(57)【要約】【課題】  動力源及び可動機構を備えたものであって容易にコンパクト化及び軽量化することができる自己屈曲薄膜、運動機構及び運動装置を提供する。【解決手段】  特定波長の光が照射されることにより曲がる高分子フィルムからなる光屈曲膜１１と、膜形状をしており光屈曲膜１１に向けて光を出射する光源（ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂ）とを有してなることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長の光が照射されることにより曲がる高分子フィルムからなる光屈曲膜と、
膜形状をしており前記光屈曲膜に向けて前記光を出射する光源とを有してなることを特徴とする自己屈曲薄膜。
【請求項２】
前記光源をなす膜は、柔軟性を有して屈曲可能であることを特徴とする請求項１に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項３】
前記光屈曲膜と前記光源をなす膜とは、互いに隣接に配置されて積層構造をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項４】
前記光源をなす膜は、エレクトロルミネッセンス素子からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項５】
前記光源に電力を供給可能な太陽電池を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項６】
前記太陽電池は、前記光源をなす膜又は前記光屈曲膜に積層された薄膜からなることを特徴とする請求項５に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項７】
前記光源をなす膜は、第１光源膜と第２光源膜とからなる２つの膜からなり、
前記第１光源膜と第２光源膜との間に、前記光屈曲膜が挟まれた配置となっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項８】
前記第１光源膜と第２光源膜とは、互いに異なる波長の光を出射することを特徴とする請求項７に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項９】
前記第１光源膜から出射された光が照射された前記光屈曲膜は、該第１光源膜が谷又は山となるように曲がり第１曲がり状態となり、
前記第２光源膜から出射された光が照射された前記光屈曲膜は、前記第１曲がり状態の谷又は山の状態とは逆の状態となるように曲がり第２曲がり状態となるものであることを特徴とする請求項７又は８に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１０】
前記光源をなす膜は、１つの膜から複数種類の波長の光を出射可能であるとともに、該複数種類の波長の光のうちのいずれかを選択して出射可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１１】
前記光屈曲膜は、照射された光の波長によって曲がる方向が異なるものであることを特徴とする請求項１０に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１２】
前記エレクトロルミネッセンス素子は、前記光屈曲膜を基板として該基板上に設けられたものからなり、
該エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも封止部材を用いて密閉された空間の中に配置されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１３】
前記エレクトロルミネッセンス素子及び光屈曲膜は、少なくとも封止部材を用いて密閉された空間の中に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１４】
前記光源をなす膜と前記光屈曲膜との間には、偏光板が配置されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１５】
前記光源に電力を供給可能な蓄電手段を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１６】
前記蓄電手段は、前記光源をなす膜に隣接して配置された膜を有してなることを特徴とする請求項１５に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１７】
前記蓄電手段は、前記太陽電池から出力された電荷を畜電可能なものであることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１８】
前記光源の発光状態を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項１９】
前記光屈曲膜の曲がり状態を検出する形状検出手段を有し、
前記制御手段は、前記光源の発光状態をどのように制御するか判断するために、前記形状検出手段の検出結果を少なくとも用いることを特徴とする請求項１８に記載の自己屈曲薄膜。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の自己屈曲薄膜を備えたことを特徴とする運動機構。
【請求項２１】
請求項２０に記載の運動機構を備えたことを特徴とする運動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己屈曲薄膜、運動機構及び運動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアームの関節、エンジンのクランク、飛行機の補助翼及び昇降舵などの折れ曲がりを要する箇所には、その箇所を折り曲げ又は伸ばすように変形させる運動機構及び駆動機構が必要である（例えば、特許文献１参照）。また、近年においては、光などの特定波長の電磁波を受けることにより折れ曲がる高分子フィルムが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３７９８８号公報
【非特許文献１】Directed bending of a polymer film by light Miniaturizing a simple photomechanical system could expand its range of application. , NATURE, VIL425, 11 SEPTEMBER 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、従来におけるロボットアームなどの折れ曲がり機構では、モータなどの動力源、タイミングベルト又はリンク機構などの動力伝達機構が必要となり、駆動機構が大型化しその機構全体についてのコンパクト化及び軽量化の妨げとなっている。また、上記の非特許文献１に記載されている従来の光駆動の高分子フィルムでは、特定波長の光源としてレーザが想定されており、そのレーザ光源が折れ曲がり部位から離れた所に配置することとなる。これにより、上記従来の光駆動の高分子フィルムでは、レーザ光源から折れ曲がり部の高分子フィルムまで長い光伝送路などが必要となる。したがって、上記従来の光駆動の高分子フィルムを用いたロボットアームなどでは、駆動機構の性能、コンパクト化及び軽量化などの点において、様々な制約条件が発生してしまう。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、動力源及び可動機構を備えたものであって容易にコンパクト化及び軽量化することができる自己屈曲薄膜、運動機構及び運動装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、動力源及び可動機構を備えたものであって、容易にコンパクト化及び軽量化でき、さらに駆動エネルギーを自給できる自己屈曲薄膜、運動機構及び運動装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の自己屈曲薄膜は、特定波長の光が照射されることにより曲がる高分子フィルムからなる光屈曲膜と、膜形状をしており前記光屈曲膜に向けて前記光を出射する光源とを有してなることを特徴とする。
本発明によれば、光源から出射された光により光屈曲膜を曲げることができる。すなわち、従来においてはモータなどの動力源と、タイミングベルト又はリンク機構などの動力伝達機構と、被可動部とを必須要素としていた運動機構を、光屈曲膜と光源をなす膜とで構成することができる。ここで光源は膜形状であるので、その光源をなす膜と光屈曲膜とを積層構造に近接して配置することができる。したがって、光源と光屈曲膜との間に光伝送路などを設ける必要がないので、非常にコンパクトで軽量な動力源付き可動機構をなす自己屈曲薄膜を構成することができる。
【０００６】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源をなす膜が柔軟性を有して屈曲可能であることが好ましい。
本発明によれば、例えば光源をなす膜と光屈曲膜とを積層構造に近接して配置して一体化させた場合、光屈曲膜が光を受けて曲がることにともなって、光源をなす膜もフレキシブルに曲がることができる。すなわち、光屈曲膜の屈曲運動について光源をなす膜が阻害することを回避でき、エネルギー効率のよい屈曲動作を行うことができる。ここで、例えば、光源をなす膜に複数の光源（例えば微小光源）を分散配置することによって、その光源をなす膜に柔軟性を持たせてもよい。
【０００７】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光屈曲膜と前記光源をなす膜とが互いに隣接に配置されて積層構造をなしていることが好ましい。
本発明によれば、非常にコンパクトで軽量な駆動動力源付き可能機構を構成することができる。また、光源をなす膜から出射された光の大部分を光屈曲膜に入射させることができ、換言すれば光源と光屈曲膜間の光結合効率を非常に高めることができ、エネルギー効率の高い自己屈曲薄膜を提供することができる。
【０００８】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源をなす膜がエレクトロルミネッセンス素子からなることが好ましい。
本発明によれば、フラットパネルディスプレイなどに適用可能なエレクトロルミネッセンス素子を光源とするので、非常に薄くコンパクトでありながら製造容易な光源膜を構成要素とすることができる。そこで、本発明によれば、ミリオーダ、マイクロオーダ又はそれ以上にコンパクト化及び軽量化ができ、簡便にかつ低コストで製造することができる自己屈曲薄膜を提供することができる。
【０００９】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源に電力を供給可能な太陽電池を有することが好ましい。
本発明によれば、太陽電池が外光などを受けることにより、その太陽電池から光源に電力を供給でき、その光源から出射される光によって光屈曲膜を曲げることができる。したがって、駆動エネルギーを他の装置などから入力する必要がなく、そのための電力配線なども不要とすることができる。そこで、本発明によれば、駆動エネルギーを自給でき、自分自身のみの閉じた系で活動できる運動装置をなす自己屈曲薄膜を提供することができる。
【００１０】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記太陽電池が前記光源をなす膜又は前記光屈曲膜に積層された薄膜からなることが好ましい。
本発明によれば、太陽電池薄膜、光源をなす膜及び光屈曲膜を積層構造に一体化させることができ、太陽電池と光源間の配線を非常に短くすることができる。したがって、非常にコンパクトであり、かつエネルギーを自給できる動力源付き可動機構を構成することができる。ここで、太陽電池薄膜は柔軟性を有するものが好ましい。例えば太陽電池を複数に分割し、それらを分散配置することによって柔軟性のある太陽電池薄膜を構成してもよい。
【００１１】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源をなす膜が第１光源膜と第２光源膜とからなる２つの膜からなり、前記第１光源膜と第２光源膜との間に、前記光屈曲膜が挟まれた配置となっていることが好ましい。ここで、前記第１光源膜と第２光源膜とが互いに異なる波長の光を出射することが好ましい。そして、前記第１光源膜から出射された光が照射された前記光屈曲膜が、該第１光源膜が谷又は山となるように曲がり第１曲がり状態となり、前記第２光源膜から出射された光が照射された前記光屈曲膜は、前記第１曲がり状態の谷又は山の状態とは逆の状態となるように曲がり第２曲がり状態となるものであることが好ましい。
本発明によれば、第１光源膜と第２光源膜とのいずれかを選択して発光させることにより、光屈曲膜の曲がる方向（谷となる面を表面とするか裏面とするか）を任意に制御することができる。また、第１光源膜及び第２光源膜それぞれの発光量を制御することにより、光屈曲膜の曲がり角度及び駆動速度なども任意に制御することができる。
【００１２】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源をなす膜が、１つの膜から複数種類の波長の光を出射可能であるとともに、該複数種類の波長の光のうちのいずれかを選択して出射可能であることが好ましい。ここで、前記光屈曲膜は、照射された光の波長によって曲がる方向が異なるものであることが好ましい。
本発明によれば、例えば、光源をなす膜が第１波長及び第２波長の２種類の光を出射可能とした場合、第１波長の光により光屈曲膜を第１状態（例えば表面に谷になる状態）に曲げ、第２波長の光により光屈曲膜を第２状態（例えば表面が山になる状態）に曲げることができる。したがって、本発明によれば、１つの光源をなす膜により光屈曲膜の曲がり状態などを制御できるので、光屈曲膜の曲がり角度及び駆動速度なども任意に制御することができ、よりコンパクト化が可能な運動装置を提供することができる。ここで、例えば２種類の波長の光が出射可能な１つの光源膜を構成するには、パターニング技術などを用いて、２種類の光源膜（例えば第１波長の光を出射する第１エレクトロルミネッセンス素子と第２波長の光を出射する第２エレクトロルミネッセンス素子）を１つの膜上に分散配置することで実現してもよい。
【００１３】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記エレクトロルミネッセンス素子が前記光屈曲膜を基板として該基板上に設けられたものからなり、該エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも封止部材を用いて密閉された空間の中に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、前記光屈曲膜を基板としてその基板上に光源をなすエレクトロルミネッセンス素子を構成するので、より低コストに且つコンパクトに上記自己屈曲薄膜を実現することができる。また、エレクトロルミネッセンス素子を封止部材で密閉しているのでそのエレクトロルミネッセンス素子の経年劣化を抑制することができ、長期に渡って安定に動作する上記自己屈曲薄膜を提供することができる。
【００１４】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記エレクトロルミネッセンス素子及び光屈曲膜が少なくとも封止部材を用いて密閉された空間の中に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、エレクトロルミネッセンス素子のみならず光屈曲膜も封止部材で密閉されているので、エレクトロルミネッセンス素子及び光屈曲膜の経年劣化を抑制でき、より長期に渡って安定に動作する上記自己屈曲薄膜を提供することができる。ここで、封止部材は、気体及び液状体の侵入を抑制しながら、柔軟性に富む部材又は構造であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源をなす膜と前記光屈曲膜との間に、偏光板が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば光源から出射される光が光屈曲膜の曲げ制御などを阻害する波長光を含んでいても、偏光板により、所望波長の光のみが光屈曲膜に照射されるようにすることができる。したがって、光源の選択範囲を広げることができる。
【００１６】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源に電力を供給可能な蓄電手段を有することが好ましい。前記蓄電手段は、前記光源をなす膜に隣接して配置された膜を有してなることが好ましい。
本発明によれば、蓄電手段に蓄えられた電荷により光源から光を出射させて光屈曲膜を曲げることができる。したがって、駆動エネルギーを他の装置などから入力する必要がなく、そのための電力配線なども不要とすることができる。そこで、本発明によれば、太陽電池を構成要素とすることなく、自分自身のみの閉じた系で活動できる運動装置を提供することができる。また、蓄電手段が光源をなす膜に隣接して配置された膜で構成することにより、コンパクトな自己屈曲薄膜を提供できる。
【００１７】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記蓄電手段が前記太陽電池から出力された電荷を畜電可能なものであることが好ましい。
本発明によれば、例えば本発明の自己屈曲薄膜が外光にさらされているときは、その外光を太陽電池が電気エネルギーに変換してその電気エナルギーを蓄電手段が畜電することができ、さらにその電気エネルギーで光源を発光させて光屈曲膜を曲げることができる。その後、本発明の自己屈曲薄膜が暗部に配置されたときは、蓄電手段に畜電されている電気エネルギーにより光屈曲膜を曲げることができる。
【００１８】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光源の発光状態を制御する制御手段を有することが好ましい。
本発明によれば、例えば受光素子を用いて光源の発光量を検出し、その検出値に基づいて光源の駆動電流量を制御するなどして、精密に光源の発光状態を制御することにより精密に光屈曲膜の曲がり状態を制御することができる。
【００１９】
また、本発明の自己屈曲薄膜は、前記光屈曲膜の曲がり状態を検出する形状検出手段を有し、前記制御手段が、前記光源の発光状態をどのように制御するか判断するために、前記形状検出手段の検出結果を少なくとも用いることが好ましい。
本発明によれば、例えば光屈曲膜の実際の曲がり状態を検出しその検出値に基づいて光源の発光量をフィードバック制御することなどにより、より精密に光屈曲膜の曲がり状態を制御することができる。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の運動機構は、前記自己屈曲薄膜を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、非常にコンパクトで軽量な動力源付き運動機構を前記自己屈曲薄膜で構成することができる。そこで、本発明は、例えば、直線運動、回転運動、又は昆虫翅のような複雑な動きをする運動機構を前記自己屈曲薄膜のみで構成することもできる。また例えばロボットのアーム、船の舵、飛行機の昇降舵などを可動する運動機構を前記自己屈曲薄膜のみで構成することができる。また、例えば人体の中を移動するマイクロマシーンなどの移動手段となる運動機構を前記自己屈曲薄膜のみで構成することもできる。
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の運動装置は、前記運動装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、非常にコンパクトで軽量な動力源付き運動機構を備えたロボット又はマイクロマシーンなどの運動装置を低コストで構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る自己屈曲薄膜、運動機構及び運動装置について、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る自己屈曲薄膜の構成例を示す模式断面図である。
本実施形態の自己屈曲薄膜１ａは、光屈曲膜１１と、２つの有機エレクトロルミネッセンス（以下、「ＥＬ」という）素子１２Ａ，１２Ｂと、太陽電池１３と、任意の構成部材１４とを有して構成されている。
【００２３】
光屈曲膜１１は、特定波長の光が照射されることにより屈曲する高分子フィルムからなるものである。例えば光屈曲膜１１は、特定波長の光を受けていない定常状態では平面形状をしており、特定の第１波長の光を受けると屈曲して該光がなくなってもその屈曲状態を維持し、特定の第２波長の光を受けると元の平面形状に戻る、というものであってもよい。このような光屈曲膜１１は、例えばアゾベンゼン化合物によって実現することができる。
【００２４】
２つのＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ光源となる膜であり、光屈曲膜１１を挟むように配置されている。すなわち、ＥＬ素子１２Ａは第１光源膜を構成し、ＥＬ素子１２Ｂは第２光源膜を構成しており、それぞれの光源膜は光屈曲膜１１を挟んで積層構造をなしている。ＥＬ素子１２ＡとＥＬ素子１２Ｂとは、同一のＥＬ素子としてもよく、異なる波長の光を出射する別種類のＥＬ素子としてもよい。各ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂは、対向して配置された２つの電極の間に有機物からなる発光層が挟み込まれた構成を有している。このＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂは、上記２つの電極間に電圧を印加して該電極間に電流が流れた場合に発光層から特定波長の光を出射する。各ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂから出射された光は、それぞれ光屈曲膜１１を照射する。光屈曲膜１１においてＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂにより光が照射される部位、すなわちＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂと光屈曲膜１１との接触部位が自己屈曲薄膜１ａの屈曲部位となる。
【００２５】
ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂは、柔軟性を有して屈曲可能なものであることが好ましい。これは、光屈曲膜１１の屈曲動作をＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂが阻害することを回避するためである。例えば、ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂを極めて薄く構成することにより、柔軟性を持たせることができる。また、ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂを多数の微小なＥＬ素子の集合物とすることによって柔軟性を持たせてもよい。また、フラットパネルディスプレイの構成要素として用いられるＥＬ素子を、ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂに適用してもよい。
【００２６】
太陽電池１３は、２つのＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂにおける一方のＥＬ素子１２Ａの上に積層されている薄膜からなる。太陽電池１３は、光を受けると直接的に電気エネルギーを発生する半導体膜である。そして、太陽電池１３は、光を受けて発生させた電気エネルギーを各ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂに供給するための導電部材（図示せず）などを有していることとする。この導電部材は、絶縁層などにより覆われていることが好ましい。太陽電池１３としては、シリコン太陽電池でも化合物太陽電池でも任意の種類の太陽電池を適用することができる。ただし、太陽電池１３は、フレキシブルに屈曲するものすなわち柔軟性のある薄膜であることが好ましい。特に太陽電池１３における自己屈曲薄膜１ａの屈曲部位すなわちＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂに接触する部位近辺は柔軟性があることが好ましい。これは、光屈曲膜１１の屈曲動作を太陽電池１３が阻害することを回避するためである。例えば、太陽電池１３を複数に分割してその分割部位で柔軟性を持たせることとしてもよい。また、太陽電池１３を非常に薄い膜とすることによって柔軟性を持たせてもよい。
【００２７】
光屈曲膜１１と太陽電池１３との間におけるＥＬ素子１２Ａが配置されていない領域と、光屈曲膜１１のＥＬ素子１２Ｂ側におけるＥＬ素子１２Ｂが配置されていない領域とには、任意の構成部材１４は配置されている。この任意の構成部材１４は、どうのような部材でもよいが、光屈曲膜１１の屈曲動作が阻害されることを回避すべく、柔軟性のある部材が好ましい。なお、任意の構成部材１４は、自己屈曲薄膜１ａの主な屈曲部位とはならないので、ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂ及び太陽電池１３ほどには柔軟性が必要とされない。
【００２８】
次に、本実施形態の自己屈曲薄膜１ａにおけるＥＬ素子１２Ａの周辺の詳細構成例について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１に示す自己屈曲薄膜１ａにおけるＥＬ素子１２Ａの周辺領域６０を特定するための模式断面図である。図３は、図２におけるＥＬ素子１２Ａの周辺領域６０の詳細構成例を示す模式拡大断面図である。すなわち、図２の周辺領域６０を詳細に示したものが図３である。図３では、ＥＬ素子１２Ａについて詳細に示しているが、ＥＬ素子１２ＢもＥＬ素子１２Ａと同一構成とすることができる。
【００２９】
ＥＬ素子１２Ａは、陰極１２ａと、発光層１２ｂと、正孔注入層１２ｃと、陽極（透明電極）１２ｄと、透明基板１２ｅとを有している。ＥＬ素子１２Ａの透明基板１２ｅと光屈曲膜１１との間には、偏光板１２ｆが配置されている。ＥＬ素子１２Ａにおいて、正孔注入層１２ｃ、陽極１２ｄ及び透明基板１２ｅは透光性を有しており、発光層１２ｂから出射された光は透明基板１２ｅ側から出射され、偏光板１２ｆを通って光屈曲膜１１に到達することとなる。
【００３０】
透明基板１２ｅは、偏光板１２ｆの上層に設けられている。透明基板２の材料としては例えばガラス、石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等が挙げられ、特に安価なソーダガラス基板が好適に用いられる。透光性を有する陽極１２ｄは、透明基板１２ｅの上層に設けられている。陽極１２ｄは、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの金属酸化物からなる透光性の導電材料によって形成されている。この陽極１２ｄは、正孔注入層１２ｃを介して発光層１２ｂに正孔を注入する役割を果たす。正孔注入層１２ｃは、陽極１２ｄの上層に設けられており、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン等のポリチオフェン誘導体とポリスチレンスルホン酸等の混合物によって形成されている。この正孔注入層１２ｃは、発光層１２ｂに正孔を注入すると共に正孔を正孔注入層１２ｃの内部において輸送する機能を有している。
【００３１】
発光層１２ｂは、正孔注入層１２ｃの上層に設けられており、特定の波長の光を発光する層である。発光層１２ｂの材料としては、例えば、アントラセンやピレン、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、ビススチリルアントラセン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、またはこれら低分子材料に、ルブレン、キナクリドン誘導体、フェノキサゾン誘導体、ＤＣＭ、ＤＣＪ、ペリノン、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ジアザインダセン誘導体等をドープして用いることができる。
【００３２】
陰極１２ａは、発光層１２ｂの上層に設けられている。陰極１２ａは、例えばＡｌ膜又はＡｇ膜等の高反射率の金属膜が用いられており、発光層１２ｂから陰極１２ａ側に発光された光を透明基板１２ｅ側に効率的に出射させるようになっている。なお、陰極１２ａ上には、必要に応じてＳｉＯ，ＳｉＯ２，ＳｉＮ等からなる酸化防止用の保護層を設けてもよい。陰極１２ａと発光層１２ｂとの間には、電子注入／輸送層を設けてもよい。電子注入／輸送層は、電子を発光層１２ｂに注入する機能を有すると共に、電子を電子注入／輸送層内部において輸送する機能を有する。この電子注入／輸送層としては、例えばリチウムキノリノールやフッ化リチウム或いはバソフェンセシウム等を好適に用いることができる。また、仕事関数が４ｅＶ以下の金属、例えばＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｙｂ、Ｓｍなども用いることができる。
【００３３】
ＥＬ素子１２Ａは柔軟性に富んでいることが好ましいので、陰極１２ａ、発光層１２ｂ、正孔注入層１２ｃ、陽極１２ｄ及び透明基板１２ｅはそれぞれ柔軟性に富んでいることが好ましく、それぞれ極めて薄いことが好ましい。
【００３４】
そして、ＥＬ素子１２Ａにおける陽極１２ｄには、太陽電池１３（符号１２ｇ）のプラス側端子が電気的に接続されている。この接続は、任意の構成部材１４にスルーホールなどを設けることで構成してもよい。また、この接続を開／閉切り替えるスイッチを設けてもよい。ＥＬ素子１２Ａにおける陰極１２ａには、太陽電池１３のマイナス側端子がキャパシタ膜１２ｈを介して電気的に接続されている。キャパシタ膜１２ｈを自己屈曲薄膜１ａに設けずに、太陽電池１３のマイナス側端子を直接に陰極１２ａに接続してもよい。
【００３５】
キャパシタ膜１２ｈは、太陽電池１３から出力された電気エネルギー（電荷）を蓄える蓄電手段をなすものである。このキャパシタ膜１２ｈは、太陽電池１３をなす膜又はＥＬ素子１２Ａに含まれていることとしてもよい。また、太陽電池１３をなす膜とＥＬ素子１２Ａとの間にキャパシタ膜１２ｈが配置されていることとしてもよい。そして、キャパシタ膜１２ｈは、自己屈曲薄膜１ａが暗部に配置されて太陽電池１３が電気エネルギーを発生しなくなったときでも、充電されている電気エネルギーをＥＬ素子１２Ａに送ることができる。なお、太陽電池１３を自己屈曲薄膜１ａに設けずに、キャパシタ膜１２ｈのプラス側端子を直接に陽極１２ｄに接続してもよい。この場合は、外部電源などからの電力供給を受けるためのインターフェース（端子、コネクタなど）を自己屈曲薄膜１ａが備えていることが好ましい。
【００３６】
ＥＬ素子１２Ａの透明基板１２ｅと光屈曲膜１１との間に配置されている偏光板１２ｆは、ＥＬ素子１２Ａの発光層１２ｂから出射される光が光屈曲膜１１の曲げ制御などを阻害する波長光を含んでいるときに、その阻害する波長の光を遮断して所望波長の光のみを透過させるものである。これにより、ＥＬ素子１２Ａが出射する光の波長の許容範囲を広くすることができ、ＥＬ素子１２Ａの製造を容易化することができる。偏光板１２ｆは、柔軟性に富んでいることが好ましく、極めて薄いことが好ましい。
【００３７】
次に、本実施形態の自己屈曲薄膜１ａの動作例について、図４を参照して説明する。図４は自己屈曲薄膜１ａの動作例を示す模式側面図である。ここで、自己屈曲薄膜１ａは、太陽電池１３又はキャパシタ膜１２ｈからＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂそれぞれへの電流供給を個別に制御する制御手段（図示せず）を備えることとする。この制御手段はＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂへの電流供給のＯＮ／ＯＦＦ及びその電流量を制御できることが好ましい。
【００３８】
自己屈曲薄膜１ａのＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂに対して制御手段が電流を供給しない場合、すなわちＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂがともに発光していない場合、その自己屈曲薄膜１ａは図４（ａ）に示すように、曲がりのない平面形状となっている。
【００３９】
次いで、制御手段がＥＬ素子１２Ｂに対してのみ電流を供給すると、ＥＬ素子１２Ｂが発光してその光が光屈曲膜１１における底面側Ｂに到達し、光屈曲膜１１が底面側Ｂを谷として屈曲する。これにより、図４（ｂ）に示すように、自己屈曲薄膜１ａの全体が底面側Ｂを谷として屈曲する。その後、ＥＬ素子１２Ｂに対する電流供給を停止してＥＬ素子１２Ｂを消灯しても、光屈曲膜１１の状態は変化しないので、自己屈曲薄膜１ａは図４（ｂ）に示す状態を維持する。
【００４０】
次いで、制御手段がＥＬ素子１２Ａに対してのみ電流を供給すると、ＥＬ素子１２Ａが発光してその光が光屈曲膜１１における表面側Ａに到達し、光屈曲膜１１が元の平面形状（図４（ａ）の状態）に戻るように屈曲していく。これにより、自己屈曲薄膜１ａの全体が図４（ｂ）に示すように平面形状になっていく。さらにＥＬ素子１２Ａに対する電流供給を続けると、光屈曲膜１１が表面側Ａを谷として屈曲する。これにより、図４（ｃ）に示すように、自己屈曲薄膜１ａの全体が表面側Ａを谷として屈曲する。その後、ＥＬ素子１２Ａに対する電流供給を停止してＥＬ素子１２Ａを消灯しても、光屈曲膜１１の状態は変化しないので、自己屈曲薄膜１ａは図４（ｃ）に示す状態を維持する。
【００４１】
これらにより、制御手段は、ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂのそれぞれに対する電流供給量を制御することにより、自己屈曲薄膜１ａの屈曲方向（谷をなす面）及び屈曲角度などを制御することができる。屈曲角度は、ＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂに対する電流供給量に関係（例えば比例関係）させることができる。
【００４２】
また、本実施形態の自己屈曲薄膜１ａは、光屈曲膜１１又は自己屈曲薄膜１ａ自身の屈曲状態を検出する形状検出手段を備えることとしてもよい。そして、制御手段は形状検出手段の検出結果に基づいてＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂのそれぞれに対する電流供給量を制御することとしてもよい。このようにすると、自己屈曲薄膜１ａの屈曲状態をフィードバック制御することができ、より精密に自己屈曲薄膜１ａの曲がり状態を制御することができる。
【００４３】
これらにより、本実施形態の自己屈曲薄膜１ａによれば、従来においてはモータなどの動力源と、タイミングベルト又はリンク機構などの動力伝達機構と、被可動部とを必須要素としていた運動機構を、光屈曲膜１１にＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂを積層した薄膜で構成することができる。したがって、本実施形態の自己屈曲薄膜１ａは、従来よりも省スペース化及び軽量化できる動力源付き可動機構を実現することができる。
【００４４】
また、本実施形態の自己屈曲薄膜１ａは、光屈曲膜１１又はＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂに積層するように太陽電池１３を設けているので、駆動エネルギーを自給でき、自分自身のみの閉じた系で活動できる運動装置となることができる。また、本実施形態の自己屈曲薄膜１ａは、キャパシタ膜１２ｈを備えているので、太陽電池１３に光が照射されない状態となったときでも、キャパシタ膜１２ｈに充電された電気エネルギーにより光屈曲膜１１を屈曲させることができる。したがって、例えば、自己屈曲薄膜１ａを用いてマイクロマシーンなどを構成し、そのマイクロマシーンを人体の中などの暗所に入れた場合でも、そのマイクロマシーンは他の装置からの電力供給を受けることなく自立的に運動することができる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る自己屈曲薄膜について、図５から図７を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る自己屈曲薄膜１ｂの構成例を示す模式断面図である。図５において、図１に示す自己屈曲薄膜１ａの構成要素と同一のものには同一の符号を付している。
【００４６】
本実施形態の自己屈曲薄膜１ｂは、光屈曲膜１１と、１つのＥＬ素子１２’と、太陽電池１３と、任意の構成部材１４とを有して構成されている。そして、自己屈曲薄膜１ｂでは、光屈曲膜１１の上層に太陽電池１３が配置されており、光屈曲膜１１の下層にＥＬ素子１２’及び任意の構成部材１４が配置されている。本実施形態の自己屈曲薄膜１ｂでは１つのＥＬ素子１２’を構成要素としている点が、２つのＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂを構成要素としている第１実施形態の自己屈曲素子１ａとの主な相違点の一つである。また、自己屈曲薄膜１ｂで用いられる光屈曲膜１１は、受光した光の波長によって屈曲する方向が異なるものであることが好ましい。また、ＥＬ素子１２’は、異なる波長の光（例えば第１波長の光と第２波長の光）を出射できるものとする。
【００４７】
次に、本実施形態の自己屈曲薄膜１ｂにおけるＥＬ素子１２’の周辺の詳細構成例について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、図５に示す自己屈曲薄膜１ｂにおけるＥＬ素子１２’の周辺領域７０を特定するための模式断面図である。図７は、図６におけるＥＬ素子１２’の周辺領域７０の詳細構成例を示す模式拡大断面図である。すなわち、図６の周辺領域７０を詳細に示したものが図７である。図６及び図７において、図２又は図３の構成要素と同一のものには同一の符号を付している。
【００４８】
ＥＬ素子１２’は、第１陰極１１２ａと、第２陰極２１２ａと、第１発光層１１２ｂと、第２発光層２１２ｂと、正孔注入層１２ｃと、陽極（透明電極）１２ｄと、透明基板１２ｅとを有している。ＥＬ素子１２Ａの透明基板１２ｅと光屈曲膜１１との間には、偏光板１２ｆが配置されている。すなわち、ＥＬ装置１２’では、発光層が第１発光層１１２ｂと第２発光層２１２ｂとに分割されている。そして、第１発光層１１２ｂの上層に第１陰極１１２ａが設けられており、第２発光層２１２ｂの上層に第２陰極２１２ａが設けられている。
【００４９】
第１発光層１１２ｂは第１波長の光を出射でき、第２発光層２１２ｂは第２波長の光を出射できる。例えば、第１波長の光としては紫外光が挙げられ、第２波長の光としては緑色光以上に波長が長い光が挙げられる。そこで第１陰極１１２ａと陽極１２ｄ間に所望電圧を印加すると第１発光層１１２ｂから第１波長の光が出射され、第２陰極２１２ａと陽極１２ｄ間に所望電圧を印加すると第２発光層２１２ｂから第２波長の光が出射される。これらの第１波長の光及び第２波長の光は、光屈曲膜１１に向けて出射される。
【００５０】
そして、図４（ａ）のように曲がりのない平面形状となっている自己屈曲薄膜１ｂにおいて、第１波長の光が照射された光屈曲膜１１は、例えば自己屈曲薄膜１ｂの底面側Ｂが谷となるように（図４（ｂ）のように）屈曲する。一方、第２波長の光が照射された光屈曲膜１１は、例えば自己屈曲薄膜１ｂの表面側Ａが谷となるように（図４（ｃ）のように）屈曲する。
【００５１】
これらにより、本実施形態の自己屈曲薄膜１ｂによれば、１つのＥＬ素子１２’により光屈曲膜１１すなわち自己屈曲薄膜１ｂの曲がり状態などを制御できるので、２つのＥＬ素子１２Ａ，１２Ｂを用いる第１実施形態の自己屈曲薄膜１ａよりもさらにコンパクト化することができ、製造コストを低減することも可能となる。また、自己屈曲薄膜１ｂでは、図７に示すように発光層及び陰極を、第１発光層１１２ｂ及び第１陰極１１２ａと、第２発光層２１２ｂ及び第２陰極２１２ａとに分割しているので、ＥＬ素子１２’の柔軟性を向上させることができ、よりエネルギー効率の高い自己屈曲薄膜を構成することができる。
【００５２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る自己屈曲薄膜について、図８を参照して説明する。図８は本発明の第３実施形態に係る自己屈曲薄膜１ｃの構成例を示す模式断面図である。図８において、図１に示す自己屈曲薄膜１ａ又は図５に示す自己屈曲薄膜１ｂの構成要素と同一のものには同一の符号を付している。
【００５３】
本実施形態の自己屈曲薄膜１ｃは、光屈曲膜１１と、１つのＥＬ素子１２’と、太陽電池１３と、封止部材２０とを有して構成されている。ここで、ＥＬ素子１２’は、光屈曲膜１１を基板としてこの基板上に設けられている。また、光屈曲膜１１及びＥＬ素子１２’は、封止部材２０によって密閉された空間の中に配置されている。そして、封止部材２０の上層に太陽電池１３が設けられている。なお、ＥＬ素子１２’のみを封止部材２０によって密閉する構成としてもよい。この場合は、封止部材２０が透明であることが好ましい。
【００５４】
封止部材２０は、例えば、熱硬化樹脂又は紫外線硬化樹脂等からなり、特に、熱硬化樹脂の１種であるエポキシ樹脂としてもよい。この封止部材２０には酸素及び水分を通しにくい材料が用いられており、封止部材２０の内部への水及び酸素の侵入を防いで、ＥＬ素子１２’における陰極（第１陰極１１２ａ，第２陰極２１２ａ）及び発光層（第１発光層１１２ｂ，第２発光層２１２ｂ）などの酸化を防止するようになっている。
【００５５】
なお、封止部材２０の内面側には、必要に応じて、酸素又は水分を吸収又は除去するゲッター材を設けてもよい。このゲッター材としては、例えば、Ｌｉ，Ｎａ，Ｒｂ，Ｃｓ等のアルカリ金属、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等のアルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物等を好適に用いることができる。アルカリ土類金属の酸化物は、水と反応して水酸化物に変化することにより、脱水材として作用する。アルカリ金属や、アルカリ土類金属は、酸素と反応して水酸化物に変化するとともに水と反応して酸化物に変化するため、脱水材としてだけでなく脱酸素材としても作用する。
【００５６】
これらにより、本実施形態の自己屈曲薄膜１ｃは、陰極（第１陰極１１２ａ，第２陰極２１２ａ）及び発光層（第１発光層１１２ｂ，第２発光層２１２ｂ）などの酸化を防止でき、装置の信頼性を高めることができ、長期に渡って安定に動作することができる。ここで、封止部材２０は、柔軟性に富む部材又は構造であることが好ましい。
【００５７】
＜運動装置＞
次に、上記第１から第３実施形態の自己屈曲薄膜１ａ，１ｂ，１ｃのいずれかを構成要素とした運動装置の一例について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態に係る運動装置を示す斜視図である。図１０は、図９の運動装置における特定部分を示す模式拡大断面図である。
【００５８】
本実施形態の運動装置３０は、運動機構として自己屈曲薄膜１ａ，１ｂ，１ｃのいずれか（以下、自己屈曲薄膜１という）を構成要素としている。運動装置３０は、液体中又は流動体中などの液相中を推進できる装置である。そして、運動装置３０は、ロボットアーム４０と２つの液相推進鰭５０とを備えている。図１０（ａ）はロボットアーム４０の模式拡大断面図であり、図１０（ｂ）は液相推進鰭５０の模式拡大断面図である。
【００５９】
ロボットアーム４０は、例えば人間の指又は腕に相当するものであり、第１アーム４１、第２アーム４２及び関節部を有して構成されている。ここで、関節部は、複数の自己屈曲薄膜１で構成されている。この自己屈曲薄膜１によって、第１アーム４１の一端と第２アーム４２の一端とが接続されている。そして、自己屈曲薄膜１が屈曲することにより、第１アーム４１の長手方向と第２アーム４２の長手方向とがなす角度が変化し、第１アーム４１及び第２アーム４２により固形物などを把持することができる。
【００６０】
液相推進鰭５０は、例えば魚の尾鰭に相当するものであり、板形状の第１アーム５１及び第２アーム５２と関節部と被覆部材５３とを有して構成されている。ここで、関節部は、自己屈曲薄膜１’で構成されている。自己屈曲薄膜１’は、ロボットアーム４０の自己屈曲薄膜１よりも外形が大きく屈曲力が大きいものとすることが好ましい。そして、自己屈曲薄膜１’が図４に示すような屈曲動作を繰り返すことにより、板形状の第１アーム５１と第２アーム５２とが泳ぐ魚の尾鰭のように運動する。これにより、液相中での推進力が発生し、運動装置３０が液相中を移動することができる。
【００６１】
これらにより、本実施形態の運動装置３０によれば、動力源となる自己屈曲薄膜１，１’自身が第１アーム４１，５１と第２アーム４２，５２とを回動自在に連結する関節部としても機能するので、タイミングベルト又はリンク機構などの動力伝達機構が不要となり非常にコンパクトで軽量な運動装置を低コストで提供することができる。また、運動装置３０の大きさとしては、例えば、数メートル以上のものから人体中に入れることが可能な数ミリメートル以下のマイクロマシーンとなるものまで可能である。なお、自己屈曲薄膜１，１’の屈曲動作を制御する制御手段は、自己屈曲薄膜１，１’内に配置されていることとしてもよく、自己屈曲薄膜１，１’以外の運動装置３０内に配置されていることとしてもよい。制御手段を自己屈曲薄膜１，１’内に配置した場合は、制御信号についての配線などが不要となり、さらにコンパクトで軽量な運動装置とすることができる。
【００６２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００６３】
本発明は、例えば、直線運動、回転運動、又は昆虫翅のような複雑な動きをする運動機構を前記実施形態の自己屈曲薄膜のみで構成することもできる。したがって、ロータリモータ及びリニアモータを前記実施形態の自己屈曲薄膜のみで構成することができる。また太陽電池の受光面を常に太陽（光源）の方向に向ける装置も前記実施形態の自己屈曲薄膜のみで、コンパクトに且つ閉じた系で構成することができる。これは、例えば定期的に太陽電池の向きを振り、そのときの最大出力の向きを太陽の方向として、その向きに受光面を向かせる制御をすればよい。また例えばロボットのアーム、船の舵、飛行機の昇降舵などを可動する運動機構を前記自己屈曲薄膜のみで構成することができる。また、例えば人体の中を移動するマイクロマシーンなどの移動手段となる運動機構を前記自己屈曲薄膜のみで構成することもできる。また、本発明の自己屈曲薄膜は、通信に用いられる成層圏プラットホームとなる無人飛行機又は無人飛行船の推進・位置制御機構にも好適である。また、人工臓器における人工血管、人工弁、人工筋肉などを本発明の自己屈曲薄膜のみで構成することもできる。さらに、飛び出す絵本、動く玩具、形状可変なアクセサリなどに本発明の自己屈曲薄膜を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る自己屈曲薄膜の構成例を示す模式断面図である。
【図２】同上の自己屈曲薄膜におけるＥＬ素子周辺領域を特定する模式断面図である。
【図３】同上の自己屈曲薄膜におけるＥＬ素子周辺の詳細を示す模式断面図である。
【図４】同上の自己屈曲薄膜の動作例を示す模式側面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る自己屈曲薄膜の構成例を示す模式断面図である。
【図６】同上の自己屈曲薄膜におけるＥＬ素子周辺領域を特定する模式断面図である。
【図７】同上の自己屈曲薄膜におけるＥＬ素子周辺の詳細を示す模式断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る自己屈曲薄膜の構成例を示す模式断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る運動装置を示す斜視図である。
【図１０】同上の運動装置における特定部分を示す模式拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１’…自己屈曲薄膜、１１…光屈曲膜、１２Ａ，１２Ｂ，１２’…ＥＬ素子、１２ａ…陰極、１２ｂ…発光層、１２ｃ…正孔注入層、１２ｄ…陽極（透明電極）、１２ｅ…透明基板、１２ｆ…偏光板、１３…太陽電池、１４…任意の構成部材、２０…封止部材、３０…運動装置、４０…ロボットアーム、４１，５１…第１アーム、４２，５２…第２アーム、５０…液相推進鰭、５３…被覆部材、６０…ＥＬ素子１２Ａの周辺領域、７０…ＥＬ素子１２’の周辺領域、１１２ａ…第１陰極、１１２ｂ…第１発光層、２１２ａ…第２陰極、２１２ｂ…第２発光層
【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】
2005169549.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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