(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性微粒子とバインダー材料を成分に持ち、電気信号により伸縮する材料からなる伸縮層と伸縮層よりも線熱膨張係数が小さい材料からなる下地層とが接合された多層膜と、
前記伸縮層の両端部には前記伸縮層に電圧を印加するため二つの入力電極を備えたアクチュエータユニットであって、
前記多層膜内に生ずる応力分布が、前記多層膜の膜厚分布によって生じるものであるとともに、前記多層膜の膜厚分布の形状が縞状であり、縞の方向と平行な軸を中心軸とする円筒形状に屈曲することを特徴とするアクチュエータユニット。
【請求項２】
前記多層膜の膜厚分布が、前記伸縮層の膜厚分布によって生じるものである請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項３】
前記多層膜の膜厚分布が、前記下地層の膜厚分布によって生じるものである請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項４】
前記多層膜がコの字状に形成され、前記入力電極が前記コの字状の多層膜の開放端に形成されるとともに、前記コの字状の多層膜の前記伸縮層の他端に前記伸縮層の電気伝導度より大きい電気伝導度を持つ高導電性層が形成されている請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項５】
前記コの字状に形成された多層膜は、前記高導電性層が形成されている部分において多層膜が切り欠かれている請求項４記載のアクチュエータユニット。
【請求項６】
前記コの字状に形成された多層膜は、前記下地層がコの字型の中間部分でもつながっている請求項４記載のアクチュエータユニット。
【請求項７】
前記下地層の前記伸縮層が設けられた面の反対側の面に、前記伸縮層と熱膨張の極性が異なる伸縮層が設けられた請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項８】
前記伸縮層は、前記アクチュエータユニットの長さ方向に分割、且つ、電気的に絶縁されて前記下地層の上に配列され、前記入力電極は前記下地層の端部に設けられるとともに、前記入力電極のそれぞれに接続された前記伸縮層の電気伝導度より大きい電気伝導度を持つ高導電性層が、前記分割、且つ、電気的に絶縁された前記伸縮層のそれぞれの両端部に接続されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項９】
前記高導電性層が、前記下地層と前記入力電極および前記伸縮層との間に設けられた請求項８記載のアクチュエータユニット。
【請求項１０】
前記高導電性層間の前記下地層が切り欠かれている請求項９記載のアクチュエータユニット。
【請求項１１】
前記下地層が曲げ癖を持つものであるとともに、該曲げ癖が前記多層膜内に生ずる応力分布により屈曲する方向と同じ方向の屈曲方向である請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項１２】
前記下地層が曲げ癖を持つものであるとともに、該曲げ癖が前記多層膜内に生ずる応力分布により屈曲する方向とは該多層膜のなす面に対して反対方向の屈曲方向である請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項１３】
導電性微粒子とバインダー材料を成分に持ち、電気信号により伸縮する材料からなる伸縮層と伸縮層よりも線熱膨張係数が小さい材料からなる下地層とが接合された多層膜と、
前記伸縮層の両端部には前記伸縮層に電圧を印加するため二つの入力電極を備えるとともに、前記多層膜は、前記入力電極に電圧が印加されたとき、前記多層膜内に応力分布を生じ、前記多層膜内に生ずる応力分布が、前記多層膜の膜厚分布によって生じるものであるとともに、前記多層膜の膜厚分布の形状が縞状であり、縞の方向と平行な軸を中心軸とする円筒形状に屈曲する構造であり、且つ、前記多層膜は、前記個々のアクチュエータの前記応力分布に応じた屈曲部の周辺で切断された複数個のアクチュエータユニットと、
前記複数個のアクチュエータユニットの個々のアクチュエータユニットの前記入力電極に電圧を導入するための接続端子とを接続する配線パターンと、
で構成したことを特徴とするアクチュエータモジュール。
【請求項１４】
前記複数個のアクチュエータユニットの屈曲方向が複数方向である請求項１３記載のアクチュエータモジュール。
【請求項１５】
前記複数個のアクチュエータユニットが放射状に伸びた形に形成され、それぞれ中央に向かって、アクチュエータユニットなす面に対して同じ側に曲がる屈曲形状を持つ請求項１３記載のアクチュエータモジュール。
【請求項１６】
前記複数個のアクチュエータユニットがマトリクス状に配列され、それぞれのアクチュエータユニットが選択的に駆動されて、前記複数個のアクチュエータユニットに対応してマトリクス状に配列されたピンを選択的に押し上げる請求項１３記載のアクチュエータモジュール。
【請求項１７】
導電性微粒子とバインダー材料を成分に持ち、電気信号により伸縮する材料からなる伸縮層と伸縮層よりも線熱膨張係数が小さい材料からなる下地層とが接合された多層膜と、
前記伸縮層の両端部には前記伸縮層に電圧を印加するため二つの入力電極を備えるとともに、前記多層膜は、前記入力電極に電圧が印加されたとき、前記多層膜内に応力分布を生じ、前記多層膜内に生ずる応力分布が、前記多層膜の膜厚分布によって生じるものであるとともに、前記多層膜の膜厚分布の形状が縞状であり、縞の方向と平行な軸を中心軸とする円筒形状に屈曲する構造である複数個のアクチュエータユニットと、
前記複数個のアクチュエータユニットの個々のアクチュエータユニットの前記入力電極に電圧を導入するための接続端子とを配線パターンで接続したアクチュエータモジュールの製造方法であって、
前記下地層となる基板上に、前記伸縮層を構成する導電性微粒子とバインダー材料からなる溶液により、個々のアクチュエータに対応する所定のパターンを印刷して形成すること、
前記下地層となる基板上に、個々のアクチュエータの前記入力電極に対応する所定のパターンを印刷して形成すること、
前記下地層となる基板上に、個々のアクチュエータの前記入力電極に接続される前記接続端子のパターンを印刷して形成すること、
前記下地層となる基板上に、前記入力電極と前記接続端子とを接続するパターンを印刷して形成すること、
前記所定のパターンに形成された前記伸縮層の膜厚を、前記伸縮層を構成する導電性微粒子とバインダー材料からなる溶液により、前記入力電極に電圧が印加されたとき、前記多層膜内に応力分布を生ずるパターンに印刷して修飾すること、
前記多層膜を、前記個々のアクチュエータの前記応力分布に応じた屈曲部の周辺で切断すること、
を特徴とするアクチュエータモジュール製造方法。
【請求項１８】
前記下地層を前記基板上に設けるとともに、前記切断は、前記下地層を切断するものである請求項１７記載のアクチュエータモジュール製造方法。
【請求項１９】
前記下地層を前記基板上に設けるに際し、前記下地層は前記個々のアクチュエータの前記応力分布に応じた可動部の領域のみとするとともに、前記下地層の形成の前に前記下地層、前記伸縮層、前記入力電極、前記接続端子、前記接続パターンを溶解しない溶液で溶解できる所定の犠牲層パターンを形成して該犠牲層を除去することで、前記切断に代え、前記下地層は切断しない請求項１８記載のアクチュエータモジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作製が容易な、複雑で大きな動きができるバイモルフやユニモルフなどの多層構造からなる柔軟なシート状屈曲型アクチュエータの構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号によって力や変位を発生するアクチュエータは、現在、さまざまな産業分野に用いられ、求められる性能も多様化する傾向にある。たとえば、精密機械や産業用ロボットなどの分野では、大きな力を出せることや、応答性が速く正確な位置制御ができることが要求される。一方、医療用の能動カテーテルやリハビリ機器などでは、小型軽量で柔らかく、駆動電圧が低くて安全に扱えることが必要とされている。また、モバイル型触覚ディスプレイや凹凸表示ピンディスプレイなどには、ピンマトリクスを動作させるために軽量でかつ大面積の薄いアクチュエータマトリクスが必要となる。このような軽量で薄いアクチュエータマトリクスは、ピンマトリクスだけでなく繊毛運動を利用した次世代の自走型小型ロボットや搬送装置など様々な分野で必要とされている。
【０００３】
こうした、軽量で薄く、マトリクス化が可能なアクチュエータには、電磁モータのように部品の組み立てが必要となるアクチュエータより、材料自身が電気信号により繰り返し変形できるアクチュエータの方が適している。材料自身が繰り返し変形するアクチュエータで、現在良く知られているものに、強誘電体のピエゾ効果を利用したピエゾアクチュエータや、形状記憶合金（ＳＭＡ；Shape-memory alloy）の相転移を利用したＳＭＡアクチュエータなどがある。
【０００４】
これらより、さらに軽く、薄膜加工が容易なアクチュエータとして、電気信号で変形する有機材料を用いた“有機アクチュエータ”が注目されている。有機アクチュエータは有機材料を用いているため、軽量であるだけでなく、材料をシート状に成形することが容易である。そのため、軽量で薄いアクチュエータに応用することが可能である。しかしながら、このような有機アクチュエータの中でも、駆動電圧が低く安全に取り扱うことができるものは、これまで主に溶液中でしか動作しなかったため、応用先が限定されていた。
【０００５】
しかし、最近になって大気中などの気相中で動作できるものも報告されはじめた。具体的には、導電性高分子材料の熱による分子の脱着時の変形を利用したアクチュエータ（特許第３１３１１８０号公報）、カーボンナノチューブ、不揮発性のイオン性液体およびポリマーからなるアクチュエータ（特開２００５−１７６４２８号公報）などがある。
【０００６】
本願の発明者らは、大気中などの気相中で動作する新たな有機アクチュエータとして、導電性微粒子と高分子によるコンポジット材料からなるアクチュエータを開発し、発表した（加藤美登里、石橋雅義：炭素微粒子混合コンポジット材料を用いた伸縮型高分子アクチュエータ（ＩＩ）：２００５年第２３回日本ロボット学会学術講演会、１Ａ３２）。この有機アクチュエータは、バインダー高分子材料に導電性微粒子を混合することにより高電気伝導度にした有機コンポジット材料を用い、その材料に電圧を印加することによりジュール熱を発生させ、その自己発熱に伴う可逆的な熱膨張を利用して変形動作をおこなう。また、この有機アクチュエータは、他の有機アクチュエータに比べ、安価でかつ改良が容易な材料を用いており、また、環境に影響されない安定した動作を行えるといった特徴がある。
【０００７】
このような薄型アクチュエータでは、変位量を大きくするために、金属の熱膨張率の違いを利用した薄型のアクチュエータ（バイメタル）と同様、バイモルフ構造やユニモルフ構造のように、温度に対して変形量の異なる素材を張り合わせて屈曲動作とするのが有利である。
【０００８】
前記特許第３１３１１８０号公報記載の、熱膨張を利用した導電性微粒子コンポジット材料からなる有機アクチュエータは、気相（大気）中で電気信号により変形するため取扱いが容易で、シート状などに容易に加工成形できるため、ユニモルフ構造などの積層構造の薄型アクチュエータへの応用に適している。
【０００９】
【特許文献１】特許第３１３１１８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１７６４２８号公報
【非特許文献１】加藤美登里、石橋雅義：炭素微粒子混合コンポジット材料を用いた伸縮型高分子アクチュエータ（ＩＩ）：２００５年第２３回日本ロボット学会学術講演会、１Ａ３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような積層構造の薄型アクチュエータを効果的に使用するには、任意の形状のアクチュエータで、任意の方向に変形させる必要がある。たとえば、図１（Ａ）に示すような、伸縮層１と下地層２がｚ方向に積層され、ｘ方向に長い長方形の形状のユニモルフ構造のアクチュエータ１０で、伸縮層１を伸ばしてｚ方向に大きな変位を得るには、図１（Ｂ）に示すように、ｙ軸を中心軸とする円筒の一部をなすように屈曲することが望ましい。しかし、伸縮層１の伸びる力が等方的な場合、アクチュエータ１０の変形はアクチュエータの形状に依存したものとなり、図１（Ｃ）に示すように、アクチュエータ１０のｘｙ面の対角線を中心軸とする円筒の一部をなすように屈曲しやすい。
【００１１】
前記非特許文献１に記載の熱膨張を利用した、導電性微粒子コンポジット材料からなる有機アクチュエータは、伸縮層１の伸びる力が等方的であるため、積層構造のアクチュエータを作製するとその屈曲方向は図１（Ｃ）で説明したように形状に依存する。したがって、形状を決めると屈曲方向が限定されてしまい、形状と屈曲方向を自由に選択することが難しかった。
【００１２】
また、前記非特許文献１に記載の有機アクチュエータを用いたユニモルフ構造片持ち梁型アクチュエータとして、図２（Ａ）に示すようなアクチュエータモジュール１００が提案されている。これは伸縮層１０１を下地層１０２と重ねてコの字型に成形し、電極１０３および１０４をコの字型の開放端側にまとめて設けた形状をしている。伸縮層１０１は、導電性微粒子とバインダー高分子から成る導電性微粒子コンポジット材料でできていて、電極１０３および１０４に電圧が与えられると変形する材料からなる層である。下地層は電極１０３および１０４に電圧が与えられても変形しないか、変形量が伸縮層よりはるかに小さい材料からなる。アクチュエータモジュール１００の電極１０３および１０４間に電源１０６を接続すると、伸縮層１０１が伸びて変形する。このとき、接合した伸縮層１０１と下地層１０２の膨張率の違いから、アクチュエータモジュール１００が反る。コの字型アクチュエータモジュールは、電極１０３および１０４と伸縮層１０１の接続部をコの字の開放側の一端にまとめたため、もう一端を自由端とすることができ、配線等に阻害されることなく大きく屈曲動作させることができる。
【００１３】
しかし、先に述べたように、屈曲方向は形状に依存するので、図２（Ｂ）のようにｙ軸を中心軸とする円筒の一部をなすように屈曲する場合と、図２（Ｃ）のようにｘ軸を中心軸とする円筒の一部をなすように屈曲する場合がある。図２（Ｃ）のような屈曲形状となると、自由端が大きく変位することができない。このように、コの字型のアクチュエータモジュールにおいても、形状によらず屈曲方向を自由に選択することは重要な課題であった。
【００１４】
図２（Ｂ）のような屈曲形状の場合、大きな変位を得るためには、簡単には、アクチュエータモジュール１００の全長を長くするのが良いが、アクチュエータモジュール１００の電気抵抗が大きくなり、駆動電圧を高くする必要がある。このアクチュエータモジュール１００の材料であるコンポジット材料は、金属等と比較して抵抗率が二桁程度高い。そのため、大きな変位のためには高電圧が必要となってしまい、安全性に問題が生じる。
【００１５】
さらに、このようなコの字型に成形したアクチュエータモジュール１００の開放端に取り付けた電極に電圧を印加した場合、伸縮層１０１内を流れる電流の分布は均一でなく、電流は、電極１０３および１０４間を結ぶ最短のパスを中心に流れることになる。すなわち、コの字型の内周部分に電流が集中し、その部分がその他の部分より過剰に発熱するため、均一な変形が得られないばかりでなく、過剰に発熱した内周部が損傷しやすくなるという問題があった。
【００１６】
このような課題は、前記非特許文献１に記載の有機アクチュエータだけでなく、他の有機アクチュエータにとっても深刻な課題である。上記目的を達成するために、例えば、特開２００５−１９２８９２号公報では、イオン交換樹脂膜とその両面に形成された金属薄膜からなるアクチュエータに貫通スリットを作製し、屈曲の方向を制御しようとしている。しかし、この方法は、金属薄膜間に電圧を印加することにより、イオン交換樹脂膜内に電場が生じ、この電場によりイオン交換樹脂膜内部のイオンが水分子を伴って膜内を移動することを利用した屈曲型アクチュエータのみに限定的に用いることのできる方法である。したがって、前記非特許文献１に記載の熱膨張を利用した積層構造の屈曲型アクチュエータにおいては、前記特開２００５−１９２８９２号公報に記載の方法は適用できない。
【００１７】
また、作成法についてみると、自己発熱型有機アクチュエータを用いたユニモルフ型アクチュエータモジュールは、アクチュエータ膜と下地絶縁膜を接着剤などで張り合わせることにより作製していた。しかし、別々に作成したアクチュエータ膜と下地絶縁膜を接着剤などで張り合わせる方法では、本発明のような複雑な構造のアクチュエータモジュールを作るには、生産効率が悪いだけでなく、均一な張り合わせは難しく、同一形状で複数のアクチュエータモジュールを作製する場合、その性能をそろえることは困難であった。
【００１８】
本発明の目的は、任意の形状を任意の方向に変形させることができ、安全で耐久性が高く、作製が容易なバイモルフやユニモルフなどの多層構造からなる軽くて薄いアクチュエータモジュールの構造およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明では、熱膨張を利用した積層構造の薄膜に伸縮力が作用するとき、薄膜の屈曲方向に薄膜の縞状の分布をした応力が生ずる薄膜の構造とし、縞と平行な方向を中心軸とする円筒形の一部をなすように屈曲するアクチュエータの構造とその作製方法を提案する。
【００２０】
また、本発明では、積層構造の下地層に着目し、この下地層が持つ巻癖を利用してアクチュエータの屈曲方向を制御したアクチュエータの構造とその作製方法を提案する。
【００２１】
さらに、本発明では、伸縮層より導電性の高い配線層を設けることにより、より安全で高耐久性のアクチュエータの構造とその作製方法を提案する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、任意の形状でかつ、任意の方向に変形させることのでき、安全で耐久性が高く、作製が容易なバイモルフやユニモルフなどの多層構造からなる軽くて薄いアクチュエータモジュールを容易に作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
前記非特許文献１に記載の有機アクチュエータは、均質で均一な膜厚の伸縮層と、伸縮層より熱膨張率が小さく絶縁性材料からなる均質で均一な膜厚の下地層と張り合わせた薄膜ユニモルフ型アクチュエータである。伸縮層に電圧を印加すると、伸縮層が熱で等方的に膨張し、ユニモルフ型アクチュエータの薄膜に作用する応力分布は均一になる。すなわち、熱膨張による変形は等方的に生じる。そのため、この場合、ユニモルフ型アクチュエータの薄膜は伸縮層側が凸になるように変形するが、図１（Ｃ）で説明したように、ユニモルフ型アクチュエータ面内のどちらの方向に変形するかはアクチュエータ形状に依存する。
【００２４】
アクチュエータ形状に関わらず、ユニモルフ構造など積層構造の屈曲型アクチュエータの薄膜を所望の方向に屈曲動作させるためには、伸縮層が膨張したときに、アクチュエータの薄膜に異方的な応力分布が生じる構造とすればよい。すなわち、アクチュエータの薄膜の伸縮層が膨張したときに、アクチュエータの薄膜に縞状の応力分布を生じさせ、その縞の方向が所望の方向に屈曲したアクチュエータの薄膜がなす円筒形状の中心軸と平行であるようなアクチュエータ構造とする。
【００２５】
また、大きな変位を得るためにアクチュエータの全長を大きくすると、アクチュエータを駆動するのに高電圧が必要となること、および、アクチュエータ形状により伸縮層の一部に電流が集中し、その部分だけが過剰に発熱し、アクチュエータの薄膜が損傷を受ける可能性があることに関して、伸縮層に電流を供給するための配線層となる高導電性部分を設ける。
【００２６】
このような複雑な構造も、多色刷りの印刷技術、つまり幾つかのパターンを重ね合わせて印刷する方法を用いれば容易に作製することができる。このような印刷によるアクチュエータを作製する手法は、前記非特許文献１に記載のアクチュエータの構成材料である導電性微粒子コンポジット材料が印刷に適している、すなわち、インクとして使用できるため可能となる。前記特開２００５−１７６４２８号公報ではアクチュエータ部を塗布や吹き付けによって作製する方法も示されているが、本発明では、下地層上に多色刷り印刷技術で作製できるため、アクチュエータ部分だけでなく電極や周辺の配線も含めて一括して作製することができる特徴がある。
【００２７】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
【００２８】
（実施例１）
任意の形状のユニモルフ型アクチュエータを任意の方向に曲げるため、アクチュエータモジュールの薄膜に、薄膜の膜厚に縞状の凹凸をつけた構造として薄膜に異方的な応力分布が生じる構造としたユニモルフ型アクチュエータについて図３、図４を用いて説明する。
【００２９】
図３（Ａ）−（Ｃ）は、実施例１のユニモルフ型アクチュエータの構成を示す概念図であり、伸縮層１０１に、膜厚の大きい部分１０１’を設けて、伸縮層１０１の長さ方向に、縞状の凹凸をつけた構造のアクチュエータモジュール１１０の外形を斜め上から見た状態を示している。図３（Ａ）はアクチュエータモジュール１１０に電圧を印加する前の状態を示した概略図、図３（Ｂ）は、電極１０３および１０４に電圧を印加したときのアクチュエータモジュール１１０の状態を示した概略図である。伸縮層１０１の電気伝導度は１Ｓ／ｃｍ程度である。
【００３０】
アクチュエータモジュール１１０は、アクチュエータモジュール１００と同様に、コの字型に成形した伸縮層１０１と下地層１０２を接合した多層膜１１５と電極１０３、１０４からなる。実施例１では、さらに、高導電性層１１６が伸縮層１０１の電極１０３、１０４が無い側で、伸縮層１０１に電気的に接続された状態で取り付けられ固定されている。ここで、高導電性層１１６は柔軟性をもち、電気伝導度が１００００Ｓ／ｃｍ程度の金属微粒子コンポジット材料を使用した。
【００３１】
アクチュエータモジュール１００との違いは、
（１）伸縮層１０１に、縞状に膜厚の凹凸がつけられている。
（２）高導電性層１１６が伸縮層１０１の電極１０３、１０４が無い側に設けられている。
ところにある。
【００３２】
伸縮層１０１の縞状の膜厚の凹凸は、ｙ軸と平行（伸縮層１０１の長さ方向）に形成されている。このような向きに縞状の膜厚の凹凸を形成すると、電極１０３、１０４に電圧を印加して伸縮層が膨張変形したとき、アクチュエータモジュール１１０面内に断面２次モーメントの局所的な違いによる異方的な応力分布が生じ、多層膜１１５は常に図３（Ｂ）に示すように、ｙ軸に平行な中心軸をもつ上に凸の形状に屈曲する。ここではｙ軸に平行な中心軸をもつ上に凸の形状に屈曲させたいため、ｙ軸に平行な縞状の膜厚の凹凸を作製したが、縞状の膜厚の凹凸の向きを調整することで任意の方向に屈曲させることができる。すなわち、伸縮層に縞状の膜厚の凹凸をつけることにより、任意の方向に屈曲するアクチュエータモジュールができる。
【００３３】
また、図２に示したコの字型形状のアクチュエータモジュール１００では、伸縮層１０１がコの字状に曲がっていること、および、伸縮層１０１の電気抵抗が金属のように低くないことにより電極１０３、１０４間に電圧を印加すると、コの字型の伸縮層１０１の内周部に電界が集中し、ジュール熱により他の部分と比べ温度が高くなり、損傷を受けやすかった。これに対して、アクチュエータモジュール１１０では、電極１０３、１０４と反対側に高導電性層１１６を設けることで、自由端の部分を同電位にする。このため、伸縮層１０１の、電極１０３、１０４と高導電性層１１６の間の部分の電界が一様となり、伸縮層１０１を満遍なく電流が流れることになり、電界集中による破損を防ぐことができ、耐久性が向上する。
【００３４】
図３（Ｃ）は、下地層１０２の伸縮層１０１が設けられた面の反対の面に負の熱膨張率の材料による伸縮層１１７を設けた構造を示した概略図である。負の熱膨張率の材料としてはポリフェニレンベンゾビスオキサゾールが使用できる。負の熱膨張率の材料による逆伸縮層１１７を設けることにより、電極１０３、１０４に電圧を与えると、伸縮層１０１が発熱し膨張する一方、伸縮層１１７が収縮し、より大きな屈曲を得ることができる。この例では、伸縮層１１７を設ける代わりに、下地層１０２を負の熱膨張率の材料として用いるものとしても良い。この場合も、ポリフェニレンベンゾビスオキサゾールが使用できる。逆伸縮層１１７あるいは負の熱膨張率の下地層１０２による屈曲の増大は、後述する他の実施例でも、採用することができる。
【００３５】
図４は下地層１０２に縞状の凹凸をつけた構造のアクチュエータモジュール１２０の外形を斜め上から見た概念図を示している。これは、図３では伸縮層１０１に縞状の凹凸を形成したが、同様の凹凸を下地層１０２につけた構造として、同様な効果を得るものである。
【００３６】
ここで説明したアクチュエータモジュールに、更に層を重ねてもよい。図５は、図３で説明したユニモルフ構造アクチュエータモジュールの伸縮層１０１側を樹脂層１３７でコートして３層構造としたアクチュエータモジュール１３０を斜め上から見た概略図である。多層膜１１５、および高導電性層１１６の上面に、樹脂層１３７が積層されている。樹脂層１３７は、シリコーンゴムやポリウレタンのような、柔軟で弾力性のある材質からできており、アクチュエータモジュール１３０の屈曲を妨げることがない。このように、樹脂層１３７として絶縁体を用いれば、アクチュエータ１３０に接触しても感電や漏電の危険がない。絶縁体による樹脂層１３７を伸縮層１０１側に設ける構造は、後述する他の実施例でも、採用することができる。
【００３７】
また、これらのアクチュエータモジュールは、図６（Ａ）に示すように、高導電性層１１６と重なる部分では多層膜１１５が一部欠けた構造であってもよい。図６（Ａ）に示すのはそのような形態のアクチュエータモジュール１４０を斜め上から見た概略図である。アクチュエータモジュール１４０は、図３のアクチュエータモジュール１１０とほぼ同様の構成であるが、コの字型に成形した多層膜１１５の代わりに、短冊状に成形した２枚の多層膜１１５ａ、１１５ｂを用いた構造となっている。このような構造にすると、多層膜の形状を、コの字型ではなく単純な短冊状に成形すればよいので、多層膜の成形が容易である。
【００３８】
さらに、これらのアクチュエータモジュールは、図６（Ｂ）に示すように、下地層１０２はコの字型の中間部分がつながった構造であってもよい。図６（Ｂ）に示すのはそのような形態のアクチュエータモジュール１５０を斜め上から見た概略図である。アクチュエータモジュール１５０は、図３のアクチュエータモジュール１１０とほぼ同様の構成であるが、下地層１０２はコの字型の中間部分がつながった１枚板の形である。このような構造にすると、アクチュエータモジュール１５０の剛性が増すから、アクチュエータの組み立て過程での取り扱いが容易となる。
【００３９】
（実施例２）
つぎに、実施例２として、アクチュエータの膜厚に縞状の凹凸を持つユニモルフ型アクチュエータの別な構造として、低駆動電圧で大きな変位が得られるユニモルフ型アクチュエータ構造について説明する。
【００４０】
図７は、実施例２のユニモルフ型アクチュエータの外形を斜め上から見た概念図を示している。７（Ａ）はアクチュエータモジュール１６０に電圧を印加する前の状態を示した概略図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のアクチュエータモジュール１６０に電圧を印加したときの状態を示した概略図である。アクチュエータモジュール１６０は、長方形に成形された下地層１０２の上に、長方形に成形された伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・、が等間隔で平行に配置されている。各伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・の、両短辺に重なるように高導電性層１１６ａ，１１６ｂが配置されている。これらの高導電性層１１６ａ，１１６ｂの一端は電極１０３，１０４に接続されている。伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・はアクチュエータモジュール１１０と同様に、電圧印加により変形する導電性微粒子コンポジット材料、高導電性層１１６ａ，１１６ｂは高電気伝導度の金属微粒子コンポジット材料、下地層１０２には電圧を印加しても変形しないか、変形量が伸縮層よりはるかに小さい材料からなる。
【００４１】
電極１０３と１０４の間に電圧を印加すると、高導電性層１１６ａと１１６ｂの間に電界が発生し、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・、に電流が流れジュール熱により発熱する。このことにより、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・が変形し、伸縮層１０１と下地層１０２との膨張率の違いから、伸縮層と下地層が重ねられた部分が反る。
【００４２】
通電による熱膨張で変形する材料を伸縮層の材料として用いる場合、伸縮層の膨張の度合いは発生する熱量に依存する。伸縮層に単位時間当たりに発生する熱量は、（通電する電流）×（印加する電圧）になる。図７で示すような構造をとった場合、伸縮層１０１ａ、１０１ｂ、・・・は高導電性層１１６ａ，１１６ｂとくらべてはるかに電気抵抗が高いため、電源に並列に接続された抵抗体とみなすことができる。そのため、各伸縮層に単位時間当たりに発生する熱量Ｊは、印加する電圧をＶ、伸縮層の抵抗をＲとすると、Ｊ＝Ｖ２／Ｒとなる。
【００４３】
したがって、高導電性層１１６ａ，１１６ｂ間の各伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・の抵抗値にばらつきがあると、一部の伸縮層と下地層が重ねられた部分だけが大きく曲がり、他はあまり曲がらないという変形の不均一が起こり、変形量の制御が行いにくい。したがって、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・の抵抗値は同じであることが望ましい。すなわち、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・の膜厚および短辺の長さはそれぞれ等しく、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・上での二つの高導電性層１１６ａと１１６ｂの間の距離が等しいことが望ましい。
【００４４】
実施例２では、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・の材料として、ポリエステル系樹脂と炭素微粒子のコンポジット材料を、高導電性層１１６ａ,１１６ｂの材料としては銀微粒子を含む樹脂層を用いた。下地層１０２には、膜厚０．０２５ｍｍのポリイミド膜を使用した。この下地層１０２上に、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・を、厚さ０．０３ｍｍ、幅７ｍｍ、長さ３．５ｍｍに、長さ方向に１．５ｍｍの間隔をあけて３箇並べて作製した。このアクチュエータモジュール１６０の電極１０３と１０４の間に、７ボルトの電圧を印加すると、膜先端は下方へおよそ６ｍｍ反った。この時の印加電圧は、同程度の変位を得るために実施例１のコの字形状の屈曲型アクチュエータに印加する電圧より低い。このように、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・両端に高導電性層１１６ａ,１１６ｂを設けた屈曲型アクチュエータモジュールでは、駆動電圧を低く抑えることができる。また、変位を大きく取るためには、アクチュエータモジュールを長くしていく必要があるが、コの字形状の屈曲型アクチュエータ場合には、長さに応じて抵抗が大きくなるので、駆動電圧が高くなってしまう。図７に示すような、伸縮層両端に高導電性層を設けた形状のアクチュエータモジュールの駆動電圧は、変位を大きく取るためにアクチュエータモジュールを長くしていくと、駆動電圧は逆に低くなる。
【００４５】
図７（Ｃ）はアクチュエータモジュール１６０に電圧を印加する前の状態を示した概略図であるが、図７（Ａ）と対比して明らかなように、高導電性層１１６ａ,１１６ｂが電極１０３と１０４および伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・と下地層１０２との間に設けられた構造とされている。上述したように、下地層１０２、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・は、ともに、非常に薄いものではあるが、高導電性層１１６ａ,１１６ｂが段差を持つ部分に形成されることは好ましいことではない。したがって、高導電性層１１６ａ,１１６ｂを下地層１０２の上に先に形成した後に伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・を形成するものとしたものである。
【００４６】
図８に示すように、図７に示した実施例２のアクチュエータモジュールでは、下地層１０２の、伸縮層１０１ａ，１０１ｂ，・・・や高導電性層１１６ａ,１１６ｂが重ねられていない部分は、開口１５９ａ、１５９ｂ、・・・をあけて、アクチュエータモジュールを曲がりやすくしてもよい。
【００４７】
（実施例３）
上述した実施例１,２のいずれも、端子１０３，１０４に電圧を印加していない状態では、平坦な状態にあり、電圧印加により異方的な応力分布が生成されて屈曲が起こるものとして説明した。実施例３では、下地層１０２が固有の異方的な応力分布を持ったものを用いたユニモルフ型アクチュエータについて説明する。下地層１０２が固有の異方的な応力分布を持つという場合、下地層は、もともと平坦な膜ではなく、巻癖などで、もともとの形状がｙ軸に平行な中心軸を持つ、上に凸あるいは下に凸となる形状の膜であることを意味する。このような下地層を用いて、実施例１,２のユニモルフ型アクチュエータを作製すると、電圧を印加する前から下地層１０２の固有の異方的な応力分布に応じた屈曲を持ったユニモルフ型アクチュエータとなる。この場合、アクチュエータ形状にかかわらず、電圧を印加することによる伸縮層の伸びにより、巻癖の方向に異方的な応力分布が生じ、巻癖の方向に一定の屈曲変形を起こすアクチュエータモジュールとなる。
【００４８】
この場合、電圧を印加することによる伸縮層の伸びが、下地層の持っていた異方的な応力分布を打ち消す方向に作用するときは、アクチュエータモジュールの屈曲が小さくなるように変形が起こる。一方、電圧を印加することによる伸縮層の伸びが、下地層の持っていた異方的な応力分布に加わる方向に作用するときは、アクチュエータモジュールの屈曲が大きくなるように変形が起こる。
【００４９】
（実施例４）
実施例４では、本発明のアクチュエータを用いたアクチュエータモジュールの作製方法について、デバイス作製上問題となる接着剤を用いた張り合わせプロセスを使用しない、印刷による作製方法を説明する。実施例４で述べるアクチュエータ作製方法では、印刷方法として１８０メッシュのスクリーンを使用したスクリーン印刷法を使用した。実施例４によれば、複雑な構造でも生産効率が良く作製でき、また、アクチュエータモジュール間の性能のばらつきが小さいアクチュエータモジュールを作製することができる。
【００５０】
はじめに、異方的な応力分布として、巻癖を持った下地絶縁膜を使用したユニモルフ型アクチュエータモジュールの作製方法を図９（Ａ）−（Ｄ）を参照して説明する。
【００５１】
図９（Ａ）−（Ｄ）は形状の異なる３つのアクチュエータユニットからなるシート状アクチュエータマトリクスモジュールの作製方法の工程を示す概念図である。図９（Ａ）−（Ｄ）では、左側に平面（ｘｙ面）図、右側に断面（ｘｚ面）図を示す。
【００５２】
図９（Ａ）は、平面に展開すれば破線で示す大きさの巻癖（ｙ軸に平行な中心軸をもつ下に凸の形状）がある基板シート１６１を示す平面図および断面図である。
【００５３】
図９（Ｂ）は、基板シート１６１を、平面上に四隅を押さえることで平面にして固定し、固定された基板シート１６１上にアクチュエータインクを用い、アクチュエータパターン（伸縮層）１６２を印刷した状態を示す図である。断面図は、平面図のａ−ａ’位置で矢印方向に見たものである。ここでは、基板シート１６１には膜厚０．０２５ｍｍのポリイミド膜を使用した。アクチュエータインクは、２液混合硬化性のエポキシ樹脂の混合前の溶液にそれぞれ炭素微粒子を混合したもので、印刷直前に混合して使用した。このアクチュエータインクは印刷後に硬化し、導電性微粒子を炭素微粒子、バインダー高分子をエポキシ樹脂とした電気伝導度が約１Ｓ／ｃｍのコンポジット材料となる。また、このアクチュエータインクは２液混合硬化性のため、硬化後の収縮が無視できる。アクチュエータインクは印刷、硬化後、アクチュエータパターン１６２の膜厚が約０．０３ｍｍとなるように溶液粘度を調節した。
【００５４】
アクチュエータパターン１６２は縦幅４．５ｍｍ、横幅５ｍｍの２つの長方形パターンをｙ軸方向に１ｍｍ間隔で並べたパターン、縦幅４．５ｍｍ、横幅１０ｍｍの２つの長方形パターンをｙ軸方向に１ｍｍ間隔で並べたパターンおよび、縦幅４．５ｍｍ、横幅２０ｍｍの２つの長方形パターンをｙ軸方向に１ｍｍ間隔で並べたパターンをそれぞれユニットパターンとして、この３つのユニットパターンを平行に並べた形状のパターンである。
【００５５】
図９（Ｃ）は、アクチュエータパターン１６２が硬化した後、高導電性インクを用い、高導電性層１６３、二つの電極１６４、接続端子１６６および電極１６４と接続端子１６６間の配線パターン１６７を一括して印刷した状態を示す図である。断面位置は図９（Ｂ）とおなじである。高導電性インクには、銀微粒子をフィラーとし、乾燥後にパターンの電気伝導度が約２００００Ｓ／ｃｍになる導電性インクを使用した。高導電性インクは印刷、乾燥硬化後、高導電性層１６３および配線パターン１６４の膜厚が約０．０３ｍｍとなるように溶液粘度を調節した。
【００５６】
高導電性層１６３は縦幅１０ｍｍ、横幅１ｍｍの長方形パターンで、アクチュエータパターン１６２のユニットパターンを構成する２つの長方形パターンを一端で接続するように配置する。配線パターン１６７は、アクチュエータパターン１６２のユニットパターンの高導電性層１６３が接続されていない方にプリントされている電極１６４と接続端子１６６とを接続する。
【００５７】
図９（Ｄ）は、印刷された高導電性層１６３、二つの電極１６４、接続端子１６６および電極１６４と接続端子１６６間の配線パターン１６７が乾燥硬化後、アクチュエータパターン１６２の周りを基板シート１６１とともにコの字型の切断部１６８で切断して、実施例１で述べた下地層１０２、伸縮層１０１よりなるユニモルフ構造の片持ち梁とした状態を示す図である。断面位置は図９（Ｂ）とおなじである。実施例４では、巻癖（ｙ軸に平行な中心軸をもつ下に凸の形状）がある基板シート１６１を使用したから、アクチュエータパターン１６２の周りを基板シート１６１とともにコの字型に切断すると、巻癖に応じた屈曲を持つユニモルフ型アクチュエータモジュールとなる。
【００５８】
実施例４では、アクチュエータ、配線パターンおよび高導電性層の順で印刷したが、配線パターンおよび高導電性層、アクチュエータの順で印刷してもよい。また、カッティングマシンを用いて切断したが、打ち抜きにより一括して切断することも可能である。
【００５９】
このようにして、自己発熱型有機アクチュエータを用いたユニモルフ型アクチュエータをユニットとしたシート状アクチュエータマトリクスモジュール１６９を、張り合わせプロセスを使用することなく、効率よく作製することができる。
【００６０】
このシート状アクチュエータマトリクスモジュール１６９のアクチュエータユニットに電流が流れるように接続端子１６６に所定の電圧を印加すると、３つの異なった形状の１方向に屈曲したアクチュエータユニットが平面状になる方向に変形する。すなわち、どのようなアクチュエータユニット形状でも一方向に屈曲することができる。
【００６１】
ここではｙ軸に平行な中心軸をもつ下に凸の巻癖がある基板シート１６１を使用したが、その代わりに上に凸の巻癖のある基板シートを使用すると、ｙ軸に平行な中心軸をもち上に凸に屈曲したアクチュエータユニットができる。このアクチュエータユニットに電圧を印加するとさらに、屈曲が大きくなるように変形する。
【００６２】
（実施例５）
つぎに、下地絶縁膜に縞状の膜厚分布をつけたユニモルフ型アクチュエータモジュールの作製方法を、図１０を用いて説明する。
【００６３】
図１０（Ａ）−（Ｄ）は方向の異なる４つのアクチュエータユニットからなるシート状アクチュエータマトリクスモジュールの作製方法の工程を示す概念図である。図１０（Ａ）−（Ｄ）では、左側に平面（ｘｙ面）図、右側に断面（ｘｚ面）図を示す。
【００６４】
図１０（Ａ）は、平面状の基板シート１７１上に絶縁体インクを用い、下地層パターン１７２を印刷した状態を示す図である。断面図は、平面図のａ−ａ’位置で矢印方向に見たものである。ここでは、基板シート１７１は、膜厚０．０２５ｍｍのポリイミド膜を使用した。絶縁体インクには半導体プロセスのポリイミドレジストに使用されるポリイミド溶液をスクリーン印刷用に印刷、乾燥硬化後に膜厚が０．０３ｍｍ程度になるように粘度を調節したものを使用した。下地層パターン１７２は、縦幅４．５ｍｍ、横幅１ｍｍの長方形のパターンが縦横１ｍｍの間隔で２行５列に配置したパターンを１ユニットパターンとし、このユニットパターンを１列目に２行、このユニットパターンを９０度回転させたパターンを２列目に２行、計４パターンを２行２列に配置したパターンとした。
【００６５】
図１０（Ｂ）は、下地層パターン１７２が乾燥、硬化した後、アクチュエータインクを用い、アクチュエータパターン１７３を印刷した状態を示す図である。断面位置は図１０（Ａ）とおなじである。断面図の上側は全体の断面図を、下側は一点鎖線で引き出した部分に着目した拡大断面図とした。アクチュエータインクは図９のアクチュエータモジュール作製方法で述べたアクチュエータインクと同じものを使用した。アクチュエータパターン１７３は縦幅４．５ｍｍ、横幅１０ｍｍの２つの長方形を上下に１ ｍｍの間隔で平行に並べたパターンを１ユニットパターンとし、下地層パターン１７２を覆う形とした。
【００６６】
図１０（Ｃ）は、アクチュエータパターン１７３が硬化した後、高導電性インクを用い、高導電性層１７４、二つの電極１７５、接続端子１７６および配線パターン１７７を一括して印刷した状態を示す図である。断面位置は図１０（Ａ）とおなじであり、断面図は、図１０（Ｂ）と同様、全体の断面図、拡大断面図とした。高導電性インクは図９のアクチュエータモジュール作製方法で述べた高導電性インクと同じものを使用した。
【００６７】
高導電性層１７４はアクチュエータパターン１７３のユニットパターンを構成する２つの長方形パターンを一端で接続するように配置する。配線パターン１７７はアクチュエータパターン１７３のユニットパターンの高導電性層１７４が接続されていない方にプリントされている電極１７５と接続端子１７６とを接続する。
【００６８】
図１０（Ｄ）は、基板シート１７１を下地層、アクチュエータパターン１７３を伸縮層とした、２行２列のユニモルフ構造の片持ち梁となるように、アクチュエータパターンの周りを基板シート１７１とともにコの字型の切断部１７８で切断して、アクチュエータユニットを２行２列に配置したシート状アクチュエータマトリクスモジュール１７９を完成した状態を示す図である。断面位置は図１０（Ａ）とおなじであり、断面図は、図１０（Ｂ）と同様、全体の断面図、拡大断面図とした。１７８がアクチュエータパターンの周りのコの字型の切断位置を示す。その際、１行１列目のユニットパターンはコの字型、２行１列目のパターンはコの字を１８０度回転した型、１行２列目のパターンはコの字を９０度回転した型、２行２列目のパターンはコの字を２７０度回転した型になるように切断した。実施例５ではカッティングマシンを用いて切断したが、打ち抜きにより一括して切断することも可能である。
【００６９】
それぞれのアクチュエータユニットに電流が流れるように接続端子１７６より電圧を印加すると１列目のアクチュエータユニットはｙ軸に平行な中心軸をもつ上に凸に変形し、２列目のアクチュエータユニットはｘ軸に平行な中心軸をもつ上に凸になるよう変形する。その後、再び電圧をきれば元の形状にもどる。すなわち、実施例１の図４で述べたアクチュエータユニット構造にすることで、１枚のシートに様々な方向に屈曲するアクチュエータモジュールを一括して作製することができる。
【００７０】
実施例５では基板シート１７１が平面状のものとするとともに、アクチュエータインクに硬化後の収縮が無視できる２液混合硬化性のエポキシ樹脂を使用したため、パターンを片持ち梁状に切り取った際、図９（Ｄ）に示すように、片持ち梁形状のアクチュエータユニットは屈曲せず、平面状である。
【００７１】
実施例５のシート状アクチュエータマトリクスモジュール１７９は３０ボルトの駆動電圧で中心角が７０度となるように変形する。
【００７２】
実施例５では、下地絶縁膜に縞状の膜厚分布をつけるため、下地層パターン１７２は、基板シート１７１と同じ材料であったが、別な材料でもよい。たとえば、高導電性インクを用いて下地層パターンを作製すると、全体として電気抵抗が下がり、印加電圧を低く抑えることができる。その場合、下地層パターン、アクチュエータパターン、高導電性層の順で印刷していたものを、下地層パターンおよび高導電性層、アクチュエータパターンの順で印刷すれば、材料が一種類減り、かつ、工程も一工程減らすことができる。  なお、実施例５でも、アクチュエータインクに硬化後の収縮が大きくなるように、インクに溶剤をいれて濃度を下げた溶液を使用すると、パターンを片持ち梁状に切り取った際、下に凸になるように屈曲する。この下に凸に屈曲した構造のアクチュエータユニットに電圧を印加すると、アクチュエータユニットは、平面状になる方向に変形する。
【００７３】
さらに、図１０に示す構造では、アクチュエータパターン１７３は、図６（Ａ）で説明したのと同様の２つの長方形を平行に並べた形状であったが、図３で説明したコの字型のアクチュエータパターンと同様に、図１１に示すものとしても問題なく動作する。
【００７４】
（実施例６）
つぎに、伸縮層に縞状の膜厚分布をつけたシート状アクチュエータマトリクスモジュールの作製法について図１２を用いて説明する。
【００７５】
図１２（Ａ）−（Ｄ）は１枚のシート上に実施例１の図３で述べたアクチュエータユニットを２行２列に配置したパターンのシート状アクチュエータマトリクスモジュールの作製方法の工程を示す概念図である。図１２（Ａ）−（Ｄ）では、左側に平面（ｘｙ面）図、右側に断面（ｘｚ面）図を示す。
【００７６】
図１２（Ａ）は、基板となる基板シート１８１上にアクチュエータインクを用い、アクチュエータパターン１８２を印刷した状態を示す図である。断面図は、平面図のａ−ａ’位置で矢印方向に見たものである。ここでは、基板シート１８１は、膜厚０．０２５ｍｍのポリイミド膜を使用した。アクチュエータインクは図９のアクチュエータモジュール作製方法で述べたアクチュエータインクと同じものを使用した。
【００７７】
アクチュエータパターン１８２は縦幅４．５ｍｍ、横幅１０ｍｍの２つの長方形を上下に１ｍｍの間隔で平行に並べたパターンを１ユニットパターンとし、このユニットパターンを１列目に２行、このユニットパターンを９０度回転させたパターンを２列目に２行、計４パターンを２行２列に配置したパターンとした。
【００７８】
図１２（Ｂ）は、アクチュエータパターン１８２が硬化した後、同じアクチュエータインクを用い、アクチュエータパターン１８２に重なるようにアクチュエータパターン１８３を印刷した状態を示す図である。断面位置は図１２（Ａ）とおなじである。断面図の上側は全体の断面図を、下側は一点鎖線で引き出した部分に着目した拡大断面図とした。アクチュエータパターン１８３は、縦幅４．５ｍｍ、横幅１ｍｍの長方形のパターンが縦横１ｍｍの間隔で２行５列に配置したパターンを１ユニットパターンとし、このユニットパターンを１列目に２行、このユニットパターンを９０度回転させたパターンを２列目に２行、計４パターンをアクチュエータパターン１８２に重なるように２行２列に配置したパターンとした。
【００７９】
図１２（Ｃ）は、アクチュエータパターン１８３が硬化した後、高導電性インクを用い、高導電性層１８４、二つの電極１８５、接続端子１８６および配線パターン１８７を一括して印刷した状態を示す図である。断面位置は図１２（Ａ）とおなじであり、断面図は、図１２（Ｂ）と同様、全体の断面図、拡大断面図とした。高導電性インクは図９のアクチュエータモジュール作製方法で述べた高導電性インクと同じものを使用した。
【００８０】
高導電性層１８４はアクチュエータパターン１８３のユニットパターンを構成する２つの長方形パターンを一端で接続するように配置する。配線パターン１８７はアクチュエータパターン１８３のユニットパターンの高導電性層１８４が接続されていない方にプリントされている電極１８５と接続端子１８６とを接続する。
【００８１】
図１２（Ｄ）は、基板シート１８１を下地層、アクチュエータパターン１８２および１８３を伸縮層とした２行２列のユニモルフ構造の片持ち梁となるように、アクチュエータパターンの周りを基板シート１８１とともにコの字型の切断部１８８で切断して、アクチュエータユニットを２行２列に配置したシート状アクチュエータマトリクスモジュール１８９を完成した状態を示す図である。断面位置は図１２（Ａ）とおなじであり、断面図は、図１２（Ｂ）と同様、全体の断面図、拡大断面図とした。その際、１行１列目のユニットパターンはコの字型、２行１列目のパターンはコの字を１８０度回転した型、１行２列目のパターンはコの字を９０度回転した型、２行２列目のパターンはコの字を２７０度回転した型になるように切断した。実施例６ではカッティングマシンを用いて切断したが、打ち抜きにより一括して切断することも可能である。
【００８２】
それぞれのアクチュエータユニットに電流が流れるように接続端子１８６より電圧を印加すると１列目のアクチュエータユニットはｙ軸に平行な中心軸をもつ上に凸になるように、２列目のアクチュエータユニットはｘ軸に平行な中心軸をもつ上に凸になるように変形する。その後、再び電圧をきれば元の形状にもどる。すなわち、実施例１の図３で述べたアクチュエータユニット構造にすることで、１枚のシートに様々な方向に屈曲するアクチュエータモジュールを一括して作製することができる。
【００８３】
実施例６では、基板シート１８１が平面状のものとするとともに、アクチュエータインクに硬化後の収縮が無視できる２液混合硬化性のエポキシ樹脂を使用したため、パターンを片持ち梁状に切り取った際、図９（Ｄ）に示すように、片持ち梁形状のアクチュエータユニットは屈曲せず、平面状である。
【００８４】
実施例６のシート状アクチュエータマトリクスモジュール１８９は２５ボルトの駆動電圧で中心角が７０度となるように変形する。
【００８５】
なお、実施例６でも、アクチュエータインクに硬化後の収縮が大きくなるように、インクに溶剤をいれて濃度を下げた溶液を使用すると、パターンを片持ち梁状に切り取った際、下に凸になるように屈曲する。この下に凸に屈曲した構造のアクチュエータユニットに電圧を印加すると、アクチュエータユニットは、平面状になる方向に変形する。
【００８６】
さらに、図１２に示す構造では、アクチュエータパターン１８２は、図６（Ａ）で説明したのと同様の２つの長方形を平行に並べた形状であったが、図３で説明したコの字型のアクチュエータパターンと同様に、図１１に示すものとしても問題なく動作する。
【００８７】
実施例６では、伸縮層に縞状の膜厚分布をつけるため、アクチュエータパターン１８３はアクチュエータインクで作製したが、実施例５で述べたのと同様に、高導電性インクを用いてアクチュエータパターン１８３を作製して図１２Ｃのプロセスで作製することもできる。このようにすると、全体として電気抵抗が下がり、印加電圧を低く抑えることができる。  実施例６では、アクチュエータ、配線パターンおよび高導電性層の順で印刷したが、配線パターンおよび高導電性層、アクチュエータの順で印刷してもよい。
【００８８】
（実施例７）
次に、シート状アクチュエータマトリクスモジュールの別の作製法について図１３を用いて説明する。図１２を使って説明したシート状アクチュエータマトリクスモジュールは印刷後、基板シート１８１をカットすることで基板シート１８１を下地層としたユニモルフ構造を作製したが、ここでは基板シート１８１をカットすることなくシート状アクチュエータマトリクスモジュールを作製する方法について説明する。
【００８９】
図１３（Ａ）−（Ｆ）は１枚のシート上に実施例１の図３で述べたアクチュエータユニットを配置したパターンのアクチュエータマトリクスモジュールの作製方法の工程を示す概念図である。図１３（Ａ）−（Ｆ）では、左側に平面（ｘｙ面）図、右側に断面（ｘｚ面）図を示す。
【００９０】
図１３（Ａ）は、基板となる基板シート１９１上に水溶性インクを用い、犠牲層パターン１９２を印刷した状態を示す図である。断面図は、平面図のａ−ａ’位置で矢印方向に見たものである。ここでは、基板シート１９１は、膜厚０．０２５ｍｍのポリイミド膜を使用した。水溶性インクにはポリビニルアルコールなどの水溶性高分子の水溶液を使用した。犠牲層パターン１９２は１辺が１１ｍｍの正方形とした。
【００９１】
図１３（Ｂ）は、犠牲層パターン１９２が乾燥した後、絶縁体インクを用い、コの字型の下地層パターン１９３を印刷した状態を示す図である。断面位置は図１３（Ａ）とおなじである。絶縁体インクには半導体プロセスのポリイミドレジストに使用されるポリイミド溶液をスクリーン印刷用に粘度を調節したものを使用した。下地層パターン１９３は外形が１０ｍｍ四方のコの字型で左端の中央から幅１ｍｍ長さ９ｍｍの空間がある形状で、犠牲層パターン１９２とは上下方向の中心が一致し、左右方向は左端が下地層パターン１９３の方が１ｍｍ左になるように配置した。
【００９２】
図１３（Ｃ）は、下地層パターン１９３が乾燥した後、硬化後に収縮率が大きなアクチュエータインクを用い、アクチュエータパターン１９４を印刷した状態を示す図である。断面位置は図１３（Ａ）とおなじである。アクチュエータパターン１９４は縦幅４．５ｍｍ、横幅１０ｍｍの２つの長方形を上下に１ｍｍの間隔で平行に並べたパターンで、下地層パターン１９３と重なるように配置した。
【００９３】
図１３（Ｄ）は、アクチュエータパターン１９４が硬化した後、アクチュエータインクを用い、アクチュエータパターン１９５をアクチュエータパターン１９４に重なるように印刷した状態を示す図である。断面位置は図１３（Ａ）とおなじである。アクチュエータパターン１９５は、縦幅４．５ｍｍ、横幅１ｍｍの長方形のパターンが縦横１ｍｍの間隔で２行５列に配置したパターンで、アクチュエータパターン１９４と重なるように配置した。
【００９４】
図１３（Ｅ）は、アクチュエータパターン１９５が硬化した後、高導電性インクを用い、高導電性層１９６、電極１９７、配線パターン１９８、接続端子１９９を一括して印刷した状態を示す図である。断面位置は図１３（Ａ）とおなじである。高導電性層１９６は縦幅４．５ｍｍ、横幅１ｍｍの長方形パターンで、アクチュエータパターン１９４を構成する２つの長方形パターンを一端で接続するように配置する。配線パターン１９８は、アクチュエータパターン１９４の高導電性層１９６が接続されていない方にプリントされている電極１９７と接続端子１９９とを接続する。
【００９５】
図１３（Ｆ）は、その後、パターンが印刷された基板シート１９１を水に浸漬することにより、犠牲層パターン１９２を水で溶解し、一端が基板シート１９１に固定された絶縁膜パターン１９３、アクチュエータパターン１９４、１９５、高導電性層１９６からなるユニモルフ構造、片持ち梁型のアクチュエータが完成した状態を示す図である。断面位置は図１３（Ａ）とおなじである。
【００９６】
実施例７ではアクチュエータインクに２液混合硬化型のエポキシ樹脂溶液の炭素微粒子混合溶液を使用したが、フッ素系炭化水素高分子や、ポリエステルなど他の高分子有機溶媒で溶解した溶液に炭素微粒子や銀微粒子など導電性微粒子を混合した溶液も使用することができる。また、実施例７では、犠牲層パターンを作成するのに水溶性高分子の水溶液を用い最後に水で溶解したが、硬化後の絶縁膜パターン、アクチュエータパターンや電極および配線パターンに影響がなければ、水溶性の高分子ではなくたとえばポリメチルメタクリレート樹脂を犠牲層とし、最後にアセトンなど有機溶媒で溶解してもよい。さらに、実施例７ではスクリーン印刷法を用いて印刷したが、オフセット印刷やインクジェット印刷など他の印刷方法を用いても行うことができる。
【００９７】
以上、実施例７で述べた作製方法を用いれば、電極パターンも含め生産効率が良く作製でき、アクチュエータモジュール間の性能のばらつが小さいものができる。
【００９８】
（実施例８）
実施例８では、実施例１で説明した屈曲型アクチュエータモジュールの応用形態として、紙などの軽量物を搬送するシート状搬送素子について、図１４を用いて説明する。
【００９９】
図１４は、図７（Ａ）で説明した両側に高導電性層を持つ屈曲型アクチュエータモジュールを複数個利用した、シート状搬送素子とそれを動作させるためのシステム表す概念図である。ここでは、図７（Ａ）に示すモジュールとしたが、図７（Ｃ）に示す高導電性層を下地層側に設けたものとしてもよいことはいうまでも無い。
【０１００】
図１４は真上から見たシート状搬送素子とその制御回路を含めた搬送システムの概略図である。搬送システムはシート状搬送素子２００、信号切替え装置２０１および電力制御装置２０２から構成される。シート状搬送素子２００は、下地層２０３、屈曲型アクチュエータモジュール１６０、配線パターン２０５、電圧入力端子２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄで構成され、下地層２０３上に、同じ大きさにそろえた、実施例１で説明した、両側に高導電性層を持つ屈曲型アクチュエータモジュール１６０が４×４のマトリクス状に配置されている。屈曲型アクチュエータモジュール１６０は列ごとに電極の取り付け方向が同じ方向になり、かつ隣り合う列同士は列に対して電極の取り付け方向が反転するよう配置されている。屈曲型アクチュエータモジュール１６０の両側の高導電性層は、下地層２０３上に描かれた配線パターン２０５と接合されている。屈曲型アクチュエータモジュール１６０は、配線パターン２０５により、列ごとに、電気的に並列に接続される。
【０１０１】
屈曲型アクチュエータモジュール１６０の一方の端子は列ごとに、電圧入力端子２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄに接続され、他方の端子は共通のグラウンドＧＮＤに接続される。電圧入力端子２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄはそれぞれスイッチ２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄからなる信号切替え装置２０１を通し電力制御装置２０２につながっている。
【０１０２】
図１５は、図７（Ａ）で説明した両側に高導電性層を持つ屈曲型アクチュエータモジュールを複数個利用した、シート状搬送素子とそれを動作させるための他のシステムを表す概念図である。ここでは、図７（Ａ）に示すモジュールとしたが、図７（Ｃ）に示す高導電性層を下地層側に設けたものとしてもよいことはいうまでも無い。
【０１０３】
図１５に示す構成は、図１４に示す構成がアクチュエータモジュールを列ごとに並列に接続した構造であるのに対して、列ごとに直列に接続した点が異なるのみで、他は同じである。この場合、アクチュエータ列の電気抵抗が高くなるため、駆動電圧が高くなる、および、一つのアクチュエータモジュールが壊れると、その列はすべて動作しなくなる、といった欠点はあるが、配線パターンが単純になる利点がある。
【０１０４】
このようなシート状搬送素子２００は、実施例６および７で説明した、印刷による作製方法を用いると、アクチュエータ部だけでなく高導電膜部と配線パターンも同時に容易に作製することができる。
【０１０５】
図１６（Ａ）−（Ｅ）は、図１４、図１５に示した構成によって物品を搬送する方法について説明する図である。搬送される物品の移動を分かりやすく表示するために、物品の右端に一点鎖線を表示した。図１４、図１５に示した構成では、アクチュエータモジュール１６０が屈曲する際、図中のｙ軸に平行な中心軸を持つように屈曲するため、ｘ方向に物品を搬送することになる。なお、図１６（Ａ）−（Ｅ）では、図を簡略化するために、下地層２０３がグラウンドＧＮＤに接続されているように表示した。
【０１０６】
図１６（Ａ）は下地層２０３上に配置されたアクチュエータ列２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄのいずれも、スイッチ２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄがオフとされて、通電していない状態を示す図である。これら複数のアクチュエータ列の上に被搬送物２０９が乗っている。
【０１０７】
図１６（Ｂ）はアクチュエータ列２０８ｂとアクチュエータ列２０８ｄに通電した状態を示す図である。通電されたアクチュエータは屈曲し、搬送物２０９はアクチュエータ列２０８ｂおよびアクチュエータ列２０８ｄによって持ち上げられる。このとき、搬送物２０９はｚ方向とｘ方向に移動する。
【０１０８】
図１６（Ｃ）は、図１６（Ｂ）の状態から、他のアクチュエータ列、すなわちアクチュエータ列２０８ａおよびアクチュエータ列２０８ｃにも通電し、アクチュエータ列２０８ｂおよびアクチュエータ列２０８ｄと同様の屈曲をさせた状態を示す図である。このとき、搬送物２０９はアクチュエータ列２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄのすべてで持ち上げられることになるが、図１６（Ｂ）の状態からの物体の移動は無い。
【０１０９】
図１６（Ｄ）は、その後、アクチュエータ列２０８ｂおよびアクチュエータ列２０８ｄの通電を遮断して、搬送物２０９をアクチュエータ列２０８ａおよびアクチュエータ列２０８ｃによって支えている状態を示す図である。この状態でも、図１６（Ｂ）の状態からの物体の移動は無い。
【０１１０】
図１６（Ｅ）は、その後、アクチュエータ列２０８ａおよびアクチュエータ列２０８ｃへの通電を遮断した状態を示す図である。アクチュエータ列２０８ａおよびアクチュエータ列２０８ｃへの通電が遮断された結果、アクチュエータ列２０８ａおよびアクチュエータ列２０８ｃは元の状態に戻り、搬送物２０９は−ｚ方向とｘ方向へ移動する。ｘ方向への移動はＬである。
【０１１１】
このように、実施例８の搬送システムを使用すれば、図１６（Ａ）−（Ｅ）に示す過程で搬送物２０９をｘ方向へと搬送させることができる。
【０１１２】
図１７は、図１５で示したシート状搬送素子２００にｙ方向に搬送する素子を加えて、ｘおよびｙ方向に搬送できるシート状搬送素子２１０を示した概念図である。図１４に示したシート状搬送素子２００にある複数のアクチュエータモジュール１６０のうち、半数の向きを９０度回転したものである。図１７において３００ａ，３００ｂ，３００ｃで示すアクチュエータ列がｙ方向に搬送するためのものであり、３０１ａ，３０１ｂで示すアクチュエータ列がｘ方向に搬送するためのものである。
【０１１３】
配線パターンについての説明は省略するが、アクチュエータ列３００ａについてみると、アクチュエータ３００ａ１，３００ａ２が、電圧入力端子３１０ａ，３１０ｂに加えられる電圧が交互に切り替えられることにより、交互に屈曲する。アクチュエータ列３００ｂ，３００ｃについても、電圧入力端子３１０ａ，３１０ｂに加えられる電圧が交互に切り替えられることにより、列内のアクチュエータ（参照符号は省略した）が交互に屈曲する。アクチュエータ列３００ａ，３００ｂ，３００ｃの列内のアクチュエータが交互に屈曲してｙ方向に搬送する。アクチュエータ列３０１ａ，３０１ｂは、図１６で説明したように屈曲するが、図１７では、アクチュエータ列３０１ａ，３０１ｂの各列の中でも、電圧入力端子３２０ａ，３２０ｂに加えられる電圧が交互に切り替えられることにより、交互に屈曲するものとされている。全体としてｘ方向に搬送する点では変わらない。
【０１１４】
図１７に示す構造によれば、下地層２０３面上のいずれの方向にも物体を自由に搬送することが可能となる。
【０１１５】
実施例８では、搬送のためのｘ方向あるいはｙ方向の変位を大きくとるために、アクチュエータを長くした。そのため、アクチュエータが長くても低電圧で駆動できるアクチュエータモジュール１６０を用いたが、ほかの形態のアクチュエータモジュールを用いてもよい。
【０１１６】
本発明の屈曲型アクチュエータモジュールは軽量で小型化が可能なため、占有面積が小さく軽量なシート状搬送素子を容易に作製することができる。
【０１１７】
（実施例９）
実施例９では、実施例１で説明した屈曲型アクチュエータモジュールを用いた応用例として、ロボットハンドシステムについて、図１８および図１９を参照して説明する。
【０１１８】
図１８（Ａ），（Ｂ）は人間の手を模した表示システム等に使用可能なロボットハンドシステムを示している。図１８（Ａ）は、ロボットハンドの指の部分をなすシート状アクチュエータモジュール２２０を示す概念図、図１８（Ｂ）は人間の指と似た動きのできるロボットハンドシステム２２１の概念図である。
【０１１９】
図１８（Ａ）において、シート状アクチュエータモジュール２２０は、下地層２２２、下地層２２２上に作製された伸縮層２２３ａ、２２３ｂ、・・・、および配線２２４ａ、２２４ｂ、・・・、高導電性層２２６ａ、２２６ｂ、・・・、からなる。ロボットハンドの指に相当するアクチュエータモジュール部分は図３（Ａ）で説明した構造とした。すなわち、伸縮層２２３ａ、２２３ｂ、・・・はコの字型の形状で、膜厚には凹凸をつけてあり、先端に高導電性層２２６ａ、２２６ｂ、・・・が接合してある。配線２２４ａ、２２４ｂ、・・・はそれぞれ伸縮層と一部重なるように作製されており、伸縮層に電力を供給できるようになっている。
【０１２０】
ここでは、実施例４で説明したとおり、下地層２２２上にアクチュエータを２重に印刷して凹凸の違いをつけ、金属インクを用いて配線および高導電性層を印刷した。すべての印刷後、下地層をアクチュエータの形状に沿って手の形状に切断し、シート状アクチュエータモジュール２２０を作製した。
【０１２１】
図１８（Ｂ）において、ロボットハンドシステム２２１は、シート状アクチュエータモジュール２２０と、それを保持するロボットハンドの手の甲に相当する樹脂板２２７、アクチュエータモジュールに電力を供給するケーブル２２８、アクチュエータモジュールとケーブルを接続するコネクタ２２９、中央処理ユニット（ＣＰＵ）などの制御指令装置２３０と、この制御指令装置に接続された駆動信号生成装置２３１とを備えている。
【０１２２】
シート状アクチュエータモジュール２２０は、指に相当する部分が樹脂板２２７より外側にくるよう樹脂板２２７に固定され、指となるアクチュエータ部分は自由に動くことができる。樹脂板２２７の下部には、電力供給ケーブル２２８に接続されたコネクタ２２９が設置されており、アクチュエータモジュールの配線２２４ａ、２２４ｂ、・・・と電力ケーブル２２８とを接続している。駆動信号生成装置２３１は、制御指令装置２３０の指令によって制御され、必要な伸縮層に電圧を印加する。これにより、５本の指をそれぞれ曲げ伸ばしすることのできるロボットハンドを容易に実現できる。
【０１２３】
図１９（Ａ）−（Ｃ）は、物体を掴み、運ぶ等の動作をするロボットハンドシステムを説明する図である。図１９（Ａ）は、ロボットハンドに用いられるシート状アクチュエータモジュール２４０の概念を示す平面図、図１９（Ｂ）はロボットハンドシステム２４１の概念図、図１９（Ｃ）は、図１９（Ａ）に示すロボットハンドに用いられるシート状アクチュエータモジュール端部に爪（保護カバー）を設けた断面図である。
【０１２４】
図１９（Ａ）において、シート状アクチュエータモジュール２４０は、下地層２４２、下地層２４２上に作製された伸縮層２４３ａ、２４３ｂ、・・・、高導電性層２４６ａ、２４６ｂ、・・・、からなる。伸縮層２４３ａ、２４３ｂ、・・・は図３で説明した構造とした。すなわち、コの字型の形状で、膜厚には凹凸をつけてあり、先端に高導電性層２４６ａ、２４６ｂ、・・・が接合してある。２５２は開口で、シート状アクチュエータモジュール２４０に樹脂板２４７を結合させ保持し、アクチュエータモジュール２４０と樹脂板２４７上に作製された電極とを接合させるために使用される。ここでは、実施例４で説明したとおり、下地層２４２上にアクチュエータを２重に印刷して凹凸の違いをつけ、金属インクを用いて配線および高導電性層を印刷した。すべての印刷後、下地層をアクチュエータの形状に沿って十字型に切断し、シート状アクチュエータモジュール２４０を作製した。なお、図には、伸縮層の入力電極が明確に表現されていないが、開口２５２に近い位置に入力電極を備えて、後述するように、電力ケーブル２４８と接続できるようになされる。
【０１２５】
図１９（Ｂ）において、ロボットハンドシステム２４１は、シート状アクチュエータモジュール２４０と、それを保持する樹脂板２４７、アクチュエータモジュールに電力を供給するケーブル２４８、アクチュエータモジュールとケーブルを接続するコネクタ２４９、中央処理ユニット（ＣＰＵ）などの制御指令装置２５０と、この制御指令装置に接続された駆動信号生成装置２５１とを備えている。樹脂板２４７には、電極が作製されており、シート状アクチュエータモジュールと樹脂板２４７上に作製されたコネクタ２４９とを接続できるようになっている。コネクタ２４９は、電力供給ケーブル２４８に接続され、アクチュエータモジュールの伸縮層２４３ａ、２４３ｂ、・・・と電力ケーブル２４８とを接続している。駆動信号生成装置２５１は、制御指令装置２５０の指令によって制御され、必要な伸縮層に電圧を印加する。これにより、４本のアクチュエータをそれぞれ独立に曲げたり伸ばしたりでき、物体を掴むことのできるロボットハンドを容易に実現できる。
【０１２６】
図１９（Ｃ）は、図１９（Ａ）のａ−ａ’位置において矢印方向に見た断面に対応する断面図であり、爪２５３がシート状アクチュエータモジュール２４０のシート状アクチュエータ各片の先端部に設けられている。これは、図１９（Ｂ）のように屈曲させて物体を掴んだときのシート状アクチュエータ各片の先端部の保護のためである。爪２５３は、例えば、液状シリコンを型枠に入れておき、これに先端部を挿入して固化させればよい。
【０１２７】
図１９（Ａ）のロボットハンドの指の長さを２．５ｃｍ、伸縮層を膜厚０．１ｍｍの炭素微粒子とエポキシ樹脂のコンポジット材料、下地絶縁膜を膜厚０．０５ｍｍのポリイミドとした場合、３０Ｖの駆動電圧で重量約１０ｇ以上の物質を掴み、持ち上げる事ができた。
【０１２８】
ここで、シート状アクチュエータ屈曲させて物体を掴む操作及び掴んだときの掴む力について検討する。（この掴む力についての説明は正しいか、より技術的な説明ができないかご検討ください）
先にも述べたように、下地層に曲げ癖のあるものを使用したとき、あるいは図１３にあるように、硬化後に収縮率が大きなアクチュエータインクを使用したときは、伸縮層に電流を流さない状態で屈曲状態となり、下地層が平面状態かつ硬化後の収縮が無視できるアクチュエータインクを使用すれば、伸縮層に電流を流すときに屈曲状態となる。したがって、シート状アクチュエータモジュール２４０の下地層に曲げ癖のあるものを使用あるいは硬化後の収縮率が大きいアクチュエータインクを使用すれば、物体を掴む操作の最初の段階で伸縮層に電流を流して、アームを広げておき、物体をつかんだ状態では伸縮層の電流を遮断してよいことになる。一方、シート状アクチュエータモジュール２４０の下地層に平面状態のものを使用し硬化後の収縮が無視できるアクチュエータインクを使用すれば、物体を掴む操作の最初から物体をつかんだ状態まで伸縮層に電流を流して、アームを屈曲させる必要がある。
【０１２９】
物体を掴む力の大きさについてみると、いずれの場合においても、屈曲形状をしたアクチュエータがリングバネとして働き、このバネの力で物体を掴むということになる。バネの力は、バネの変形の大きさに比例し、その比例定数はバネ定数と呼ばれる。バネ定数は、バネの形状が同じであれば、バネを構成する物質の弾性係数に依存する。すなわち、物質の弾性係数が大きいほどばねは強くなる。アクチュエータに用いているコンポジット材料の弾性係数は、温度が高いほど低くなる傾向がある。したがって、シート状アクチュエータモジュール２４０の下地層に曲げ癖のあるものを使用あるいは硬化後の収縮率が大きいアクチュエータインクを使用し、物体をつかんだ状態では伸縮層の電流を遮断するとすれば、温度の低い状態すなわちバネの強い状態で掴んでいる、と言うことになる。一方、シート状アクチュエータモジュール２４０の下地層に平面状態のものを使用し硬化後の収縮が無視できるアクチュエータインクを使用した場合、物体をつかんだ状態で伸縮層に電流を流しているとすれば、温度の高い状態すなわちバネの弱い状態で掴んでいる、と言うことになる。
【０１３０】
二つの観点から、結局、伸縮層に電流を流さない状態で屈曲状態となる構成を採用するほうがエネルギーの消費が少ない、物体を掴むバネの力が強いと言う点で有利である。
【０１３１】
図１９では４本のアクチュエータを備えた例を示したが、３本あるいは５本以上でもよい。
【０１３２】
（実施例１０）
実施例１０では、実施例１で説明した屈曲型アクチュエータモジュールを用いた応用例として、触覚ディスプレイや凹凸表示ピンディスプレイなどに利用可能なピンマトリクスについて、図２０（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。図２０（Ａ）はピンマトリクスを駆動するシート状アクチュエータマトリクスモジュール２６０を示す概念図、図２０（Ｂ）はシート状アクチュエータマトリクスモジュール２６０を用いたピンマトリクス２６１の動作の様子を横から見た概念図である。
【０１３３】
図２０（Ａ）において、シート状アクチュエータマトリクスモジュール２６０は、下地層２６２、下地層２６２上に作製された伸縮層２６３、および配線２６４、高導電性層２６６からなる。各アクチュエータユニット２６５は図３で説明した構造とした。すなわち、伸縮層２６３はコの字型の形状で、膜厚には凹凸をつけてあり、先端に高導電性層２６６が接合してある。このアクチュエータユニット２６５が４×４の単純マトリクスをなすよう配置されている。配線は、各列、各行ごとに接続され、それぞれ４つの電極２６７にまとめられている。そして各行の電極はスキャン回路２７０、各列の電極はデータ回路２７１に入力される。スキャン回路２７０は電源２７３につながり、データ回路２７１はグランドにつながり、それぞれ制御装置２７２により制御される。
【０１３４】
各アクチュエータユニット２６５の動きはダイナミック駆動方式で制御する。つまり、スキャン回路２７０により、初めの行をアクティブにするのと同時に、その行の動かしたいアクチュエータユニット２６５の列のデータをデータ回路２７１でアクティブにする。すると、初めの行の任意の列のアクチュエータユニット２６５に電圧が供給され屈曲動作する。次に、次の行をアクティブにして同様にデータを設定する。ここで使用するアクチュエータユニット２６５の応答性は１００Ｈｚ以下のため、これを高速で繰り返すことにより連続して、任意のアクチュエータユニットを動作させることができる。
【０１３５】
実施例４で説明したとおり、伸縮層、配線および高導電性層は印刷で作製し、アクチュエータ形状に沿って下地層から切断し、シート状アクチュエータマトリクスモジュール２６０を作製した。
【０１３６】
図２０（Ｂ）において、シート状アクチュエータマトリクスモジュール２６０を、伸縮層側を下側にして基板２７４に固定する。このとき、アクチュエータモジュール部分は固定しないで可動となるようにする。この上に間隔をあけてピン基板２７５を重ねる。ピン基板２７５には４×４の貫通孔２７６があいており、それぞれにピン２７７が貫通している。ピン２７７の下部はアクチュエータユニット２６５の先端に接合されており、アクチュエータユニットが屈曲するとピンが押し上げられるようになっている。ピン２７７の下部とピン基板２７５との間には、弱いばね２７８が設けられていて、ピン２７７の無用な振動を防止する。
【０１３７】
図２０Ａの下地層として膜厚０．０５ｍｍのポリイミド膜、伸縮層として膜厚０．１ｍｍの炭素微粒子とエポキシ樹脂のコンポジット材料を用い、アクチュエータユニットの大きさを１ｃｍ四方として作製したところ、１０Ｖの駆動電圧で各ピンを２ｍｍが押し上げることができた。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】（Ａ）は、ｘ方向に長い長方形のユニモルフ構造のアクチュエータを示す概念図、（Ｂ）は、（Ａ）のアクチュエータの望ましい屈曲形状を示す概念図、（Ｃ）は、（Ａ）のアクチュエータの屈曲しやすい形状を示す概念図である。
【図２】（Ａ）は、従来の屈曲型アクチュエータモジュールを示す概念図、（Ｂ）は、（Ａ）の従来のアクチュエータモジュールに電圧を印加した状態を示す概念図、（Ｃ）は、（Ａ）の従来のアクチュエータモジュールに電圧を印加した別な状態を示す概念図である。
【図３】（Ａ）は、伸縮層に膜厚の凹凸を設けた、本発明のアクチュエータモジュールに、電圧を印加する前の状態を示す概念図、（Ｂ）は、（Ａ）のアクチュエータモジュールに電圧を印加した状態を示す概念図、（Ｃ）は、（Ａ）のアクチュエータモジュールの下地層の伸縮層が設けられた面の反対の面に負の熱膨張率の材料による伸縮層を設けた構造を示した概略図である。
【図４】下地層に膜厚の凹凸を設けた、本発明のアクチュエータモジュールを示す概念図である。
【図５】図３のアクチュエータモジュールの伸縮層側を樹脂でコートして、３層構造としたアクチュエータモジュールを示す概念図である。
【図６】（Ａ）は、図３のアクチュエータモジュールの別な形態を示す概念図、（Ｂ）は、図３のアクチュエータモジュールの、さらに、別な形態を示す概念図である。
【図７】（Ａ）は、伸縮層の両端に、高導電性層を設けた、本発明の別なアクチュエータモジュールを示す概念図、（Ｂ）は、（Ａ）のアクチュエータモジュールに電圧を印加した状態を示す概念図、（Ｃ）は伸縮層の両端に設ける高導電性層を下地層側に設けた、本発明の別なアクチュエータモジュールを示す概念図である。
【図８】図７のアクチュエータモジュールの一部に開口を設けた、本発明の別なアクチュエータモジュールを示す概念図である。
【図９】（Ａ）は巻癖のある基板シートの平面図および断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の基板シート上にアクチュエータパターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｃ）は、（Ｂ）の基板シート上に高導電性層および配線パターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｄ）は、（Ｃ）の基板シート上のアクチュエータパターン周囲を切断した様子を示す平面図および断面図である。
【図１０】（Ａ）は平面状の基板シート上に下地層パターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の基板シート上にアクチュエータパターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｃ）は、（Ｂ）の基板シート上に高導電性層および配線パターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｄ）は、（Ｃ）の基板シート上のアクチュエータパターン周囲を切断した様子を示す平面図および断面図である。
【図１１】コの字形状のアクチュエータパターンの向きを変えて配列した例を示す平面図である。
【図１２】（Ａ）は平面状の基板シート上にアクチュエータパターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の基板シート上にアクチュエータパターンを重ねて印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｃ）は、（Ｂ）の基板シート上に高導電性層および配線パターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｄ）は、（Ｃ）の基板シート上のアクチュエータパターン周囲を切断した様子を示す平面図および断面図である。
【図１３】（Ａ）は平面状の基板シート上に犠牲層パターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の基板シート上に下地層パターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｃ）は、（Ｂ）の基板シート上にアクチュエータパターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｄ）は、（Ｃ）の基板シート上にアクチュエータパターンを重ねて印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｅ）は、（Ｄ）の基板シート上に高導電性層および配線パターンを印刷した様子を示す平面図および断面図、（Ｆ）は、（Ｅ）の基板シート上の犠牲層を溶解、除去した様子を示す平面図および断面図である。
【図１４】図７（Ａ）のアクチュエータモジュールをマトリクス状に配置し、列ごと並列に接続したシート状搬送素子とそのシステムを上部から見た概念図である。
【図１５】図７（Ａ）のアクチュエータモジュールをマトリクス状に配置し、列ごと直列に接続したシート状搬送素子とそのシステムを上部から見た概念図である。
【図１６】（Ａ）は、図１４のシート状搬送素子上の屈曲型アクチュエータモジュールのいずれにも通電していない状態を横から見た概念図、（Ｂ）は、図１４のシート状搬送素子上の屈曲型アクチュエータモジュールの一部に通電した状態を横から見た概念図、（Ｃ）は、図１４のシート状搬送素子上の屈曲型アクチュエータモジュールのすべてに通電した状態を横から見た概念図、（Ｄ）は、図１４のシート状搬送素子上の屈曲型アクチュエータモジュールの、（Ｂ）で通電したのとは別の一部に通電した状態を横から見た概念図、（Ｅ）は、図１４のシート状搬送素子上の屈曲型アクチュエータモジュールのすべての通電を遮断した直後の状態を横から見た概念図である。
【図１７】図１４に示したシート状搬送素子のアクチュエータモジュールの配置を変えて２方向に搬送できるようにしたシート状搬送素子を上部から見た概念図である。
【図１８】（Ａ）は、図３のアクチュエータモジュールを複数利用したロボットハンド用シート状アクチュエータモジュールを正面から見た概念図、（Ｂ）は、（Ａ）のシート状アクチュエータモジュールを利用したロボットハンドシステムを示す概念図である。
【図１９】（Ａ）は、図３のアクチュエータモジュールを複数利用したほかのロボットハンド用シート状アクチュエータモジュールを正面から見た概念図、（Ｂ）は１９Ａのシート状アクチュエータモジュールを利用したロボットハンドシステムを示す概念図、（Ｃ）は、（Ａ）のロボットハンド用シート状アクチュエータモジュールの各アクチュエータ端部に爪を設けた場合の断面を示す概念図である。
【図２０】（Ａ）は、図３のアクチュエータモジュールを複数利用したピンマトリクス用のシート状アクチュエータマトリクスモジュールを示す概念図、（Ｂ）は、（Ａ）のシート状アクチュエータマトリクスモジュールを利用したピンマトリクスの概念を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１…伸縮層、２…下地層、１０…アクチュエータ、１００…アクチュエータモジュール、１０１，１０１’…伸縮層、１０２…下地層、１０３，１０４…電極、１０６…電源、１１０…アクチュエータモジュール、１１５，１１５ａ，１１５ｂ…多層膜、１１６，１１６ａ，１１６ｂ…高導電性層、１１７…伸縮層、１２０…アクチュエータモジュール、１３０…アクチュエータモジュール、１３７…樹脂層、１４０…アクチュエータモジュール、１５９ａ，１５９ｂ，１５９ｃ…開口、１６０…アクチュエータモジュール、１６１…基板シート、１６２…アクチュエータパターン、１６３…高導電性層、１６４…電極、１６６…接続端子、１６７…配線パターン、１６８…コの字型の切断部、１６９…アクチュエータマトリクスモジュール、１７１…基板シート、１７２…下地層パターン、１７３…アクチュエータパターン、１７４…高導電性層、１７５…電極、１７６…接続端子、１７７…配線パターン、１７８…コの字型の切断部、１７９…シート状アクチュエータマトリクスモジュール、１８１…基板シート、１８２，１８３…アクチュエータパターン、１８４…高導電性層、１８５…電極、１８６…接続端子、１８７…配線パターン、１８８…コの字型の切断部、１８９…シート状アクチュエータマトリクスモジュール、１９１…基板シート、１９２…犠牲層パターン、１９３…下地層パターン、１９４，１９５…アクチュエータパターン、１９６…高導電性層、１９７…電極、１９８…配線パターン、１９９…接続端子、２００…シート状搬送素子、２０１…信号切替え装置、２０２…電力制御装置、２０３…下地層、２０５…配線パターン、２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄ…電圧入力端子、２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ…スイッチ、２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ，２０８ｄ…アクチュエータ列、２０９…搬送物、２１０…シート状搬送素子、２２０…シート状アクチュエータモジュール、２２１…ロボットハンドシステム、２２２…下地層、２２３…伸縮層、２２４…配線、２２６…高導電性層、２２７…樹脂板、２２８…ケーブル、２２９…コネクタ、２３０…制御指令装置、２３１…駆動信号生成装置、２４０…シート状アクチュエータモジュール、２４１…ロボットハンドシステム、２４２…下地層、２４３…伸縮層、２４６…高導電性層、２４７…樹脂板、２４８…ケーブル、２４９…コネクタ、２５０…制御指令装置、２５１…駆動信号生成装置、２５２…開口、２５３…爪、２６０…シート状アクチュエータマトリクスモジュール、２６１…ピンマトリクス、２６２…下地層、２６３…伸縮層、２６４…配線、２６５…アクチュエータユニット、２６６…高導電性層、２６７…電極、２７０…スキャン回路、２７１…データ回路、２７２…制御装置、２７３…電源、２７４…基板、２７５…ピン基板、２７６…貫通孔、２７７…ピン、２７８…ばね、３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３０１ａ，３０１ｂ…アクチュエータ列、３００ａ１，３００ａ２…アクチュエータ、３１０ａ，３１０ｂ，３２０ａ，３２０ｂ…電圧入力端子。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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