(57)【要約】【課題】  アクチュエータ本体の撓み動作を利用して照光状態の切り替えが可能な高分子アクチュエータを提供する。【解決手段】  アクチュエータ本体１０は、弾性体層２と、弾性体層２の周囲に設けられた第１の電極層３および第２の電極層４で構成されている。第１の電極層３と第２の電極層４に電圧が印加されると、拘束領域１２では電極層３，４が接近するように弾性体層２が変形し、その結果、変形領域１１において弾性体層２がドーム状に変形する。光源７からの光が導電体層２の内部を伝播する際に、変形領域１１で弾性体層２が湾曲することで、光の洩れ状態が変化し、照光状態が切り替えられる。【選択図】図１
2009303325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の高分子材料で形成された弾性体層と、前記弾性体層の両面に設けられて前記弾性体層に変形力を生じさせる電極層とが設けられた高分子アクチュエータにおいて、
前記弾性体層の内部に光を入射する光源が設けられており、前記弾性体層の変形に応じて、前記弾性体層の内部を伝播する光の外部への出射状態が変化することを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項２】
対向する前記電極層間に電圧を印加したときに、前記電極層間に作用する静電引力によって前記電極層間の距離が縮まるように前記弾性体層が変形するもので、前記弾性体層の面方向の変形を拘束する拘束領域と、前記拘束領域で挟まれ且つ前記弾性体層が面方向に拘束されていない変形領域とを有しており、前記変形領域の変形状態によって、前記変形領域の表面からの光の出射状態が変化する請求項１記載の高分子アクチュエータ。
【請求項３】
前記変形領域の表面に間隔を開けて対向する光拡散層が設けられており、前記変形領域が変形して前記光拡散層に密着したときに、前記変形領域の表面から出射する光が前記光拡散層で拡散させられる請求項２記載の高分子アクチュエータ。
【請求項４】
前記弾性体層は電解質層であり、前記電解質層の一方の面に第１の電極層が他方の面に第２の電極層が設けられ、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に、前記第１の電極層が陽極側となる電界が与えられたときに、前記電解質層内の陽イオンが前記第２の電極層側へ変移し、前記第２の電極側が膨張して曲げ変形するものである請求項１記載の高分子アクチュエータ。
【請求項５】
前記電解質層と前記第２の電極層との間で陽イオンが移動可能とされており、前記電解質層と前記第２の電極層との境界が屈折率境界面となって、前記電解質層内を伝播する光が前記屈折率境界面によって前記電解質層内へ反射される請求項４記載の高分子アクチュエータ。
【請求項６】
前記第２の電極層の屈折率が前記電解質層の屈折率よりも低い請求項５記載の高分子アクチュエータ。
【請求項７】
前記電解質層と前記第２の電極層との境界に、陽イオンが通過可能で且つ前記電解質層よりも屈折率が低い透光性の高分子層が介在し、この高分子層と前記電解質層との境界が前記屈折率境界面である請求項５記載の高分子アクチュエータ。
【請求項８】
前記電解質層の端面から光が出射する請求項４ないし７のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電力やイオン移動または酸化還元反応を利用して高分子層に曲げ変形を生じさせる高分子アクチュエータに係り、特に曲げ変形によって光の射出状態を変化させる高分子アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には静電力を利用した高分子アクチュエータが開示されている。この高分子アクチュエータは、シート状のエラストマー層と、このエラストマー層の両面に形成された伸縮自在な電極層とを有している。電極層間に電圧を印加すると、電極層間の静電引力によって電極層間の距離が縮まるようにエラストマー層が収縮し、ポアッソン比に基づいて、エラストマー層が面方向に伸びる。エラストマー層の厚さ方向への変形を拘束する拘束領域と、前記拘束領域で囲まれてエラストマー層が厚さ方向へ拘束されていない変形領域とが設けられており、エラストマー層に面方向への伸びが生じると、前記変形領域において弾性体層が撓み変形させられる。
【０００３】
特許文献２には陽イオンの移動を利用した高分子アクチュエータが開示されている。この高分子アクチュエータは、イオン性物質を含む非導電性高分子によって弾性体層が形成されており、この弾性体層を挟んで電極層が形成されている。電極層間に電界を与えると、前記弾性体層の内部での電荷の分布が非対称になり、その結果、弾性体層の内部に不均な歪みが発生して弾性体層が屈曲変形する。
【特許文献１】特表２００３−５０６８５８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記高分子アクチュエータは、小型電子機器の操作部や表示部などに使用することが可能である。
【０００５】
一方、小型電子機器の操作部や表示部を暗所で見やすくするために、前記操作部や表示部の全体または一部を透光性材料で形成し、ＬＥＤなどの光源を前記操作部や表示部の裏側に重ねて配置し、この光源からの光を前記操作部や表示部に与える構造が一般的に採用されている。
【０００６】
しかし、操作部や表示部の裏側に光源を重ねて配置する構造では、操作部や表示部の奥行き寸法が大きくなり、装置の薄型化や小型化を阻害することになる。また、従来の操作部や表示部において照光状態を切り替えるには、光源への電力の供給を止めたり、または複数の光源への電力の供給を切り替えるなどの、回路上の工夫が必要になり、回路負担が大きくなる。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、高分子アクチュエータを使用した操作部や表示部などの動作機能部において、高分子アクチュエータの動作状態に応じて照光状態を変化させることが可能な高分子アクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、透光性の高分子材料で形成された弾性体層と、前記弾性体層の両面に設けられて前記弾性体層に変形力を生じさせる電極層とが設けられた高分子アクチュエータにおいて、
前記弾性体層の内部に光を入射する光源が設けられており、前記弾性体層の変形に応じて、前記弾性体層の内部を伝播する光の外部への出射状態が変化することを特徴とするものである。
【０００９】
例えば、第１の本発明の高分子アクチュエータは、対向する前記電極層間に電圧を印加したときに、前記電極層間に作用する静電引力によって前記電極層間の距離が縮まるように前記弾性体層が変形するもので、前記弾性体層の面方向の変形を拘束する拘束領域と、前記拘束領域で挟まれ且つ前記弾性体層が面方向に拘束されていない変形領域とを有しており、前記変形領域の変形状態によって、前記変形領域の表面からの光の出射状態が変化するものである。
【００１０】
第１の本発明の高分子アクチュエータは、シート状で透光性の弾性体層の端面から光を入射させ、弾性体層内に光を伝播させる。前記変形領域で弾性体層が変形すると、変形領域において、弾性体層の内部を伝播している光のその表面に対する全反射条件が変化し、その結果、弾性体層の前記表面から洩れる光の量が増加する。よって、弾性体層を変形させるだけで外部への光の出射状態を変化させることができる。
【００１１】
また、第１の本発明は、前記変形領域の表面に間隔を開けて対向する光拡散層が設けられており、前記変形領域が変形して前記光拡散層に密着したときに、前記変形領域の表面から出射する光が前記光拡散層で拡散させられるものであってもよい。
【００１２】
前記変形領域が変形して光拡散層に密着すると、変形領域が変形したときと変形していないときでの、光のコントラストを明瞭にできる。
【００１３】
第２の本発明は、前記弾性体層は電解質層であり、前記電解質層の一方の面に第１の電極層が他方の面に第２の電極層が設けられ、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に、前記第１の電極層が陽極側となる電界が与えられたときに、前記電解質層内の陽イオンが前記第２の電極層側へ変移し、前記第２の電極側が膨張して曲げ変形するものである。
【００１４】
第２の本発明は、前記電解質層と前記第２の電極層との間で陽イオンが移動可能とされ、前記電解質層と前記第２の電極層との境界が屈折率境界面となっており、前記電解質層内を伝播する光が前記屈折率境界面によって前記電解質層内へ反射されるものが好ましい。
【００１５】
電解質層と第２の電極層との境界面に屈折率境界面を形成することにより、電解質層内を伝播する光の損失を低減できる。
【００１６】
例えば、前記第２の電極層の屈折率が前記電解質層の屈折率よりも低い。あるいは、前記電解質層と前記第２の電極層との境界に、陽イオンが通過可能で且つ前記電解質層よりも屈折率が低い透光性の高分子層が介在し、この高分子層と前記電解質層との境界が前記屈折率境界面である。
【００１７】
第２の本発明は、前記電解質層の端面から光が出射するものとして構成できる。電極層間に通電したときに高分子アクチュエータが撓むことにより、前記端面から出射する光の向きを変えることが可能になる。
【００１８】
または、透光性の第２の電極層を備えたものでは、電解質層および第２の電極層が極端に曲がることにより、電解質層と第２の電極との境界面の全反射条件が変化し、光の一部が屈曲部の表面から出射されるものとしても構成できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、高分子アクチュエータの内部に光を伝播させ、弾性体層の変形によって光の出射状態を変化させているため、光源を点滅させることなく、操作部や表示部の照光状態を切り替えることが可能である。
【００２０】
また、光源からの光をアクチュエータの端面から入射させることが可能であり、光源をアクチュエータに重ねて配置したり、アクチュエータと重なる位置に導光部材を別途配置する必要がないために、操作部や表示部などのような照光する箇所の構造を薄型にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態の高分子アクチュエータ１を示す断面図であり、図２は、前記高分子アクチュエータ１による照光状態の切り替え動作を説明する部分拡大説明図である。
【００２２】
図１（Ａ）（Ｂ）に示される高分子アクチュエータ１は、シート状の弾性体層２を有している。弾性体層２は、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂などの絶縁性のエラストマーである。弾性体層２に使用される絶縁性のエラストマーは透光性である。本明細書での透光性とは、内部を光が伝播できる状態であり、透明であるか、または内部に光の伝播を損ねない範囲でフィラーや不純物などが混入されている状態を意味する。
【００２３】
弾性体層２の下側の面である第１の表面２ａに第１の電極層３が密着して設けられ、弾性体層２の上側の面である第２の表面２ｂに、第２の電極層４が密着して設けられている。第１の電極層３と第２の電極層３は導電性エラストマーで形成されている。あるいは、前記第１の電極層３と第２の電極層４は、絶縁性のエラストマーに導電性ポリマーに銀粉やカーボンなどの導電性フィラーが混入されて導電性を呈するように構成されている。
【００２４】
第１の電極層３と第２の電極層４は、弾性体層２とほぼ同じ弾性率を有しており、弾性体層２が面方向に向けて膨張するときに、第１の電極層３と第２の電極層４が一緒に面方向へ膨張することができる。
【００２５】
第１の電極層３には円形の穴３ａが開口し、第２の電極層４にも円形の穴４ａが開口している。第１の電極層３の穴３ａと第２の電極層４の穴４ａは、その中心が弾性体層２の上下において一致している。
【００２６】
弾性体層２および第１の電極層３と第２の電極層４とが重ねられたアクチュエータ本体１０は、その外周縁１０ａが前記穴３ａ，４ａと同心円の円形である。そして、アクチュエータ本体１０の前記外周縁１０ａは、リング状の拘束部材５に固定されて、外周縁１０ａが外側へ膨張変形できないように拘束されている。拘束部材５は、合成樹脂やセラミックなどの非導電性で実質的に変形しない剛性を有する材料で形成されている。
【００２７】
拘束部材５には複数箇所に開口部５ａが形成され、この開口部５ａ内に弾性体層２の端面２ｃが露出している。拘束部材５の外側には、複数箇所に光源７が設けられて、それぞれの光源７が前記開口部５ａ内を経て弾性体２の端面２ｃに対向している。光源７はＬＥＤなどの可視光を発する発光素子である。光源７から発せられる光は、前記端面２ｃから弾性体層２の内部に入射させられる。なお、光源７の周囲が、端面２ｃに向く側以外で遮蔽されており、光源７からの光が弾性体層２が存在する方向以外に洩れにくくすることが好ましい。または、前記光源７と前記端面２ｃとの間に、光源７からの光を弾性体層２の内部に集光させるための集光レンズが設けられていてもよい。
【００２８】
次に、前記第１の実施の形態の高分子アクチュエータ１の動作について説明する。
アクチュエータ本体１０は、穴３ａ，４ａの中心から半径方向の各方向へ均一に張力が与えられた状態で、拘束５の内面に固定されている。アクチュエータ本体１０に対して、放射方向の各方向へ均等な歪みが予め適正に与えられていると、第１の電極層３と第２の電極層４との間に電圧を印加したときに、弾性体層２に面方向に沿う歪みが発生しやすくなる。
【００２９】
図１（Ａ）は、第１の電極層３と第２の電極層４に電圧が印加されていない状態を示している。アクチュエータ本体１０には放射方向へ均等な歪みが予め与えられているため、図１（Ａ）の状態の弾性体層２は、第１の表面２ａと第２の表面２ｂが互いに平行で且つ平坦な状態である。
【００３０】
図１（Ｂ）に示すように、第１の電極層３と第２の電極層４との間に電圧が印加されると、外周の拘束領域１２において両電極層３，４間に挟まれている弾性体層２が絶縁性で且つ誘電体として機能するため、第１の電極層３にプラスの電荷が帯電し、第２の電極層４にマイナスの電荷が帯電する。第１の電極層３と第２の電極層４との間に作用する静電引力により、第１の電極層３と第２の電極層４との間に距離を縮めようとする力が作用する。
【００３１】
弾性体層２はエラストマーであるため、第１の電極層３と第２の電極層４の距離が縮むように厚さ方向へ収縮変形するとともに、エラストマー材料に由来するポアッソン比に基づいて、弾性体層２に面方向への伸び歪みが発生する。このとき、エラストマーで形成されている第１の電極層３と第２の電極層４も弾性体層２と一体となって面方向へ伸び歪みを生じる。
【００３２】
第１の電極層３と第２の電極層４とが設けられている拘束領域１２で、弾性体層２および第１の電極層３と第２の電極層４が面方向に伸びようとするが、アクチュエータ本体１０の外周縁１０ａが拘束部材５で拘束されているため、アクチュエータ本体１０が中心に向かって伸びようとし、前記穴３ａ，４ａの直径が縮むように変形する。その結果、穴３ａ，４ａの内部である変形領域１１内の弾性体層２が、図１（Ｂ）に示すようにドーム状に変形する。
【００３３】
穴３ａ，４ａの内部に位置する弾性体層２は、図１の上方向と下方向のいずれの方向へもドーム状に変形することができる。しかし、弾性体層２の第１の表面２ａに無機フィラーを薄く混入させたり、または第２の表面２ｂに面粗れの表面処理を施すことなどして、第１の表面２ａよりも第２の表面２ｂの弾性率をほんのわずかだけ低下させることで、穴３ａ，４ａ内に位置する弾性体層２を必ず上向きに変形させることができる。
【００３４】
図２は、前記弾性体層２内の光の伝播状態を模式的に示す説明図である。
図１（Ａ）に示すように第１の電極層３と第２の電極層４の間に電圧が印加されていない状態では、弾性体層２の第１の表面２ａと第２の表面２ｂは互いに平行な平面である。このとき、図２に示すように、端面２ｃから入射した光Ｌ１の多くは、第１の表面２ａと空気層との境界面および第２の表面２ｂと空気層との境界面に対して全反射条件を維持し、弾性体層２内を伝播しやすくなり、第１の表面２ａと第２の表面２ｂから空気層内に出射する光の量がわずかとなる。よって、図１（Ａ）に示すアクチュエータ本体１０を上方から見たときに、弾性体層２はさほど明るく照らされない。
【００３５】
図１（Ｂ）に示すように第１の電極層３と第２の電極層４との間に電圧が印加され、穴３ａ，４ａの内側の変形領域１１において弾性体層２がドーム状に湾曲すると、図２に示すように、湾曲した弾性体層２内を通過する光Ｌ２のうちの、第２の表面２ｂと空気層との境界面への入射角度が全反射条件を満たさない割合が、図１（Ａ）のときよりも高くなる。そのため、湾曲している弾性体層２の第２の表面２ｂから出射する光Ｌ３が増え、第２の表面２ｂを見たときに、ドーム状に湾曲した弾性体層２が照らされるようになる。
【００３６】
ここで、第２の電極層４を光を透過しないように、暗色や金属色にしておくと、変形領域１１内でのみ、ドーム状の弾性体層２が明るく照らされるようになる。
【００３７】
前記高分子アクチュエータ１では、光源７を点灯させたままで、変形領域１１において弾性体層２をドーム状に変形させたときに、その弾性体層２の照光状態を明るく切り替えることができる。よって、携帯用機器の操作面などに前記変形領域１１を多数並べて配置すると、弾性体層２が変形した箇所が他の領域よりも明るく照らされることになる。例えば、使用者の指が明るく照らされた弾性体層２の部分に触れたことを図示しない静電センサなどで検知することにより、使用者が操作しやすい操作装置を構成することができる。
【００３８】
図３（Ａ）（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ａを動作別に示す断面図である。
【００３９】
図３（Ａ）（Ｂ）に示す高分子アクチュエータ１Ａは、アクチュエータ本体１０の構造が、図１（Ａ）（Ｂ）に示した高分子アクチュエータ１と実質的に同じである。よって、アクチュエータ本体１０に関しては、図１（Ａ）（Ｂ）と同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００４０】
図３（Ａ）に示すように、高分子アクチュエータ１Ａは、アクチュエータ本体１０が変形していないときに、弾性体層２の第２の表面２ｂに距離を開けて対向する光拡散層２１が設けられている。光拡散層２１の表面２１ａは、中心部分を除いてマスク層２２で覆われている。マスク層２２は塗料層や金属層であり、この部分は光が透過できない。マスク層２２で覆われていない中心部分が表示領域１３である。この表示領域１３は円形であり、前記第２の電極層４の穴４ａと中心が一致しており、且つ前記穴４ａよりも直径がやや小さい。
【００４１】
光拡散層２１は、その裏面２１ｂに与えられた光を乱反射させ拡散させて前記表示領域１３から出射できるようにしたものである。例えば、光拡散層２１は、透明なプラスチック板またはガラス板であり、アクチュエータ本体１０に対向する裏面２１ｂが粗く処理されており、裏面での光の乱反射率が高められている。あるいは、光拡散層２１の表面２１ａの面が粗く処理されて、表面２１ａにおいて光の乱反射率が高められている。または、透明なプラスチック板やガラス板内に白色の無機フィラーなどが混入されて、内部で光の乱反射効率を高めたものであってもよい。
【００４２】
この高分子アクチュエータ１Ａは、図３（Ａ）に示すように、変形領域１１内の弾性体層２が変形していないときには、弾性体層２と光拡散層２１との間に空気層が介在しているために、光源７から発せられた光が弾性体層２内を伝播していても、表示領域１３が明るく照らされることはない。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すように、光源７の点灯を継続したまま、第１の電極層３と第２の電極層４との間に電圧が印加されると、変形領域１１において弾性体層２が突出変形し、表示領域１３において、弾性体層２が光拡散層２１の裏面２１ｂに密着する。その結果、光源７から与えられて弾性体層２内を伝播する光が、第２の表面２ｂから光拡散層２１に与えられ、光拡散層２１によって乱反射させられる。よって、表示領域１３が明るく表示される。
【００４４】
例えば、携帯用機器において、変形領域１１および表示領域１３を複数配列しておくと、弾性体層２が変形した部分でのみ表示領域１３が明るく照らされる。操作者が明るく照らされている表示領域１３に指を触れたときに、その接触状態を図示しない静電センサで検知できるように構成することで、照光可能な操作部を形成できる。あるいは、表示領域１３を携帯用機器などにおいてモードの表示部として使用することもできる。
【００４５】
図４は本発明の第３の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ｂに設けられた弾性体層３２の一部を示す拡大断面図である。
【００４６】
図４に示す弾性体層３２は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すアクチュエータ本体１０の変形領域１１に相当する部分を拡大して示している。弾性体層３２は、導光層３０と、この導光層３０の表面に設けられた拡散層３１とが一体化されている。導光層３０は、透明な電気活性ポリマーで形成されており、拡散層３１は、電気発生ポリマーの内部に光を乱反射させる白色の無機フィラーなどが混入されたものであり、または単に表面３１ａの面を粗く加工したものである。
【００４７】
この高分子アクチュエータ１Ｂは、図１（Ａ）と同様に、弾性体層３２が平坦なときにおいて、導光層３０内を伝播する光が拡散層３１で拡散して、拡散層３１を外部から目視したときに弾性体層３２が明るく照らされる。図４に示すように、弾性体層３２が、導光層３０が凸側に向くようにドーム状に変形すると、導光層３０内を伝播する光が導光層３０と拡散層３１との境界面に対して全反射条件を満たさなくなる確率が高くなり、拡散層３１内に入り込む光の量が多くなる。よって、図４に示すように弾性体層３２が変形したときには、弾性体層３２が平坦なときに比較して、拡散層３１がさらに明るく照らされるようになる。
【００４８】
図５（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の高分子アクチュエータ１０１を示す断面図である。
【００４９】
図５に示す高分子アクチュエータ１０１は、シート状のアクチュエータ本体１１０を有している。このアクチュエータ本体１１０は、弾性体層１０２の一方の面の全域に第１の電極層１０３が積層され、弾性体層１０２の他方の面の全域に第２の電極層１０４が積層されている。弾性体層１０２は、図１と図３に示す弾性体層５と同じ絶縁性エラストマー形成されており、第１の電極層１０３と第２の電極層１０４は、図１と図２に示す第１の電極層３および第２の電極層４と同様に導電性のエラストマーで形成されている。
【００５０】
アクチュエータ本体１１０は、下側の拘束部材１０５ａと上側の拘束部材１０５ｂとで挟まれている。拘束部材１０５ａ，１０５ｂは合成樹脂材料などの剛性の高い絶縁材料で形成されており、下側の拘束部材１０５ａは円形の穴１０６ａを有し、上側の拘束部材１０５ｂは円形の穴１０６ｂを有している。拘束部材１０５ａと拘束部材１０５ｂは穴１０６ａと穴１０６ｂの中心が一致するように重ねられている。アクチュエータ本体１１０は前記穴１０６ａ，１０６ｂ内に露出しており、この部分が変形領域１１１である。また、その周囲の拘束部材１０５ａ，１０５ｂでアクチュエータ本体１１０が挟まれている領域が拘束領域１１２である。
【００５１】
また、アクチュエータ本体１１０は、変形領域１１１の中心から放射方向の各向きに均等な歪みが予め与えられた状態で、前記拘束部材１０５ａ，１０５ｂで保持されて拘束されている。
【００５２】
図５（Ａ）は、第１の電極層１０３と第２の電極層１０４に電圧が印加されていない状態であり、アクチュエータ本体１１０は平坦な状態である。
【００５３】
図５（Ｂ）に示すように、第１の電極層１０３と第２の電極層１０４の間に電圧が印加されると、拘束部材１０５ａ，１０５ｂで拘束されていない変形領域１１１において、第１の電極層１０３と第２の電極層１０４の距離が接近するように、弾性体層１０２がその厚みが収縮するように変形する。その結果、変形領域１１１内では弾性体層１０２および電極層１０３，１０４に面方向への伸びが発生する。変形領域１１１内のアクチュエータ本体１１０は、その周囲が拘束領域１１２で拘束されているために、図５（Ｂ）に示すように、変形領域１１１において、アクチュエータ本体１１０がドーム状に変形する。
【００５４】
また、第１の電極層１０３側と第２の電極層１０４側とで、弾性体層１０２の表面の弾性率にわずかな差を持たせておくことにより、アクチュエータ本体１１０を常に同じ向きに撓ませることが可能である。
【００５５】
図５（Ａ）（Ｂ）に示す高分子アクチュエータ１０１において、第２の電極層１０４を透明に形成し、その屈折率を弾性体層１０２と同じに設定し、あるいは第２の電極層１０４の屈折率を弾性体層１０２の屈折率よりも高く設定しておくと、この高分子アクチュエータ１０１を使用して、図１（Ａ）（Ｂ）に示すのと同じ照光動作の切り替えができ、また図３（Ａ）（Ｂ）と同じ照光動作の切り替えができる。
【００５６】
また、第２の電極層１０４に導電性フィラーなどを混入して内部で光を乱反射させるように構成すると、第２の電極層１０４が、図４に示す拡散層３１と同等に機能できるようになる。
【００５７】
なお、図１（Ａ）（Ｂ）に示すアクチュエータ本体１０は、変形領域１１が円形であり、円形の変形領域１１内の弾性体層２がドーム状に変形するものであるが、変形領域１１が紙面と直交する方向へ帯状に延び、その左右両側が拘束領域１２，１２とされ、変形領域１１内の弾性体層２が円筒面の一部となるように変形するものであってもよい。これは、図３（Ａ）（Ｂ）および図５（Ａ）（Ｂ）に示す実施の形態においても同じである。
【００５８】
また、図３（Ａ）（Ｂ）に示す実施の形態において、表示領域１３内に位置する光拡散層２１がドーム状に湾曲しており、図３（Ｂ）に示すように変形した弾性体層２がドーム状の光拡散層２１の内面に広い範囲で密着するものであってもよい。
【００５９】
図６（Ａ）（Ｂ）は本発明の第５の実施の形態の高分子アクチュエータ２０１の動作原理を示し、図７は高分子アクチュエータ２０１の照光状態の切り替え動作を示している。
【００６０】
この高分子アクチュエータ２０１は、陽イオンの移動を利用したイオン導電型アクチュエータとして機能するアクチュエータ本体２１０を有している。
【００６１】
図６（Ａ）（Ｂ）に示すようにアクチュエータ本体２１０は、電解質層である弾性体層２０２と、この弾性体層２０２の一方の面に設けられた第１の電極層２０３と、弾性体層２０２の他方の面に設けられた第２の電極層２０４とが重ねられて構成されている。
【００６２】
弾性体層２０２は、イオン交換が可能な電解質層であり、陽イオン交換樹脂に電解質である電解液が含浸されたものである。陽イオン交換樹脂は、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やカルボキシル基などの親水性官能基が導入されたものである。電解液は、塩を含有する分極性有機溶媒やイオン性液体などである。弾性体層２０２内では、陰イオンが陽イオン交換樹脂内に結合し、陽イオンのみが自由に移動できる状態である。
【００６３】
第１の電極層２０３および第２の電極層２０４は、前記陽イオン交換樹脂に電解液を含浸した弾性体層２０２の表面に、金などの導電性材料をスパッタやメッキすることで形成されている。
【００６４】
図６（Ｂ）に示すように、第１の電極層２０３が陽極側になり第２の電極層２０４が陰極側となるように、弾性体層２０２に電界が与えられると、弾性体層２０２内の陽イオンおよび極性分子が陰極側である第２の電極層２０４へ偏移する。その結果、第２の電極層２０４側において弾性体層２０２の体積が膨張し、曲げ応力が発生して、図６（Ｂ）に示すように、アクチュエータ本体２１０に曲げが発生する。
【００６５】
図７に示すように、アクチュエータ本体２１０は、その基端部が拘束部材２０５ａと拘束部材２０５ｂとで挟まれて、片持ち支持されている。片持ち支持されている弾性体層２０２の基端面２０２ｃが光入射端面であり、光源７から発せられた光がこの光入射端面に入射される。そして、自由端側の弾性体層２０２の先端面２０２ｄが光出射端面である。
【００６６】
アクチュエータ本体２１０の上方には光拡散層２２１が設けられている。光拡散層２２１の表面にはマスク層２２２が設けられており、このマスク層２２２が欠如している部分が表示領域２１３である。
【００６７】
光源７からの光は、基端面２０２ｃから弾性体層２０２内に入射されて、弾性体層２０２の内部を伝播して先端面２０２ｄから出射する。
【００６８】
アクチュエータ本体２１０が、図７に破線で示すように撓んでいないときは、表示領域２１３が照光されない。第１の電極層２０３と第２の電極層２０４との間に電界が印加され、アクチュエータ本体２１０が図７において実線で示すように撓み変形すると、弾性体層２０２の先端面２０２ｄが表示領域２１３において光拡散層２２１に対向し、表示領域２１３が照光される。すなわち、アクチュエータ本体２１０の照光によって表示領域２１３を点灯させることができる。
【００６９】
なお、表示領域２１３を有する光拡散層２２１が、先端面２０２ｄと対向できる複数の場所に配置されており、アクチュエータ本体２１０の撓み量を変化させて、先端面２０２ｄを複数の表示領域２１３に対して切り替えて順番に対向させることができるようにして、複数の表示領域を順番に選択して照光させることも可能である。
【００７０】
次に、図６に示すアクチュエータ本体２０１の弾性体層２０２と第１の電極層２０３との間、および弾性体層２０２と第２の電極層２０４との間に、弾性体層２０２よりも屈折率の低い層を設けることができる。この場合、弾性体層２０２と屈折率の低い前記層との境界を屈折率境界面にでき、弾性体層２０２内を伝播する光の伝播効率を高めることができる。この場合に、前記屈折率の低い層は、弾性体層２０２と同様に、陽イオン交換樹脂に電解液が含浸された電界質層としておけば、屈折率の低い層を設けても、弾性体層２０２内から第２の電極層２０４への陽イオンの移動を阻害することがない。すなわち、弾性体層２０２を三層構造とし、中央の層よりも上下の層の屈折率を低く構成することで、弾性体層２０の内部での光の伝播効率を高めることができる。
【００７１】
この構成は、図７のアクチュエータ本体２１０にも適用できる。
図６に示すアクチュエータ本体２０１と図７に示すアクチュエータ本体２１０では、第１の電極層２０３と第２の電極層２０４とが導電性材料をスパッタやメッキで付着させることで形成されている。ただし、第１の電極層２０３と第２の電極層２０４を弾性体層２０２と同じ陽イオン交換樹脂に電解液を含浸させた電解質層として構成し、その内部に導電性フィラーを混入させることで構成することができる。
【００７２】
この場合に、弾性体層２０２と、導電性フィラーを混入した第１の電極層２０３および第２の電極層２０４を熱プレスして接合することで構成できる。
【００７３】
この場合に、第１の電極層２０３および第２の電極層２０４を構成する陽イオン交換樹脂の屈折率を弾性体層２０２の屈折率よりも低くすることで、光反射の境界面を形成して、弾性体層２０２内の光の伝播効率を高めることも可能である。
【００７４】
さらに、第２の電極層２０４を陽イオン交換膜に電解液と導電性フィラーを混入して形成すると共に透光性とし、電解質層である弾性体層２０２と第２の電極層２０４とが極端に曲がることにより、弾性体層２０２と第２の電極層２０４との境界面の全反射条件が変化し、光の一部が屈曲部において第２の電極層２０４の表面から出射されるものとしても構成できる。この場合、アクチュエータ本体２１０が凸状に変形したときに、凸側に多くの光が出射するようになり、第２の電極層２０４側を照光面として使用することができる。
【００７５】
または、第２の電極層２０４を光拡散層とし、図４に示す拡散層３１と同様に機能させてもよい。
【００７６】
また、弾性体層２０２および各電極層２０３，２０４を、ポリフッ化ビニリデンなどのベースポリマーにイオン性液体が混入されてゲル状とされたものであって且つ内部で陽イオンが移動できるもので構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態の高分子アクチュエータを動作別に示す断面図、
【図２】第１の実施の形態の高分子アクチュエータの照光動作を示す部分拡大説明図、
【図３】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態の高分子アクチュエータを動作別に示す断面図、
【図４】本発明の第３の実施の形態の高分子アクチュエータの照光動作を示す部分拡大説明図、
【図５】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第４の実施の形態の高分子アクチュエータを動作別に示す断面図、
【図６】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第５の実施の形態の高分子アクチュエータを動作別に示す断面図、
【図７】第５の実施の形態の高分子アクチュエータの照光動作を示す部分拡大説明図、
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ  高分子アクチュエータ
２  弾性体層
３  第１の電極層
４  第２の電極層
５  拘束部材
７  光源
１０  アクチュエータ本体
１１  変形領域
１２  拘束領域
１３  表示領域
２１  光拡散層
２２  マスク層
３０  導光層
３１  拡散層
１０１  高分子アクチュエータ
１０２  弾性体層
１０３  第１の電極層
１０４  第２の電極層
１０５ａ，１０５ｂ  拘束部材
１１０  アクチュエータ本体
２０１  高分子アクチュエータ
２０２  弾性体層（電解質層）
２０３  第１の電極層
２０４  第２の電極層
２１３  表示領域
【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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