波形状に湾曲される支持軸とからなる掲揚具と、旗とからなる構成を備えている。旗は、支持軸を相互間に収容し得るように表裏二枚の樹脂シートを重ね合わせ、旗の上下端縁を支持軸と同じ波形状に成形している。
【０００３】
特許文献２には、アクチュエータアレイが開示される。このアクチュエータアレイは、複数のアクチュエータを備える。各アクチュエータは、可動子と固定子とを含み、アクチュエータ同士が固定子により直列に接続される。特許文献２には、固定子で生じる変位は、軸からずれた位置を中心として生じる変位にして、尾ひれ運動のようにしてもよいことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３１０９６７９号公報
【特許文献２】国際公開２００９／０８４３０５
【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、特許文献１に記載の装飾用フラッグでは、旗を穏やかな波形状に形成された湾曲にして、風に靡いたようにしているが、動力源がないため、より自然に近い動きが難しい。また、特許文献２に記載の高分子アクチュエータを適用した機構（アプリケーション）では、固定子に対して可動子が波状に動くための構造は示されているものの、その構造が複雑であり、旗のような玩具の場合、軽くする必要があり、自然な動き（風に靡く）を表現するような場合には不向きである。
【０００６】
本発明は、構造が簡単であり、しかも旗のような玩具の場合でも、軽く、自然な動き（風に靡くような動き）を表現することができる可動デバイス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】
上記課題を解決するため、本発明は、支持部と、支持部に支持される積層構造体と、を備えた可動デバイスであって、積層構造体は、電解質層と、電解質層の一方面側に並置された第１電極部および第２電極部と、電解質層の他方面側に並置された第３電極部および第４電極部と、を有し、第１電極部は第３電極部と対向して設けられ、第２電極部は第４電極部と対向して設けられ、第１電極部と第３電極部との間に第１電圧を印加し、第２電極部と第４電極部との間に第２電圧を印加することで、積層構造体はＳ字状に湾曲するよう設けられたことを特徴とする。積層構造体は、イオンの分極によって変位するイオン導電性高分子アクチュエータであってもよい。
【０００８】
このような構成によれば、第１電極部と第３電極部との間の第１電圧、および第２電極部と第４電極部との間の第２電圧のそれぞれの大きさ、印加のタイミング、位相差によって積層構造体に様々な動きを与えることが可能であり、例えば旗などに応用した場合、単純な湾曲動作からＳ字状の動作、旗が靡くような自然な動きが可能となる。積層構造体がイオン導電性高分子アクチュエータの場合には、積層構造体を柔らかく湾曲させることができるとともに、印加する電圧の調整によって様々な動きに対応できるようになる。
【０００９】
本発明の可動デバイスにおいて、支持部は、積層構造体の一端側または中央部を支持し、積層構造体の支持部よりも先端側の部分は、第１電圧および第２電圧の印加によって波打つよう可動してもよい。これにより、積層構造体が風に靡くように動作する。
【００１０】
本発明の可動デバイスにおいて、第１電極部、第２電極部、第３電極部および第４電極部の少なくともいずれかには集電膜が設けられていてもよい。これにより、電圧を効率良く電極部へ印加することができる。
【００１１】
本発明の可動デバイスにおいて、第１電極部と第３電極部との電極組、および第２電極部と第４電極部との電極組の少なくともいずれかは複数組設けられていてもよい。これにより、複数の電極組への電圧印加によって積層構造体を複雑に湾曲させることができる。
【００１２】
本発明の可動デバイスにおいて、第１電極部、第２電極部、第３電極部および第４電極部のそれぞれは、支持部側に延在する引き出し部を有していてもよい。第１電極部から延在する引き出し部は、第３電極部から延在する引き出し部と対向しないよう設けられ、第２電極部から延在する引き出し部は、第４電極部から延在する引き出し部と対向しないよう設けられていてもよい。これにより、支持部側から各電極部へまとめて給電することができる。
【００１３】
本発明の可動デバイスにおいて、第１電極部から延在する引き出し部と、第３電極部から延在する引き出し部との間、および第２電極部から延在する引き出し部と、第４電極部から延在する引き出し部との間にはセパレータが設けられていてもよい。これにより、引き出し部において積層構造体が湾曲することを抑制できる。
【００１４】
本発明の可動デバイスにおいて、前記引き出し部の導電材料は、カーボンナノチューブを含んでいてもよい。カーボンナノチューブは導電性に優れるため、引き出し部の導電材料として好ましい材料の一例である。
【００１５】
本発明の可動デバイスにおいて、前記引き出し部はイオン液体を実質的に含まなくてもよい。この場合には、可動デバイスに電圧が印加されても、引き出し部ではアクチュエータ動作が生じないようにすることができる。この場合において、前記引き出し部の導電材料は長尺カーボンナノチューブからなることが好ましい。本明細書において「長尺カーボンナノチューブ」とは、互いに絡み合うことにより自立成膜が可能な程度の長軸長を有するカーボンナノチューブを意味する。長尺カーボンナノチューブの長軸長の限定されない例として、１００μｍ以上が挙げられる。
【００１６】
引き出し部の導電材料が長尺カーボンナノチューブからなるときは、長尺カーボンナノチューブのみで引き出し部を構成することが可能である。このため、引き出し部におけるベースポリマーの含有量を電極部（第１電極部、第２電極部、第３電極部および第４電極部）よりも少なくしてもよく、引き出し部はベースポリマーを含まなくてもよい。このように、引き出し部でのアクチュエータ動作が抑制される構成を備えることにより、可動デバイスにおける引き出し部の配置自由度を高めることができる。
【００１７】
本発明の可動デバイスにおいて、引き出し部の面積は、前記引き出し部以外の通電部の面積の１／４以下であってもよい。これにより、積層構造体における変位ロスの影響を抑制し、効率よく通電することができる。
【００１８】
本発明の可動デバイスにおいて、第１電圧および第２電圧を所定のタイミングで生成して積層構造体を駆動する制御を行う制御部をさらに備えていてもよい。制御部は、第１電圧を第１周波数で生成し、第２電圧を第２周波数で生成して積層構造体を駆動する制御を行うよう設けられていてもよい。制御部は、互いに同じ周波数で位相の異なる第１電圧および第２電圧を生成して積層構造体を駆動する制御を行うよう設けられていてもよい。これにより、積層構造体を靡くように湾曲させることができる。また、制御部は、積層構造体を横振動モードの固有振動数で駆動する制御を行ってもよい。これにより、積層構造体を定常波形状、すなわち高い周波数で大振幅を得ることができる。
【００１９】
本発明の可動デバイスにおいて、積層構造体の支持部よりも先端側の端部に設けられた反り抑制部をさらに備えていてもよい。また、積層構造体の支持部よりも先端側の部分の幅は、支持部から離れる方向に漸減するよう設けられていてもよい。これにより、積層構造体が湾曲する際に先端側の部分の巻き込みが抑制される。
【００２０】
本発明の可動デバイスにおいて、積層構造体の表面の少なくとも一部に設けられたホログラムシートをさらに備えていてもよい。これにより、積層構造体の湾曲とともにホログラムシートも湾曲し、躍動感のある動作を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、構造が簡単であり、しかも旗のような玩具の場合でも、軽く、そして、Ｓ字状のような動きができるため、自然な動き（風に靡く）を表現することができる可動デバイスを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る可動デバイスの構造を例示する模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、積層構造体の構成を例示する模式図である。
【図３】積層構造体の他の例を示す模式平面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、可動デバイスの駆動方法について例示する図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、積層構造体の湾曲状態を例示する模式断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、各種の湾曲可動の状態を例示する模式図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、各種の湾曲可動の状態を例示する模式図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、反り抑制部の例を示す模式図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、積層構造体２０の他の形状例を示す模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【００２４】
（可動デバイスの構造）
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る可動デバイスの構造を例示する模式図である。
図１（ａ）には可動デバイス１の斜視図が示され、図１（ｂ）には可動デバイス１の可動状態の斜視図が示される。
図２（ａ）〜（ｅ）は、積層構造体の構成を例示する模式図である。
図２（ａ）には積層構造体２０の平面図が示され、図２（ｂ）〜（ｅ）には積層構造体２０の断面図が示される。
【００２５】
本実施形態に係る可動デバイス１は、支持部１０と、支持部１０に支持される積層構造体２０とを備える。図１に示す可動デバイス１は、旗が風で靡くような動きをするデバイスの例である。すなわち、可動デバイス１の積層構造体２０が旗地に相当し、支持部１０が、旗地を支える支柱に相当する。また、可動デバイス１は、積層構造体２０に電圧を印加する制御を行う制御部３０を備えていてもよい。
【００２６】
支持部１０は、積層構造体２０の一端側を支持する。積層構造体２０は支持部１０から先端側に延びるように設けられる。積層構造体２０は、電解質層２１と、第１電極部２２１と、第２電極部２２２と、第３電極部２２３と、第４電極部２２４とを有する。
【００２７】
積層構造体２０は、イオンの分極によって変位するイオン導電性高分子アクチュエータである。第１電極部２２１、第２電極部２２２、第３電極部２２３および第４電極部２２４に電圧を印加することで、電解質層２１にイオンが移動して、カチオンとアニオンとのサイズ差（体積膨張差）によって積層構造体２０が湾曲する。
【００２８】
電解質層２１は、イオン液体および電解質用ベースポリマーを有する。この電解質層２１の厚さは、例えば１０μｍ以上３０μｍ以下程度である。イオン液体の種類は限定されない。積層構造体２０の動作安定性を高める観点などから、通常、第１電極部２２１、第２電極部２２２、第３電極部２２３および第４電極部２２４が備えるイオン液体と同種の材料からなる。
【００２９】
また、イオン液体のＣＮＴ（カーボンナノチューブ）分散効果を利用する場合、高分子素子のカチオンはイミダゾリウム系かピリジウム系（但し、ピリジウム系は電位窓が狭いので、ほとんどの場合イミダゾリウム系カチオンを使用）のＥＭＩ−ＴｆＯ、ＢＭＩ−ＴｆＯなどを使用する。
【００３０】
電解質用ベースポリマーの材料は限定されない。電解質用ベースポリマーの材料の例として、ポリフッ化ビニリデン、フィブリル化されたポリテトラフルオロエチレン（Ｆｂ−ＰＴＦＥ）、フィブリル化されていないポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。ここで、フィブリル化とは、フィブリル構造さらにはミクロフィブリル構造を形成するための繊維化または紡糸化のことであって、例えば、固体の対象物を粉体とともに混練して剪断力を与えることによってフィブリル化し、さらにはミクロフィブリル化する。
【００３１】
本実施形態では、電解質層２１の一方面側には、第１電極部２２１と第２電極部２２２とが並置され、電解質層２１の他方面側には、第３電極部２２３と第４電極部２２４とが並置される。第１電極部２２１は電解質層２１を介して第３電極部２２３と対向し、第２電極部２２２は電解質層２１を介して第４電極部２２４と対向する。すなわち、図２（ｂ）の断面図（図２（ａ）のＡ−Ａ断面図）に示すように、第１電極部２２１と第３電極部２２３との電極組と、第２電極部２２２と第４電極部２２４との電極組とが支持部１０から離れる方向に並んで配置されている。
【００３２】
第１電極部２２１、第２電極部２２２、第３電極部２２３および第４電極部２２４には、例えば炭素含有フィルムが用いられる。炭素含有フィルムは、ベースポリマーとカーボン材料とイオン液体とを備える。炭素含有フィルムの厚さは限定されない。炭素含有フィルムの厚さは、例えば５０μｍ以上２５０μｍ程度である。
【００３３】
本発明の一実施形態に係る炭素含有フィルムは、Ｆｂ−ＰＴＦＥ以外の材料をベースポリマーの一部として含有していてもよい。かかる材料の例として、フィブリル化されていないポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどが例示される。
【００３４】
本発明の一実施形態に係る炭素含有フィルムが備えるカーボン材料の種類は限定されない。カーボン材料として、活性炭、カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ炭素材、などが例示される。
【００３５】
第１電極部２２１、第２電極部２２２、第３電極部２２３および第４電極部２２４の少なくともいずれかには集電膜（図示せず）が設けられていてもよい。集電膜には例えば金属膜やカーボンナノチューブが用いられる。集電膜は、多層膜であってもよい。多層膜としては、電解質層２１に近位な位置から順に、例えば、第１金属膜（Ｔｉ）／第２金属膜（Ａｕ）の積層膜が用いられる。第１金属膜（Ｔｉ）の厚さは、例えば１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下、第２金属膜（Ａｕ）の厚さは、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。集電膜を設けることで、電圧を効率良く電極部（電極膜）へ印加することができる。
【００３６】
第１電極部２２１および第３電極部２２３には支持部１０側に延在する引き出し部２２１ａおよび２２３ａが設けられる。また、第２電極部２２２および第４電極部２２４には支持部１０側に延在する引き出し部２２２ａおよび２２４ａが設けられる。引き出し部２２２ａは、第１電極部２２１の外側を迂回するように配置される。また、引き出し部２２４ａは、第３電極部２２３の外側を迂回するように配置される。
【００３７】
図２（ｃ）には図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図が示される。また、図２（ｄ）には図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図が示される。例えば、引き出し部２２２ａは、引き出し部２２４ａよりも外側に張り出した部分を有する。この部分には電解質層２１は接していない。これにより、引き出し部２２２ａと引き出し部２２４ａとの間に電圧が印加された際に、この部分で積層構造体２０が湾曲することを抑制できることになる。
【００３８】
また、図２（ｅ）には図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図の他の例が示される。この例では、引き出し部２２２ａと引き出し部２２４ａとの間にセパレータ２５が設けられる。セパレータ２５には電解質層２１は含まれない。これにより、引き出し部２２２ａと引き出し部２２４ａとの間に電圧が印加されてもイオンを透過（含浸）させない。このようなセパレータ２５を備えた構成でも、この部分で積層構造体２０が湾曲することを抑制できることになる。
【００３９】
図３は、積層構造体の他の例を示す模式平面図である。
図３に示す積層構造体２０は、引き出し部２２１ａ、２２２ａ、２２３ａおよび２２４ａの配置が図２に示す積層構造体２０と相違する。すなわち、図３に示す積層構造体２０では、第２電極部２２２から延出する引き出し部２２２ａが、第１電極部２２１の中央部分を貫くように設けられる。また、図示しないが、第４電極部２２４から延出する引き出し部２２４ａは、第３電極部２２３の中央部分を貫くように設けられる。
【００４０】
図３に示す引き出し部２２１ａ、２２２ａ、２２３ａおよび２２４ａの配置にすることで、第２電極部２２２側に比べて第１電極部２２１側を効率的に駆動することができる。したがって、第１電極部２２１側を優先的に駆動したい場合には、図３のような配置が有効である。また、図３に示す配置では、第１電極部２２１が２分割され、それぞれが第１電極部２２１側を湾曲させるのに十分な面積を有していることから、２分割された第１電極部２２１のそれぞれに印加する電圧を異ならせることで、第１電極部２２１側を傾けるなどの動作が可能となる。
【００４１】
いずれの引き出し部２２１ａ、２２２ａ、２２３ａおよび２２４ａであっても、その面積を引き出し部２２１ａ、２２２ａ、２２３ａおよび２２４ａ以外の通電部の面積の１／４以下にすることが望ましい。これにより、積層構造体２０における変位ロスの影響を抑制し、効率よく通電することができる。
【００４２】
（可動デバイスの駆動方法）
図４（ａ）および（ｂ）は、可動デバイスの駆動方法について例示する図である。
図４（ａ）には可動デバイスへの導通経路が示され、図４（ｂ）には駆動電圧の一例であるタイミングチャートが示される。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、第１電極部２２１には端子ＣＮ１が接続され、第２電極部２２２には端子ＣＮ２が接続される。第３電極部２２３および第４電極部２２４は端子ＧＮＤが接続される。端子ＣＮ１には第１電圧Ｖ１が印加され、端子ＣＮ２には第２電圧Ｖ２が印加される。端子ＧＮＤは接地されている。
【００４４】
第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、制御部３０から出力される。すなわち、制御部３０は、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２を所定のタイミングで生成し、端子ＣＮ１およびＣＮ２に与える。制御部３０は、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２を直流電圧として出力したり、第１電圧Ｖ１を第１周波数、第２電圧Ｖ２を第２周波数で交流電圧として出力したりする。第１周波数は第２周波数と同じでも、異なっていてもよい。制御部３０は、交流電圧である第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の位相を制御してもよい。
【００４５】
制御部３０によって第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の大きさ、周波数、位相を適宜設定することによって、積層構造体２０は様々な湾曲形状になって可動することになる。
【００４６】
例えば、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が同極性の直流電圧である場合、積層構造体２０は一方向に湾曲することになる。一方、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が互いに逆極性の直流電圧である場合、積層構造体２０はＳ字型に湾曲することになる。
【００４７】
また、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が所定周波数の交流電圧である場合、積層構造体２０はＳ字型を含む様々湾曲形状になって可動する。例えば、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が同じ周波数の交流電圧であり、位相が１８０度異なっている場合、積層構造体２０はＳ字型と逆Ｓ字型とを交互に繰り返すように変形する。
【００４８】
図４（ｂ）に示すように、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２を同じ周波数で位相を僅かにずらして印加すると、積層構造体２０は連続的に湾曲状態が変化して、旗が風に靡くような動作になる。また、積層構造体２０の横振動モードの固有振動数で駆動することもでき、これにより積層構造体２０を定常波形状、すなわち高い周波数で大振幅を得ることができる。
【００４９】
図５（ａ）〜（ｆ）は、積層構造体の湾曲状態を例示する模式断面図である。
図５（ａ）〜（ｆ）に示す湾曲状態は、図４（ｂ）の時間ｔ１〜ｔ６のそれぞれにおける電圧印加での湾曲状態に対応している。
図５（ａ）に示すように、時間ｔ１では第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２ともにゼロである。この状態では積層構造体２０は湾曲しない。ここで、第１電極部２２１と第３電極部２２３とで挟持される積層構造体２０の部分を第１領域Ｒ１、第２電極部２２２と第４電極部２２４とで挟持される積層構造体２０の部分を第２領域Ｒ２と言うことにする。
【００５０】
次に、図５（ｂ）に示すように、時間ｔ２では第１電圧Ｖ１がプラス電位、第２電圧Ｖ２はゼロである。この状態では第１領域Ｒ１のみが例えば凸型に湾曲する。
【００５１】
次に、図５（ｃ）に示すように、時間ｔ３では第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２ともにプラス電位となる。この状態では、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２の両方が同じ方向（例えば凸型）に湾曲する。したがって、積層構造体２０は全体として例えば凸型に湾曲する。
【００５２】
次に、図５（ｄ）に示すように、時間ｔ４では第１電圧Ｖ１がマイナス電位、第２電圧Ｖ２がプラス電位となる。この状態では、第１領域Ｒ１が例えば凹型に湾曲し、第２領域Ｒ２が例えば凸型に湾曲する。すなわち。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで互いに逆方向に湾曲して、積層構造体２０の全体ではＳ字型に湾曲する。
【００５３】
次に、図５（ｅ）に示すように、時間ｔ５では第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２ともにマイナス電位となる。この状態では、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２の両方が同じ方向（例えば凹型）に湾曲する。したがって、積層構造体２０は全体として凹型に湾曲する。
【００５４】
次に、図５（ｆ）に示すように、時間ｔ６では第１電圧Ｖ１がプラス電位、第２電圧Ｖ２がマイナス電位となる。この状態では、第１領域Ｒ１が例えば凸型に湾曲し、第２領域Ｒ２が例えば凹型に湾曲する。すなわち。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで互いに逆方向に湾曲して、積層構造体２０の全体では逆Ｓ字型に湾曲する。
【００５５】
以降、時間ｔ３〜ｔ６における第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が繰り返し印加されることで、積層構造体２０は、Ｓ字型と逆Ｓ字型との間を徐々に変化しながら風に靡くように（波打つように）可動することになる。
【００５６】
図６（ａ）〜図７（ｂ）は、各種の湾曲可動の状態を例示する模式図である。
図６（ａ）〜図７（ｂ）には、可動デバイス１を上から見たときの湾曲可動の状態が例示される。いずれも説明の便宜上、積層構造体２０の各動作状態を重ねて示している。
【００５７】
図６（ａ）に示す湾曲可動は、単一的な湾曲（Ｃ字状湾曲）の例である。第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２との間に周波数および位相の差がなければ、一方向（単一的）な湾曲可動となる。第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２のプラス電位およびマイナス電位を交互に切り替えることで、積層構造体２０は支持部１０を支点として湾曲しながら左右に振られることになる。
【００５８】
図６（ｂ）に示す湾曲可動は、Ｓ字状の湾曲可動の例である。第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の周波数を同じにして、位相を反転させることで、積層構造体２０は支持部１０を支点としてＳ字状に湾曲しながら左右に振られることになる。
【００５９】
図７（ａ）および（ｂ）に示す湾曲可動は、直線、Ｃ字状およびＳ字状の複合的な湾曲の例である。第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２のそれぞれの周波数および位相の少なくともいずれかを調整することで、様々が湾曲可動を行うことができる。なお、図７においては、説明の都合上、可動状態ごとに支持部１０および積層構造体２０の表示位置をずらしている。
【００６０】
図７（ａ）に示す湾曲可動は、第１電圧Ｖ１の周波数に対して、第２電圧Ｖ２の周波数を３倍にしたときの可動状態である。また、図７（ｂ）に示す湾曲可動は、第１電圧Ｖ１の周波数に対して、第２電圧Ｖ２の周波数を１．５倍とし、さらに位相を３０度ずらしたときの可動状態である。こられにより、積層構造体２０は、直線、Ｃ字状およびＳ字状の連続的な湾曲可動を繰り返すことになる。
【００６１】
なお、図示する以外にも、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の電圧値および位相を適宜設定することで、積層構造体２０を様々な湾曲形状に可動させることが可能になる。
【００６２】
図８（ａ）および（ｂ）は、反り抑制部の例を示す模式図である。
図８（ａ）には、積層構造体２０の支持部１０よりも先端側の端部の幅全体にわたり反り抑制部４０が設けられた例が示される。また、図８（ｂ）には、積層構造体２０の支持部１０よりも先端側の隅部に反り抑制部４０が設けられた例が示される。
【００６３】
反り抑制部４０は、積層構造体２０よりも高い剛性または高い弾性率を有する材料によって構成される。積層構造体２０に電圧が印加されると長さ方向に湾曲するが、積層構造体２０の先端側は幅方向にも反り返るように湾曲しやすくなる。積層構造体２０の先端側に反り抑制部４０が設けられていることで、幅方向への反り返りが抑制される。
【００６４】
図９（ａ）および（ｂ）は、積層構造体２０の他の形状例を示す模式斜視図である。
図９（ａ）および（ｂ）には、積層構造体２０の支持部１０よりも先端側の部分の幅が、支持部１０から離れる方向に漸減する例が示される。図９（ａ）では積層構造体２０が台形型になっており、図９（ｂ）では積層構造体２０が三角形型になっている。これらのように、積層構造体２０の先端側の部分の幅が、支持部１０側の部分の幅よりも狭くなっていると、先端側の部分の幅方向への反り返りの量が少なくなり、積層構造体２０の全体として幅方向への巻き込みが抑制される。
【００６５】
（適用例）
本実施形態に係る可動デバイス１は、旗、生物（動物、昆虫、魚など）、釣り道具（ルアー、フライなど）、カーテン、のれん、玩具、その他の湾曲動作させたいものに適用可能である。可動デバイス１を旗、カーテン、のれんなどに適用した場合には、風によって自然に靡くような動作が可能になる。また、動物の尻尾が揺れる動作、魚が泳ぐ際の動作、蠕動運動など、本実施形態に係る可動デバイス１を適用することで、様々な動きを再現することが可能となる。
【００６６】
また、積層構造体２０の表面の少なくとも一部にホログラムシートを設けてもよい。積層構造体２０の湾曲動作とともにホログラムシートも湾曲することで、反射光の色合いや光沢などが変化して、躍動感のある動作を得ることが可能となる。
【００６７】
また、上記説明した可動デバイス１では、第１電極部２２１と第３電極部２２３との電極組、第２電極部２２２と第４電極部２２４との電極組を構成する例を示したが、このような電極組をさらに多く設けることで、さらに複雑な動作、小刻みに動く動作などを実現することが可能になる。例えば、動物を模したロボットの顔の表面部に可動デバイス１を設ければ、皮膚のように機能して動物の表情を表現させることも可能である。
【００６８】
以上説明したように、実施形態によれば、構造が簡単であり、しかも旗のような玩具の場合でも、軽く、自然な動き（風に靡く）を表現することができる可動デバイス１を提供することが可能になる。
【００６９】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、本実施形態では複数の電極組を一方向に一列で配置する例を示したが、縦横マトリクス状に配列してもよい。また、各電極組を独立して駆動することによって、積層構造体２０を２次元的または３次元的に複雑に動作させることも可能である。また、支持部１０は積層構造体２０の一端側を支持する例を示したが、積層構造体２０の中央部を支持部１０で支持してもよい。また、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の構成例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【符号の説明】
【００７０】
１…可動デバイス
１０…支持部
２０…積層構造体
２１…電解質層
２５…セパレータ
３０…制御部
４０…反り抑制部
２２１…第１電極部
２２１ａ…引き出し部
２２２…第２電極部
２２２ａ…引き出し部
２２３…第３電極部
２２３ａ…引き出し部
２２４…第４電極部
２２４ａ…引き出し部
ＣＮ１…端子
ＣＮ２…端子
ＧＮＤ…端子
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２領域
Ｖ１…第１電圧
Ｖ２…第２電圧
【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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