(57)【要約】【課題】対象物を正確な位置に移動させることができるアクチュエータシステム、並びに該アクチュエータシステムを用いた光学レンズ位置調整装置を提供する。【解決手段】短冊形状で、電圧が印加されることにより湾曲する高分子アクチュエータ素子１０が基準面ＢＬから直立した状態で基準面ＢＬに長手方向の一端が固定されてなり、高分子アクチュエータ素子１０が電圧印加により湾曲して接する対象物Ｌ１について基準面ＢＬ上を水平移動させその位置を制御するものであって、高分子アクチュエータ素子１０上にあって基準面ＢＬに対して垂直方向に移動し、高分子アクチュエータ素子１０の基準面ＢＬに固定されている端部とは反対側の端部に当接することにより高分子アクチュエータ素子１０の湾曲状態を固定する固定板１１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短冊形状で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜の両主面それぞれに設けられる電極膜とを有し、前記電極膜間に電圧が印加されることにより前記イオン導電性高分子膜が湾曲する高分子アクチュエータ素子が基準面から直立した状態で該基準面に長手方向の一端が固定されてなり、該高分子アクチュエータ素子が電圧印加により湾曲して接する対象物について基準面上を水平移動させその位置を制御するアクチュエータシステムであって、
前記高分子アクチュエータ素子上にあって前記基準面に対して垂直方向に移動し、前記高分子アクチュエータ素子の基準面に固定されている端部とは反対側の端部に当接することにより該高分子アクチュエータ素子の湾曲状態を固定する固定板を備えることを特徴とするアクチュエータシステム。
【請求項２】
前記固定板は、前記高分子アクチュエータ素子と当接する面に該高分子アクチュエータ素子の湾曲方向にのこぎり刃状として連なる凹凸溝を有することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータシステム。
【請求項３】
前記高分子アクチュエータ素子が湾曲変形して対象物について基準面上を水平移動させた後に、前記固定板が前記基準面に対して垂直方向に移動して該高分子アクチュエータ素子の基準面に固定されている端部とは反対側の端部に当接することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータシステム。
【請求項４】
前記固定板は、手動または該固定板に設けられた高分子アクチュエータ素子の変形により前記基準面に対して垂直方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータシステム。
【請求項５】
中空の円筒と、
陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜の両主面それぞれに設けられる電極膜とを有し、前記円筒内部に設けられるとともに該円筒の底面となる基準面に一端が固定され、前記電極膜間に電圧が印加されることにより前記イオン導電性高分子膜が変形して前記円筒の長手方向に伸長または収縮する高分子アクチュエータ素子Ａと、
短冊の長手方向が前記円筒の内壁形状に合わせて巻かれたリング形状で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜のリング内周面、外周面それぞれに設けられる電極膜とを有し、前記高分子アクチュエータ素子Ａの基準面に固定されている端部とは反対側の端部に取り付けられ、前記電極膜間に電圧が印加されることによりリング外周が拡大または縮小する高分子アクチュエータ素子Ｂとを備え、
前記高分子アクチュエータ素子Ｂのリング外周が電圧印加により縮小して接触していた前記円筒内壁から離れた後、前記高分子アクチュエータ素子Ａが電圧印加により変形して対象物を前記円筒の長手方向に移動させ、該対象物を目標位置まで移動させた時点で前記高分子アクチュエータ素子Ｂについて電極膜間をショートさせて蓄積された電荷を放電させることにより、該高分子アクチュエータ素子Ｂのリング外周が初期形状状態に戻るよう拡大して前記円筒内壁に押し付けられ、前記高分子アクチュエータ素子Ａの移動位置を保持することで対象物の位置を制御することを特徴とするアクチュエータシステム。
【請求項６】
前記高分子アクチュエータ素子Ｂが前記対象物の外縁部に配置されたことを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータシステム。
【請求項７】
前記円筒の内壁に、前記高分子アクチュエータ素子Ｂのリング外周を係止する凹凸溝を有することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一に記載のアクチュエータシステムを備え、対象物が光学レンズであることを特徴とする光学レンズ位置調整装置。
【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素子を用いたアクチュエータシステム、並びに光学レンズ位置調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や産業用ロボット、マイクロマシン等の分野において、小型、軽量で柔軟性に富むアクチュエータが求められており、それに対応すべくそのアクチュエータの作動原理として静電引力型、圧電型、超音波型、形状記憶合金式、高分子伸縮式等が提案されている。
【０００３】
このうち、高分子伸縮式としてイオン導電性高分子を用いた高分子アクチュエータ素子は軽量で発生力が大きいこと等から、新しいアクチュエータとして検討されてきている。この高分子アクチュエータ素子は、イオン導電性高分子膜（イオン交換樹脂膜）とその表面に相互に絶縁状態で接合した金属電極とからなり、該イオン導電性高分子膜を含水状態として金属電極間に電圧を印加することによりイオン導電性高分子膜に湾曲または変形を生じさせることを特徴とするものである。このような方式のアクチュエータの場合、電極の材料やその構造によって変形量や発生力等の特性が大きく変化する。
【０００４】
これについて、特許文献１，２では、金や白金などの錯体をイオン導電性高分子膜に吸着させ、それを還元剤で還元して金や白金を析出させるめっき方法によりイオン導電性高分子との界面で比表面積が大きな電極を形成し、変形量や発生力を増大することのできるアクチュエータ素子が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２９６１１２５号公報
【特許文献２】特開平１１−２０６１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、そのアクチュエータ素子の変形量や発生力を入力電圧に対して常に１対１の関係とすることは難しく、正確に物体を移動させることができないため、その応用範囲は限られたものになっていた。
【０００７】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、対象物を正確な位置に移動させることができるアクチュエータシステム、並びに該アクチュエータシステムを用いた光学レンズ位置調整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】
【０００８】
前記課題を解決するために提供する本発明は、短冊形状で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜の両主面それぞれに設けられる電極膜とを有し、前記電極膜間に電圧が印加されることにより前記イオン導電性高分子膜が湾曲する高分子アクチュエータ素子が基準面から直立した状態で該基準面に長手方向の一端が固定されてなり、該高分子アクチュエータ素子が電圧印加により湾曲して接する対象物について基準面上を水平移動させその位置を制御するアクチュエータシステムであって、前記高分子アクチュエータ素子上にあって前記基準面に対して垂直方向に移動し、前記高分子アクチュエータ素子の基準面に固定されている端部とは反対側の端部に当接することにより該高分子アクチュエータ素子の湾曲状態を固定する固定板を備えることを特徴とするアクチュエータシステムである（請求項１）。
【０００９】
ここで、前記固定板は、前記高分子アクチュエータ素子と当接する面に該高分子アクチュエータ素子の湾曲方向にのこぎり刃状として連なる凹凸溝を有することが好ましい。
【００１０】
また、前記高分子アクチュエータ素子が湾曲変形して対象物について基準面上を水平移動させた後に、前記固定板が前記基準面に対して垂直方向に移動して該高分子アクチュエータ素子の基準面に固定されている端部とは反対側の端部に当接するとよい。
【００１１】
また、前記固定板は、手動または該固定板に設けられた高分子アクチュエータ素子の変形により前記基準面に対して垂直方向に移動することが好ましい。
【００１２】
前記課題を解決するために提供する本発明は、中空の円筒と、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜の両主面それぞれに設けられる電極膜とを有し、前記円筒内部に設けられるとともに該円筒の底面となる基準面に一端が固定され、前記電極膜間に電圧が印加されることにより前記イオン導電性高分子膜が変形して前記円筒の長手方向に伸長または収縮する高分子アクチュエータ素子Ａと、短冊の長手方向が前記円筒の内壁形状に合わせて巻かれたリング形状で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜のリング内周面、外周面それぞれに設けられる電極膜とを有し、前記高分子アクチュエータ素子Ａの基準面に固定されている端部とは反対側の端部に取り付けられ、前記電極膜間に電圧が印加されることによりリング外周が拡大または縮小する高分子アクチュエータ素子Ｂとを備え、前記高分子アクチュエータ素子Ｂのリング外周が電圧印加により縮小して接触していた前記円筒内壁から離れた後、前記高分子アクチュエータ素子Ａが電圧印加により変形して対象物を前記円筒の長手方向に移動させ、該対象物を目標位置まで移動させた時点で前記高分子アクチュエータ素子Ｂについて電極膜間をショートさせて蓄積された電荷を放電させることにより、該高分子アクチュエータ素子Ｂのリング外周が初期形状状態に戻るよう拡大して前記円筒内壁に押し付けられ、前記高分子アクチュエータ素子Ａの移動位置を保持することで対象物の位置を制御することを特徴とするアクチュエータシステムである（請求項５）。
【００１３】
ここで、前記高分子アクチュエータ素子Ｂが前記対象物の外縁部に配置されたことが好ましい。
【００１４】
また、前記円筒の内壁に、前記高分子アクチュエータ素子Ｂのリング外周を係止する凹凸溝を有することが好適である。
【００１５】
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１〜７のいずれか一に記載のアクチュエータシステムを備え、対象物が光学レンズであることを特徴とする光学レンズ位置調整装置である（請求項８）。
【発明の効果】
【００１６】
高分子アクチュエータ素子を用いたアクチュエータの場合、それ単体では移動させる対象物の位置の制御を正確に行ったり、高分子アクチュエータ素子の形状を保持したりすることが難しいが、請求項１の発明によれば変形した高分子アクチュエータ素子の形状を機械的に保持する機構を別に設けることにより、希望する位置に対象物（物体）を移動、保持させることが可能となる。本発明では固定板自身の駆動のために手動または高分子アクチュエータ素子の変形を利用する方式を採用することにより、システム全体が小型軽量で消費電力の少ない物とすることができる。また、固定板に凹凸溝を設けることで、高分子アクチュエータ素子を止めたい湾曲位置で正確に止めることができ、対象物の移動位置の正確なコントロールが可能になる。
請求項５の発明によれば、円筒の中で対象物を移動させる場合、直線移動用の高分子アクチュエータ素子Ａとリング形状の高分子アクチュエータ素子Ｂの組み合わせだけでシステムを構成することができるので、構造が単純で小型軽量な装置とすることができる。また、円筒の内壁に凹凸溝を設けることで、確実に高分子アクチュエータ素子Ｂのリング外周を係止し移動対象物を正確な位置で保持することができる。
以上のような本発明によれば、高分子アクチュエータ素子の小型軽量でありながら変形量や発生力が比較的大きいという利点を保ちながら、正確な対象物の移動および保持が可能となり、正確さが必要とされる用途、例えば光学レンズ位置調整装置にも応用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係るアクチュエータシステムの第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るアクチュエータシステムの構成を示す概略図である。
図１に示すように、アクチュエータシステム１００は、短冊形状で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜の両主面それぞれに設けられる電極膜とを有し、前記電極膜間に電圧が印加されることにより前記イオン導電性高分子膜が湾曲する高分子アクチュエータ素子１０が基準面ＢＬから直立した状態で基準面ＢＬに長手方向の一端が固定されてなり、高分子アクチュエータ素子１０が電圧印加により湾曲して接する対象物Ｌ１について基準面ＢＬ上を水平移動させその位置を制御するものである。また、対象物Ｌ１は高分子アクチュエータ素子１０の湾曲変形する部分と直接または間接的に接合されていることが好ましい。
【００１８】
なお、高分子アクチュエータ素子１０は基準面ＢＬに対してある角度をもって固定されていてもよい。また、図中高分子アクチュエータ素子１０は１つであるが、複数個を並列に設置してもよい。
【００１９】
また、アクチュエータシステム１００は、前記高分子アクチュエータ素子１０上にあって基準面ＢＬに対して垂直方向に移動し、高分子アクチュエータ素子１０の基準面ＢＬに固定されている端部とは反対側の端部に当接することにより高分子アクチュエータ素子１０の湾曲状態を固定する固定板１１を備える。
【００２０】
ここで、固定板１１の高分子アクチュエータ素子１０と当接する面は平坦な状態でもよいが、高分子アクチュエータ素子１０の端部に当接した際に該高分子アクチュエータ素子１０の動きを拘束する程度に摩擦力が大きいことが望ましく、例えば高分子アクチュエータ素子１０の湾曲方向（図中左右方向）にのこぎり刃状として連なる凹凸溝１１ａを有することが好ましい。さらにこの凹凸溝１１ａの断面形状は湾曲した高分子アクチュエータ素子１０が初期形状に戻る方向のみを制限するような形状であればよく、例えば高分子アクチュエータ素子１０の端部先端形状と同様のものとすることが望ましい。
【００２１】
また、固定板１１は、手動または固定板１１に設けられた高分子アクチュエータ素子の変形により前記基準面に対して垂直方向に移動するようにするとよい。図１では高分子アクチュエータ素子１２の変形により固定板１１が移動する構成を示しており、高分子アクチュエータ素子１０と同じ原理で変形する４つの高分子アクチュエータ素子１２が湾曲した状態でその長手方向の両端をそれぞれ固定板１１の高分子アクチュエータ素子１０と当接する面とは反対面、アクチュエータシステム１００が収納される筐体Ｃの上部内面に固定されている。あるいは、図２に示すように、筐体Ｃの上部内面に一端が固定され、湾曲変形して固定板１１の高分子アクチュエータ素子１０と当接する面とは反対面を押し下げるような高分子アクチュエータ素子１３を備えるようにしてもよい。
【００２２】
なお、ここでいう高分子アクチュエータ素子１０は、特許第２９６１１２５号公報、特開平１１−２０６１６２号公報などで開示されている従来公知のものでもよいが、それ以外に例えばつぎのような構成のものを使うとよい。
図３は、本発明で使用する高分子アクチュエータ素子の基本的構成を示す断面図である。
高分子アクチュエータ素子１０は、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜（イオン導電性高分子フィルム）１と、該イオン導電性高分子膜１の両面それぞれに設けられる電極膜２と、該電極膜２それぞれに電気的に接続されたリード線４とを備え、１対のリード線４より電極膜２間に電圧が印加されることによりイオン導電性高分子膜１が湾曲または変形するものである。
【００２３】
イオン導電性高分子膜１は、フッ素樹脂、炭化水素系などを骨格としたイオン交換樹脂からなり、表裏２つの主面をもつ形状を呈している。例えば、短冊形状、円盤形状、円柱形状、円筒形状などが挙げられる。また、イオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交換樹脂いずれでもよいが、このうち陽イオン交換樹脂が好適である。
【００２４】
陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入されたものが挙げられ、とくにフッ素樹脂にスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入された陽イオン交換樹脂が好ましい。
【００２５】
電極膜２は、カーボン粉末とイオン導電性樹脂とからなり、前記カーボン粉末同士がイオン導電性樹脂を介して結合していることを特徴とする。カーボン粉末は、導電性をもつカーボンブラックの微細粉末であり、比表面積が大きなものほど電極膜２としてイオン導電性高分子膜１と接する表面積が大きくなりより大きな変形量を得ることができる。例えばケッチェンブラックが好ましい。また、イオン導電性樹脂は、イオン導電性高分子膜１を構成する材料と同じものでよい。
【００２６】
また、電極膜２は、イオン導電性樹脂成分とカーボン粉末を含む塗料がイオン導電性高分子膜１に塗布されてなるものである。あるいは、電極膜２は、カーボン粉末とイオン導電性樹脂とからなる導電膜がイオン導電性高分子膜１に圧着されてなるものである。
いずれの方法によっても、簡便に短時間で電極膜２を形成することができる。
【００２７】
なお、少なくともイオン導電性高分子膜１に陽イオン物質が含浸されているが、該陽イオン物質とは、水及び金属イオン、水及び有機イオン、イオン液体のいずれかであることが好ましい。ここで、金属イオンとは例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン等が挙げられる。また、有機イオンとは例えば、アルキルアンモニウムイオン等が挙げられる。これらのイオンはイオン導電性高分子膜１中において水和物として存在している。イオン導電性高分子膜１が水及び金属イオン、または水及び有機イオンを含み、含水状態となっている場合には、高分子アクチュエータ素子１０は中からこの水が揮発しないように封止されていることが好ましい。
【００２８】
また、イオン液体とは、常温溶融塩とも言われる不燃性、不揮発性のイオンのみからなる溶媒であり、例えばイミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物、脂肪族系化合物のものを使用することができる。イオン導電性高分子膜１にイオン液体を含浸させている場合には、揮発する心配なく高温あるいは真空中でも高分子アクチュエータ素子１０を使用することができようになる。
【００２９】
また、図４に、前記高分子アクチュエータ素子の変形例を示す。
図４は、本発明で使用する別の高分子アクチュエータの基本的構成を示す断面図である。
高分子アクチュエータ素子２０は、上述した高分子アクチュエータ素子１０の１対の電極膜２それぞれの上に金または白金からなる金属導電膜３を備え、該金属導電膜３にリード線４を電気的に接続した構成となっている。ここで、イオン導電性高分子膜１、電極膜２、イオン導電性高分子膜１に含浸させる陽イオン物質は、図３で示したものと同じである。
【００３０】
ここで、金属導電膜３は、１対の電極膜２それぞれの上に湿式めっき法、蒸着法、スパッタ法などの従来公知の成膜手法により、金または白金の薄膜が形成されてなるものである。この金属導電膜３の厚さにはとくに制限はないが、リード線４からの電位が電極膜２に均等に印加されるように連続した膜となる程度の厚さであることが好ましい。
【００３１】
図５に、これらの高分子アクチュエータ素子１０，２０の動作原理を示す。ここでは、イオン導電性高分子膜１中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。
図５（ａ）では、電源Ｅよりリード線４を通じて、図中左側の高分子アクチュエータ１０の電極膜２にプラスの電位、図中右側の電極膜２にマイナスの電位を印加している。この電位差により、高分子アクチュエータ素子１０（２０）のイオン導電性高分子膜１中では、マイナスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜２にナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動し、当該電極膜２の近傍に集中しこの領域は体積膨張するようになる。一方、プラスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜２近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮するようになる。その結果、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差が生じることとなり、イオン導電性高分子膜１は図中左側に湾曲するようになる。
【００３２】
図５（ｂ）では、２つの電極膜２がショートした状態でつながれることから２つの電極膜２近傍領域で蓄積された電荷に応じて放電が起こる。そして、その結果２つの電極膜２の間に電位差がなくなることから、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差はなくなり、イオン導電性高分子膜１は真っ直ぐな状態となる。
【００３３】
図５（ｃ）では、電源Ｅよりリード線４を通じて、図中左側の高分子アクチュエータ素子１０（２０）の電極膜２にマイナスの電位、図中右側の電極膜２にプラスの電位を印加しており、電圧印加方法が図４（ａ）の場合とは逆である。この電位差により、高分子アクチュエータ素子１０（２０）のイオン導電性高分子膜１中では、マイナスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜２の近傍領域は体積膨張するようになり、プラスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜２近傍領域は体積収縮するようになる。その結果、イオン導電性高分子膜１は図中右側に湾曲するようになる。
【００３４】
この高分子アクチュエータ素子１０（２０）の動作原理に基づいて、本発明のアクチュエータシステム１００はつぎのように動作することになる。
図６に、本発明のアクチュエータシステム１００において対象物Ｌ１を光学レンズとした光学レンズ位置調整装置１００Ａの動作を示す。ここでは、使用する高分子アクチュエータ素子１０（２０）のイオン導電性高分子膜１中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。
【００３５】
図６（ａ）では、電源Ｅから高分子アクチュエータ素子１０の電圧印加はなく、２つの電極膜２に電位差がないことから、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差はなく、イオン導電性高分子膜１は湾曲することなく当初成形時の状態である基準面ＢＬから直立した状態である。
【００３６】
ここで、例えば操作者がボタンを押すことにより、図６（ｂ）に示すように、電源Ｅよりリード線４を通じて、高分子アクチュエータ素子１０の一方（図中左側）の電極膜２にプラスの電位、他方（図中右側）の電極膜２にマイナスの電位を印加する。
【００３７】
このとき、この電位差（０．５〜２．０Ｖ程度）により、イオン導電性高分子膜１中では、マイナスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜２にナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動し、当該電極膜２の近傍に集中しこの領域は体積膨張するようになる。一方、プラスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜２近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮するようになる。
【００３８】
その結果、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差が生じることとなり、イオン導電性高分子膜１は図中左側に湾曲変形する。そのため、高分子アクチュエータ素子１０は隣接配置された光学レンズＬ１を図中左側に押すこととなり、光学レンズＬ１は基準面ＢＬ上を図中左側に水平移動する。なお、このときの高分子アクチュエータ素子１０の基準面ＢＬに固定された端部とは反対側の端部は基準面ＢＬに対する高さ位置が低くなり、固定板１１から離れることになる。
【００３９】
ついで、光学レンズＬ１が所望の位置に移動した時点で操作者はボタンを押すことを止める。この時点で、高分子アクチュエータ素子１０への電圧印加は中断されるが、同時に高分子アクチュエータ素子１２に電圧印加され、高分子アクチュエータ素子１２は湾曲した状態からその湾曲が直線状態に戻るように変形する。その結果、固定板１１が図中下方向に移動し、固定板１１の凹凸溝１１ａが高分子アクチュエータ素子１０の基準面ＢＬに固定された端部とは反対側の端部に当接し、高分子アクチュエータ素子１０の湾曲状態を固定する（図６（ｃ））。これにより、光学レンズＬ１を正確な位置で保持することができる。
なお、高分子アクチュエータ素子１２への電圧印加は固定板１１が高分子アクチュエータ素子１０の端部に当接した時点で中断される。
【００４０】
次に、本発明に係るアクチュエータシステムの第２の実施の形態について説明する。
図７は、本発明に係るアクチュエータシステムの第２の実施の形態における構成を示す概略図である。
図７に示すように、アクチュエータシステム３００は、中空の円筒３２と、短冊が湾曲した形状で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜の両主面それぞれに設けられる電極膜とを有し、円筒３２内部に設けられるとともに円筒３２の底面である基準面ＢＬに一端が固定され、前記電極膜間に電圧が印加されることにより前記イオン導電性高分子膜が変形して円筒３２の長手方向に伸長または収縮する２つの高分子アクチュエータ素子３０と、短冊の長手方向が円筒３２の内壁形状に合わせて巻かれたリング形状で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、該イオン導電性高分子膜のリング内周面、外周面それぞれに設けられる電極膜とを有し、高分子アクチュエータ素子３０の基準面ＢＬに固定されている端部とは反対側の端部に取り付けられ、前記電極膜間に電圧が印加されることによりリング外周が拡大または縮小する高分子アクチュエータ素子３１とを備えている。
【００４１】
また、アクチュエータシステム３００は、高分子アクチュエータ素子３０が電圧印加により変形して円筒３２に内にある対象物Ｌ２を円筒３２の長手方向に移動させる際に、まず高分子アクチュエータ素子３１に電圧印加することによりリング外周を縮小して接触していた円筒３２内壁から離し、ついで高分子アクチュエータ素子３０により対象物Ｌ２が目標位置に移動した後に、高分子アクチュエータ素子３１の２つの電極膜２をショートさせて該高分子アクチュエータ素子３１に蓄積された電荷を放電させて該電極膜２の間の電位差をゼロにすることで該高分子アクチュエータ素子３１のリング外周を初期の形状状態に戻るように拡大させて円筒３２内壁に押し付け、これにより高分子アクチュエータ素子３０の移動位置を保持することで対象物Ｌ２の位置を制御することを特徴としている。
【００４２】
ここで、高分子アクチュエータ素子３０，３１を構成するイオン導電性高分子膜は形状が異なるだけで図３に示したイオン導電性高分子膜１と同じである。また、電極膜、陽イオン物質も、図３に示した電極膜２、イオン導電性高分子膜１に含まれる陽イオン物質と同じである。
【００４３】
なお、高分子アクチュエータ素子３１は、図７では、高分子アクチュエータ素子３０と対象物Ｌ２との間に配置されているが、高分子アクチュエータ素子３０の基準面ＢＬに固定されている端部とは反対側の端部に対象物Ｌ２を取り付けるとともに、対象物Ｌ２の高分子アクチュエータ素子３０の端部取付面とは反対面に配置されるようにしてもよい。また、高分子アクチュエータ素子３１が対象物Ｌ２の円筒内壁側である外縁部に配置、接触するようにし、対象物Ｌ２の円筒中心軸領域には配置されないようにするとよい。また、高分子アクチュエータ素子３１は、図７では一枚の短冊形状のものが巻かれてリング形状となっているが、複数の短冊で湾曲したものが１つのリング形状をなすように配置されたものであってもよい。
【００４４】
また、対象物Ｌ２と高分子アクチュエータ素子３１は接合されていることが好ましい。ただし、円筒３２の長手方向が図７のように重力加速度方向であり、高分子アクチュエータ素子３１の上に対象物Ｌ２が配置される場合には接合されていなくてもよい。
【００４５】
ここで、円筒３２の内壁は平滑な状態でもよいが、高分子アクチュエータ素子３１の外周面に当接した際に該高分子アクチュエータ素子３１の動きを拘束し係止する程度に摩擦力が大きいことが望ましく、例えば円筒３２の長手方向にのこぎり刃状として連なる凹凸溝を有することが好ましい。さらにこの凹凸溝の断面形状は接触した高分子アクチュエータ素子３１が円筒３２の長手方向に移動する方向のみを制限するような形状であればよく、例えば高分子アクチュエータ素子３１の外周面形状と同様のものとすることが望ましい。
【００４６】
本発明のアクチュエータシステム３００は、前記高分子アクチュエータ素子１０（２０）の動作原理に基づいて、つぎのように動作することになる。
図８に、本発明のアクチュエータシステム３００において対象物Ｌ２を光学レンズとした光学レンズ位置調整装置３００Ａの動作を示す。ここでは、使用する高分子アクチュエータ素子３０，３１のイオン導電性高分子膜１中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。
【００４７】
図８（ａ）では、電源Ｅから高分子アクチュエータ素子３０の電圧印加はなく、２つの電極膜２に電位差がないことから、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差はなく、イオン導電性高分子膜１は変形することなく当初成形時の状態である。
【００４８】
ここで、例えば操作者がボタンを押す等により、まず高分子アクチュエータ素子３１に電圧を印加することによりそのリング外周が縮小し、該高分子アクチュエータ素子３１のリング外周面は接触していた円筒３２の内壁から離れる。
【００４９】
同時に、電源Ｅよりリード線４を通じて、高分子アクチュエータ素子３０の一方（図中右側）の電極膜２にプラスの電位、他方（図中左側）の電極膜２にマイナスの電位を印加する。このとき、この電位差（０．５〜２．０Ｖ程度）により、イオン導電性高分子膜１中では、マイナスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜２にナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動し、当該電極膜２の近傍に集中しこの領域は体積膨張するようになる。一方、プラスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜２近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮するようになる。
【００５０】
その結果、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差が生じることとなり、イオン導電性高分子膜１は図中上方向に伸長するように変形する。そのため、高分子アクチュエータ素子３０は高分子アクチュエータ素子３１及び光学レンズＬ２を図中上方向に押すこととなり、光学レンズＬ２は円筒３２内を図中上方向に移動し、高さ位置が変わることになる（図８（ｂ））。
【００５１】
ついで、光学レンズＬ２が所望の位置に移動した時点で操作者はボタンを押すことを止める。この時点で、高分子アクチュエータ素子３０への電圧印加は中断されるが、同時に高分子アクチュエータ素子３１の２つの電極膜２がショートした状態で接続される。そのため、高分子アクチュエータ素子３１では蓄積された電荷に応じた放電が起こり、高分子アクチュエータ素子３１はリング外周が縮小した状態からそのリング外周が初期形状状態に戻るように変形する。あるいは、高分子アクチュエータ素子３１の２つの電極膜２に図８（ｂ）の場合とは逆極性となるような電圧印加を行い、高分子アクチュエータ素子３１のリング外周が縮小した状態からそのリング外周が拡大するように変形させてもよい。その結果、高分子アクチュエータ素子３１のリング外周面が円筒３２の内壁に押し付けられることになり、両者の摩擦により高分子アクチュエータ素子３１はその高さ位置で固定され同時に高分子アクチュエータ素子３０の湾曲状態が固定される（図８（ｃ））。これにより、光学レンズＬ２を正確な位置で保持することができる。
【００５２】
なお、本発明のアクチュエータシステム３００は、図７で示した構成に限定されるものではなく、例えば図９〜図１１に示すような構成でもよい。
すなわち、図９に示すアクチュエータシステム３００ａは、図７における高分子アクチュエータ素子３０に代えて、短冊が湾曲した形状の高分子アクチュエータ素子３０ａを組み合わせてリング形状としたものを、さらに円筒３２の長手方向に積み上げた構成とするものである。
【００５３】
また、図１０に示すアクチュエータシステム３００ｂは、図７における高分子アクチュエータ素子３０に代えて、短冊が湾曲した形状の高分子アクチュエータ素子３０ａを組み合わせてリング形状としたものを、高分子アクチュエータ素子３１のリングに沿って複数配置したものである。
【００５４】
また、図１１に示すアクチュエータシステム３００ｃは、図７における円筒３２、高分子アクチュエータ素子３０に代えて、外部から内部に貫通するスリットを有する円筒３２ｃと、短冊が湾曲した形状で長手方向の一端が円筒３２ｃの外側の基準面ＢＬに固定され、他端が前記スリットを通って円筒３２ｃ内部に配置された高分子アクチュエータ素子３０ｃとを備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るアクチュエータシステムの第１の実施の形態における構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係るアクチュエータシステムの第１の実施の形態の変形例を示す概略図である。
【図３】本発明で使用する高分子アクチュエータ素子の構成（１）を示す断面図である。
【図４】本発明で使用する高分子アクチュエータ素子の構成（２）を示す断面図である。
【図５】高分子アクチュエータ素子の動作原理を説明する図である。
【図６】本発明のアクチュエータシステム（１）の動作原理を説明する図である。
【図７】本発明に係るアクチュエータシステムの第２の実施の形態における構成を示す概略図である。
【図８】本発明のアクチュエータシステム（２）の動作原理を説明する図である。
【図９】本発明に係るアクチュエータシステムの第２の実施の形態の変形例（１）を示す概略図である。
【図１０】本発明に係るアクチュエータシステムの第２の実施の形態の変形例（２）を示す概略図である。
【図１１】本発明に係るアクチュエータシステムの第２の実施の形態の変形例（３）を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…イオン導電性高分子膜、２…電極膜、３…金属導電膜、４…リード線、１０，１２，１３，２０，３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３１…高分子アクチュエータ素子、１１…固定板、１１ａ…凹凸溝、３１…イオン導電性高分子体、３２，３２ｃ…中空円筒、１００，１００Ａ，２００，３００,３００Ａ，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ…アクチュエータシステム、ＢＬ…基準面、Ｃ…筐体、Ｌ１，Ｌ２…対象物（光学レンズ）
【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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