JP2002246670A - アクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents
アクチュエータ及びその製造方法Info
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- JP2002246670A JP2002246670A JP2001043397A JP2001043397A JP2002246670A JP 2002246670 A JP2002246670 A JP 2002246670A JP 2001043397 A JP2001043397 A JP 2001043397A JP 2001043397 A JP2001043397 A JP 2001043397A JP 2002246670 A JP2002246670 A JP 2002246670A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気刺激入力により比較的速い応答速度で制
御性良く伸縮動作を行わせることができ、圧電素子とし
て比較して充分大きな変位を得ることができ、しかも特
定の方向に伸縮動作を行わせることができ、溶液供給系
も不要であり、バランスの良い特性を有するアクチュエ
ータ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 （００１）導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１上
に層間化合物であるＫＴｉＮｂＯ5 薄膜を形成し、その
イオン交換を行ってＨＴｉＮｂＯ5 薄膜を形成し、更に
このＨＴｉＮｂＯ5 薄膜に対してトリメチルステアリル
アンモニウムイオン（ＴＭＳＡ）のインターカレーショ
ンを行うことにより（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２を形成す
る。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２上に上部電極３を形成
し、ＳｒＴｉＯ3 基板１の裏面に下部電極４を形成して
薄膜アクチュエータを構成する。上部電極３と下部電極
４との間に電圧を印加することにより伸縮動作を行わせ
る。
御性良く伸縮動作を行わせることができ、圧電素子とし
て比較して充分大きな変位を得ることができ、しかも特
定の方向に伸縮動作を行わせることができ、溶液供給系
も不要であり、バランスの良い特性を有するアクチュエ
ータ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 （００１）導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１上
に層間化合物であるＫＴｉＮｂＯ5 薄膜を形成し、その
イオン交換を行ってＨＴｉＮｂＯ5 薄膜を形成し、更に
このＨＴｉＮｂＯ5 薄膜に対してトリメチルステアリル
アンモニウムイオン（ＴＭＳＡ）のインターカレーショ
ンを行うことにより（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２を形成す
る。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２上に上部電極３を形成
し、ＳｒＴｉＯ3 基板１の裏面に下部電極４を形成して
薄膜アクチュエータを構成する。上部電極３と下部電極
４との間に電圧を印加することにより伸縮動作を行わせ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、アクチュエータ
及びその製造方法に関し、特に、層状化合物を用いたア
クチュエータ、より詳細には無機ホスト層と有機ゲスト
分子との物理化学的性質の差異を活用した有機無機複合
アクチュエータに適用して好適なものである。
及びその製造方法に関し、特に、層状化合物を用いたア
クチュエータ、より詳細には無機ホスト層と有機ゲスト
分子との物理化学的性質の差異を活用した有機無機複合
アクチュエータに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】アクチュエータに関しては、古くから流
体圧を利用するもの（油圧・空圧）、電磁モータ、電歪
（圧電）素子、形状記憶合金を用いたもの等、多くのも
のが提案されており、それぞれ適した用途で実用化され
ているのは周知の事実である。しかしながら、いわゆる
人工筋肉としての使用に耐え得る、発生力・応答速度・
変位量或いは出力重量比等々を、バランス良く兼ね備え
た材料は未だ開発されていないのが現状である。この目
的のため、現在最も鋭意研究されているのは、高分子ゲ
ル（例えば、米国特許第５２５０１６７号、米国特許第
５３８９２２２号）である。これは電圧印加、周囲の溶
液濃度等の環境変化で膨潤・収縮するもので、出力は生
体筋に比較的近いものが実現できる可能性がある一方、
強度・耐久性に問題があると言われており、異方性がな
いために特定の方向に伸縮動作できないのが欠点であ
る。また、通常溶液を使用するため、溶液供給系が必要
になるというデメリットもある。更に、最近、高分子エ
ラストマーを用いて生体筋に近い特性を得たとの報告も
ある（Science,vol.287,836)が、これは基本的に静電気
力を用いるものであるため、１ＭＶ／ｃｍ程度の極めて
大きな電界を印加することが必要であり、巨視的スケー
ルで動作させるにはさらなるブレークスルーが必要にな
ると考えられる。
体圧を利用するもの（油圧・空圧）、電磁モータ、電歪
（圧電）素子、形状記憶合金を用いたもの等、多くのも
のが提案されており、それぞれ適した用途で実用化され
ているのは周知の事実である。しかしながら、いわゆる
人工筋肉としての使用に耐え得る、発生力・応答速度・
変位量或いは出力重量比等々を、バランス良く兼ね備え
た材料は未だ開発されていないのが現状である。この目
的のため、現在最も鋭意研究されているのは、高分子ゲ
ル（例えば、米国特許第５２５０１６７号、米国特許第
５３８９２２２号）である。これは電圧印加、周囲の溶
液濃度等の環境変化で膨潤・収縮するもので、出力は生
体筋に比較的近いものが実現できる可能性がある一方、
強度・耐久性に問題があると言われており、異方性がな
いために特定の方向に伸縮動作できないのが欠点であ
る。また、通常溶液を使用するため、溶液供給系が必要
になるというデメリットもある。更に、最近、高分子エ
ラストマーを用いて生体筋に近い特性を得たとの報告も
ある（Science,vol.287,836)が、これは基本的に静電気
力を用いるものであるため、１ＭＶ／ｃｍ程度の極めて
大きな電界を印加することが必要であり、巨視的スケー
ルで動作させるにはさらなるブレークスルーが必要にな
ると考えられる。
【０００３】一方、層間化合物のインターカレーション
反応をアクチュエータに利用しようとする考えがある。
これまでに提案されているものでは、黒鉛層間化合物層
を伸縮部位として備え、この伸縮部位の膨張または収縮
を形状変位動作に利用するよう構成したアクチュエータ
（特開平２−１３１３７６号公報）、粘土鉱物の層間に
有機陽イオンとインターカラントが保持され、外部環境
の変化に応じてインターカラントの出入りが可能で、そ
れに応じて層間距離も変化するもの（特開平２−２９３
３１５号公報、特開平２−２９２０８４号公報）、銀イ
オン導電性固体電解質等の酸化還元反応に伴う可逆的な
体積変化を利用するアクチュエータ（特開平４−１２７
８８５号公報）等がある。これらは、全て電気化学的反
応を利用するものである。また、無機層状化合物の層間
に有極性化合物（特開平５−１１０１５３号公報）また
は疎水化イオン（特開平６−１２５１２０号公報）をイ
ンターカレートさせた材料に電界を印加することによ
り、層間分子の配向状態を変化させるアクチュエータも
提案されている。更に、層間領域に粒子線または電磁波
との相互作用によって分子または電子構造が変化する化
学種を包接させた位置記録材料（特開平２−１０３０３
３号公報）、粘土の層間の厚さを、光を当てることによ
り制御する材料（Materials Research Bulletin,33(199
8)1693、特開平１１−２７９１３４号公報、毎日新聞朝
刊１９９９年１２月６日）等、光駆動によるアクチュエ
ータも提案されている。
反応をアクチュエータに利用しようとする考えがある。
これまでに提案されているものでは、黒鉛層間化合物層
を伸縮部位として備え、この伸縮部位の膨張または収縮
を形状変位動作に利用するよう構成したアクチュエータ
（特開平２−１３１３７６号公報）、粘土鉱物の層間に
有機陽イオンとインターカラントが保持され、外部環境
の変化に応じてインターカラントの出入りが可能で、そ
れに応じて層間距離も変化するもの（特開平２−２９３
３１５号公報、特開平２−２９２０８４号公報）、銀イ
オン導電性固体電解質等の酸化還元反応に伴う可逆的な
体積変化を利用するアクチュエータ（特開平４−１２７
８８５号公報）等がある。これらは、全て電気化学的反
応を利用するものである。また、無機層状化合物の層間
に有極性化合物（特開平５−１１０１５３号公報）また
は疎水化イオン（特開平６−１２５１２０号公報）をイ
ンターカレートさせた材料に電界を印加することによ
り、層間分子の配向状態を変化させるアクチュエータも
提案されている。更に、層間領域に粒子線または電磁波
との相互作用によって分子または電子構造が変化する化
学種を包接させた位置記録材料（特開平２−１０３０３
３号公報）、粘土の層間の厚さを、光を当てることによ
り制御する材料（Materials Research Bulletin,33(199
8)1693、特開平１１−２７９１３４号公報、毎日新聞朝
刊１９９９年１２月６日）等、光駆動によるアクチュエ
ータも提案されている。
【０００４】以上のアクチュエータのうち、電気化学的
反応を利用するものは、電圧または電流の入力であり、
制御性に優れるものの、本質的に物質移動を伴うため、
応答速度に限界がある。電界による層間分子の配向状態
を変化させるものは、圧電素子とほぼ同程度である０．
１％程度以下の極めて微少な変位しか実現されていな
い。光駆動のものは、４％もの大きな変位が得られるも
のの、収縮に1 時間程度の紫外線照射、伸長には２日間
の室温放置及び１時間の５０℃でのアニールが必要（Ma
terials Research Bulletin,33(1998)1693）という状況
で、やはり応答速度は実用的なレベルではない。一方、
例えば有機無機複合系の一種であり、エキシトン発光レ
ーザ用の材料として研究されている（ｎ−Ｃ10Ｈ21ＮＨ
3 ）2 ＰｂＩ4 等の系で、格子定数が温度変化により１
０％程度変化する、という報告がある（Solid State Co
mmunication,77(1991)923)。しかしながら、これは電気
刺激入力ではなく、またアクチュエータ応用を意図した
ものでもない。
反応を利用するものは、電圧または電流の入力であり、
制御性に優れるものの、本質的に物質移動を伴うため、
応答速度に限界がある。電界による層間分子の配向状態
を変化させるものは、圧電素子とほぼ同程度である０．
１％程度以下の極めて微少な変位しか実現されていな
い。光駆動のものは、４％もの大きな変位が得られるも
のの、収縮に1 時間程度の紫外線照射、伸長には２日間
の室温放置及び１時間の５０℃でのアニールが必要（Ma
terials Research Bulletin,33(1998)1693）という状況
で、やはり応答速度は実用的なレベルではない。一方、
例えば有機無機複合系の一種であり、エキシトン発光レ
ーザ用の材料として研究されている（ｎ−Ｃ10Ｈ21ＮＨ
3 ）2 ＰｂＩ4 等の系で、格子定数が温度変化により１
０％程度変化する、という報告がある（Solid State Co
mmunication,77(1991)923)。しかしながら、これは電気
刺激入力ではなく、またアクチュエータ応用を意図した
ものでもない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような状況下、電
圧・電流等、制御性の良い電気刺激を入力して伸縮動作
が可能で、圧電素子と比較して充分大きな変位が得ら
れ、かつ電気化学的物質移動を伴うアクチュエータや上
述した光駆動素子よりも応答速度の速いアクチュエータ
が実現できれば、人工筋に求められるバランス良い特性
が得られることになる。また、高分子ゲルのように異方
性がなかったり、あるいは溶液供給系が必要になるとい
った欠点もない。
圧・電流等、制御性の良い電気刺激を入力して伸縮動作
が可能で、圧電素子と比較して充分大きな変位が得ら
れ、かつ電気化学的物質移動を伴うアクチュエータや上
述した光駆動素子よりも応答速度の速いアクチュエータ
が実現できれば、人工筋に求められるバランス良い特性
が得られることになる。また、高分子ゲルのように異方
性がなかったり、あるいは溶液供給系が必要になるとい
った欠点もない。
【０００６】したがって、この発明が解決しようとする
課題は、制御性良く伸縮動作を行わせることができ、圧
電素子と比較して充分大きな変位を得ることができ、し
かも異方性があることにより特定の方向に伸縮動作を行
わせることができる固体変位素子としてのアクチュエー
タ及びその製造方法を提供することにある。この発明が
解決しようとする他の課題は、電気刺激入力により速い
応答速度で制御性良く伸縮動作を行わせることができ、
圧電素子と比較して充分大きな変位を得ることができ、
しかも異方性があることにより特定の方向に伸縮動作を
行わせることができ、溶液供給系も不要であり、バラン
スの良い特性を有する固体変位素子としてのアクチュエ
ータ及びその製造方法を提供することにある。
課題は、制御性良く伸縮動作を行わせることができ、圧
電素子と比較して充分大きな変位を得ることができ、し
かも異方性があることにより特定の方向に伸縮動作を行
わせることができる固体変位素子としてのアクチュエー
タ及びその製造方法を提供することにある。この発明が
解決しようとする他の課題は、電気刺激入力により速い
応答速度で制御性良く伸縮動作を行わせることができ、
圧電素子と比較して充分大きな変位を得ることができ、
しかも異方性があることにより特定の方向に伸縮動作を
行わせることができ、溶液供給系も不要であり、バラン
スの良い特性を有する固体変位素子としてのアクチュエ
ータ及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上記の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。そ
の結果、アクチュエータの伸縮動作を担うホスト材料と
して、層間の物質状態の変化を層間距離の変化として巨
視的スケールで取り出し得る層間化合物を選択し、これ
にインターカレーションの手法で有機ゲストイオンを層
間物質として導入するのが有効であるという結論に至っ
た。そして、適切な材料選択及びプロセス条件の最適化
によりこの有機無機複合系の導電率を制御した上で、電
気刺激入力、例えば電圧印加を行うことにより、適切に
ジュール熱を発生せしめ、有機分子の状態の変化、すな
わち相変化を起こさせ、結果として通常の熱膨張では達
成出来ない異方性をもった大きな変位を創出することが
可能になる。
有する上記の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。そ
の結果、アクチュエータの伸縮動作を担うホスト材料と
して、層間の物質状態の変化を層間距離の変化として巨
視的スケールで取り出し得る層間化合物を選択し、これ
にインターカレーションの手法で有機ゲストイオンを層
間物質として導入するのが有効であるという結論に至っ
た。そして、適切な材料選択及びプロセス条件の最適化
によりこの有機無機複合系の導電率を制御した上で、電
気刺激入力、例えば電圧印加を行うことにより、適切に
ジュール熱を発生せしめ、有機分子の状態の変化、すな
わち相変化を起こさせ、結果として通常の熱膨張では達
成出来ない異方性をもった大きな変位を創出することが
可能になる。
【０００８】この発明は、上記の知見に基づいて更に種
々検討を行った結果、案出されたものである。すなわ
ち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明
は、層状化合物の層間物質の状態を変化させることによ
り層間距離を変化させ、伸縮動作を行わせるようにした
ことを特徴とするアクチュエータである。
々検討を行った結果、案出されたものである。すなわ
ち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明
は、層状化合物の層間物質の状態を変化させることによ
り層間距離を変化させ、伸縮動作を行わせるようにした
ことを特徴とするアクチュエータである。
【０００９】この発明の第２の発明は、層状化合物の層
間物質の状態を変化させることにより層間距離を変化さ
せ、伸縮動作を行わせるようにしたアクチュエータの製
造方法であって、層状化合物としてイオン交換可能な第
１の層間化合物を基板の一方の主面上に形成する工程
と、第１の層間化合物に対してイオン交換を行うことに
より第２の層間化合物を形成する工程と、第２の層間化
合物に対して層間物質のインターカレーションを行うこ
とにより第３の層間化合物を形成する工程とを有するこ
とを特徴とするものである。
間物質の状態を変化させることにより層間距離を変化さ
せ、伸縮動作を行わせるようにしたアクチュエータの製
造方法であって、層状化合物としてイオン交換可能な第
１の層間化合物を基板の一方の主面上に形成する工程
と、第１の層間化合物に対してイオン交換を行うことに
より第２の層間化合物を形成する工程と、第２の層間化
合物に対して層間物質のインターカレーションを行うこ
とにより第３の層間化合物を形成する工程とを有するこ
とを特徴とするものである。
【００１０】この発明において、層状化合物の層間物質
の状態変化は相変化、具体的には、温度変化による相変
化あるいは電気刺激（電圧、電流）の入力により生ずる
相変化である。この相変化は可逆、不可逆のいずれであ
ってもよい。また、例えば、所定の温度付近で温度変化
による伸縮動作は、この所定の温度付近より高い温度及
び低い温度での変化による伸縮動作よりも大きい。この
所定の温度は通常、層状化合物の組成に依存する。気刺
激入力による相変化を用いる場合には、典型的には、層
状化合物を第１の電極及び第２の電極で直接または間接
的に挟んだ構造とする。
の状態変化は相変化、具体的には、温度変化による相変
化あるいは電気刺激（電圧、電流）の入力により生ずる
相変化である。この相変化は可逆、不可逆のいずれであ
ってもよい。また、例えば、所定の温度付近で温度変化
による伸縮動作は、この所定の温度付近より高い温度及
び低い温度での変化による伸縮動作よりも大きい。この
所定の温度は通常、層状化合物の組成に依存する。気刺
激入力による相変化を用いる場合には、典型的には、層
状化合物を第１の電極及び第２の電極で直接または間接
的に挟んだ構造とする。
【００１１】ここで、この層間物質の状態変化には、電
界印加により極性分子が単に配向分極する場合や、光照
射により分子がシス−トランス転移を起こす場合や、層
間物質が層状化合物を出入りする場合は含まれないもの
とする。また、層間物質の状態変化による層間距離の変
化には、単なる熱膨張によるものは含まれないものとす
る。この層間物質の状態変化は、具体的には、分子の傾
斜角度、キンクの発生等で、結果的に層間距離の変化を
生ずるものを言う。
界印加により極性分子が単に配向分極する場合や、光照
射により分子がシス−トランス転移を起こす場合や、層
間物質が層状化合物を出入りする場合は含まれないもの
とする。また、層間物質の状態変化による層間距離の変
化には、単なる熱膨張によるものは含まれないものとす
る。この層間物質の状態変化は、具体的には、分子の傾
斜角度、キンクの発生等で、結果的に層間距離の変化を
生ずるものを言う。
【００１２】層状化合物は、典型的には、イオン交換可
能な層間化合物である。これらの例は、例えば、セラミ
ックス 31(1996)414等にまとめられているように、ＫＬ
ａＮｂ2 Ｏ7 、ＲｂＮｄＮｂ2 Ｏ7 、ＲｂＢｉＮｂ2 Ｏ
7 、ＫＣａ2 Ｎｂ3 Ｏ10、Ｎａ2 Ｇｄ2 Ｔｉ3 Ｏ10、Ｋ
2 Ｌａ2 Ｔｉ3 Ｏ10、Ｋ1-x Ｌａx Ｃａ2-x Ｎｂ
3 Ｏ 10、ＲｂＣａ2 Ｎｂ3-x Ａｌx Ｏ10-x、ＫＣａ
2 （Ｃａ、Ｓｒ）n-3 Ｎｂ3 Ｔｉ n-3 Ｏ3n+1（３≦ｎ＜
７）等のイオン交換性ペロブスカイト、あるいは、季刊
化学総説 No.42(1999)34等に記載されている、グラファ
イト、金属カルコゲナイドＭＸ2 （Ｍ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ）、ＭＰ
Ｘ3 （Ｍ＝Ｍｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、
Ｃｄ、Ｉｎ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ）、金属酸化物Ｍx Ｏy （Ｍ
ｏＯ3 、Ｍｏ18Ｏ52、Ｖ2 Ｏ5 、ＬｉＮｂＯ 2 、Ｌｉx
Ｖ3 Ｏ8 ）、ＭＯＸＯ4 （Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ；
Ｘ＝Ｐ、Ａｓ）、金属オキシハロゲナイドＭＯＸ（Ｍ＝
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ；Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ）、ＬｎＯＣｌ
（Ｌｎ＝Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ）、金属リン酸塩Ｍ（ＨＰＯ
4 ）2（Ｍ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｓｎ）、Ｚｒ（ＲＯＰ
Ｏ3 ）2 （Ｍ＝Ｈ、Ｒｈ、Ｍｅ）、粘土鉱物・ケイ酸塩
（スメクタイト族（モンモリロナイト、サポナイト
等）、カオリン族（カオリナイト等）、マガディアイ
ト、カネマイト）、複水酸化物［Ｍ2+ 1-x Ｍ3+ x （Ｏ
Ｈ）2 ］［Ａn-］x/n ・ｚＨ2 Ｏ（Ｍ2+＝Ａｌ、Ｆｅ）
等、広範な例が挙げられる。取り分けＴｉ、Ｎｂを含有
する複合酸化物に関しては、例えばRevue de chimie mi
neral,t.21(1984)391 等に記載されているように、ＡＴ
ｉＮｂＯ5 、ＡＴｉ2 ＮｂＯ7 、Ａ3 Ｔｉ5 ＮｂＯ
14（Ａはアルカリ金属元素または水素）等、その他Ｋ2
Ｔｉ4 Ｏ9 、Ｋ4 Ｎｂ6 Ｏ17、Ｎａ2 Ｔｉ3 Ｏ7等を挙
げることができる。これらのＴｉ、Ｎｂの酸化物は、無
機層が負に帯電しているため、後述するような正に帯電
した有機オニウムイオンを効果的に交換し、層間に保持
するため、より好適に用いることが可能である。ただ
し、これらの複合酸化物は、実質的に同一の物質とみな
すことができる範囲内で、不定比性（組成ずれ）があっ
ても良いものとする。
能な層間化合物である。これらの例は、例えば、セラミ
ックス 31(1996)414等にまとめられているように、ＫＬ
ａＮｂ2 Ｏ7 、ＲｂＮｄＮｂ2 Ｏ7 、ＲｂＢｉＮｂ2 Ｏ
7 、ＫＣａ2 Ｎｂ3 Ｏ10、Ｎａ2 Ｇｄ2 Ｔｉ3 Ｏ10、Ｋ
2 Ｌａ2 Ｔｉ3 Ｏ10、Ｋ1-x Ｌａx Ｃａ2-x Ｎｂ
3 Ｏ 10、ＲｂＣａ2 Ｎｂ3-x Ａｌx Ｏ10-x、ＫＣａ
2 （Ｃａ、Ｓｒ）n-3 Ｎｂ3 Ｔｉ n-3 Ｏ3n+1（３≦ｎ＜
７）等のイオン交換性ペロブスカイト、あるいは、季刊
化学総説 No.42(1999)34等に記載されている、グラファ
イト、金属カルコゲナイドＭＸ2 （Ｍ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ）、ＭＰ
Ｘ3 （Ｍ＝Ｍｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、
Ｃｄ、Ｉｎ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ）、金属酸化物Ｍx Ｏy （Ｍ
ｏＯ3 、Ｍｏ18Ｏ52、Ｖ2 Ｏ5 、ＬｉＮｂＯ 2 、Ｌｉx
Ｖ3 Ｏ8 ）、ＭＯＸＯ4 （Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ；
Ｘ＝Ｐ、Ａｓ）、金属オキシハロゲナイドＭＯＸ（Ｍ＝
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ；Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ）、ＬｎＯＣｌ
（Ｌｎ＝Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ）、金属リン酸塩Ｍ（ＨＰＯ
4 ）2（Ｍ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｓｎ）、Ｚｒ（ＲＯＰ
Ｏ3 ）2 （Ｍ＝Ｈ、Ｒｈ、Ｍｅ）、粘土鉱物・ケイ酸塩
（スメクタイト族（モンモリロナイト、サポナイト
等）、カオリン族（カオリナイト等）、マガディアイ
ト、カネマイト）、複水酸化物［Ｍ2+ 1-x Ｍ3+ x （Ｏ
Ｈ）2 ］［Ａn-］x/n ・ｚＨ2 Ｏ（Ｍ2+＝Ａｌ、Ｆｅ）
等、広範な例が挙げられる。取り分けＴｉ、Ｎｂを含有
する複合酸化物に関しては、例えばRevue de chimie mi
neral,t.21(1984)391 等に記載されているように、ＡＴ
ｉＮｂＯ5 、ＡＴｉ2 ＮｂＯ7 、Ａ3 Ｔｉ5 ＮｂＯ
14（Ａはアルカリ金属元素または水素）等、その他Ｋ2
Ｔｉ4 Ｏ9 、Ｋ4 Ｎｂ6 Ｏ17、Ｎａ2 Ｔｉ3 Ｏ7等を挙
げることができる。これらのＴｉ、Ｎｂの酸化物は、無
機層が負に帯電しているため、後述するような正に帯電
した有機オニウムイオンを効果的に交換し、層間に保持
するため、より好適に用いることが可能である。ただ
し、これらの複合酸化物は、実質的に同一の物質とみな
すことができる範囲内で、不定比性（組成ずれ）があっ
ても良いものとする。
【００１３】層間物質としては、可逆的に相変化を起こ
させ、可逆的に層間距離を変化させて伸縮動作を行わせ
る観点からは、好適には、直鎖アンモニウムイオン、例
えば直鎖四級アンモニウムイオン、取り分けトリメチル
ステアリルアンモニウムイオンが用いられる。
させ、可逆的に層間距離を変化させて伸縮動作を行わせ
る観点からは、好適には、直鎖アンモニウムイオン、例
えば直鎖四級アンモニウムイオン、取り分けトリメチル
ステアリルアンモニウムイオンが用いられる。
【００１４】この発明の第２の発明において、層間物質
として直鎖四級アンモニウムイオンを用いる場合、その
インターカレーションは、好適には、この直鎖四級アン
モニウムイオンのハロゲン化物を溶媒に溶かし、この溶
液に難溶性のハロゲン化物を形成するイオンを含有する
水酸化物または酸化物を添加したもので第２の層間化合
物を処理することにより行われる。ここで、直鎖四級ア
ンモニウムイオンのハロゲン化物としては、塩化物、特
に塩化トリメチルステアリルアンモニウムが好適に用い
られる。難溶性のハロゲン化物を形成するイオンを含有
する水酸化物または酸化物としては、例えば、水酸化銀
または酸化銀が用いられる。
として直鎖四級アンモニウムイオンを用いる場合、その
インターカレーションは、好適には、この直鎖四級アン
モニウムイオンのハロゲン化物を溶媒に溶かし、この溶
液に難溶性のハロゲン化物を形成するイオンを含有する
水酸化物または酸化物を添加したもので第２の層間化合
物を処理することにより行われる。ここで、直鎖四級ア
ンモニウムイオンのハロゲン化物としては、塩化物、特
に塩化トリメチルステアリルアンモニウムが好適に用い
られる。難溶性のハロゲン化物を形成するイオンを含有
する水酸化物または酸化物としては、例えば、水酸化銀
または酸化銀が用いられる。
【００１５】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、層状化合物の層間物質の状態を変化させることによ
り層間距離を変化させるようにしているので、層間物質
の適切な選択により、圧電素子に比べて充分に大きな変
位を制御性良く得ることができる。また、層状化合物は
その構造上大きな異方性を有し、層間距離の変化により
層に垂直な方向に伸縮動作を行わせることができる。ま
た、温度変化あるいは電気刺激入力により層間物質の状
態変化を起こさせる場合には、溶液供給系は不要であ
る。更に、特に、入力に電気刺激を用いることにより、
物質移動を伴わずに伸縮動作を行わせることができ、速
い応答速度を得ることができる。そして、層間距離の増
減、ひいてはアクチュエータ挙動は、インターカレート
するゲスト分子に依存して多様に変化することから、こ
れらのゲスト分子の選択により、様々な特性を持ったア
クチュエータを実現することが可能である。
ば、層状化合物の層間物質の状態を変化させることによ
り層間距離を変化させるようにしているので、層間物質
の適切な選択により、圧電素子に比べて充分に大きな変
位を制御性良く得ることができる。また、層状化合物は
その構造上大きな異方性を有し、層間距離の変化により
層に垂直な方向に伸縮動作を行わせることができる。ま
た、温度変化あるいは電気刺激入力により層間物質の状
態変化を起こさせる場合には、溶液供給系は不要であ
る。更に、特に、入力に電気刺激を用いることにより、
物質移動を伴わずに伸縮動作を行わせることができ、速
い応答速度を得ることができる。そして、層間距離の増
減、ひいてはアクチュエータ挙動は、インターカレート
するゲスト分子に依存して多様に変化することから、こ
れらのゲスト分子の選択により、様々な特性を持ったア
クチュエータを実現することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全
図において、同一または対応する部分には同一の符号を
付す。
いて図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全
図において、同一または対応する部分には同一の符号を
付す。
【００１７】この発明によるアクチュエータは、基本的
にはその形状等に依らないものであるが、より低い動作
電圧で充分な変位を得るためには、薄膜形状であること
が好ましい。そこで、この発明の一実施形態において
は、薄膜アクチュエータについて説明する。
にはその形状等に依らないものであるが、より低い動作
電圧で充分な変位を得るためには、薄膜形状であること
が好ましい。そこで、この発明の一実施形態において
は、薄膜アクチュエータについて説明する。
【００１８】図１はこの発明の一実施形態による薄膜ア
クチュエータを示す。図１に示すように、この薄膜アク
チュエータにおいては、基板として（００１）導電性Ｓ
ｒＴｉＯ3 基板１を用いる。この導電性ＳｒＴｉＯ3 基
板１には、その導電性を付与するために、例えばＮｂま
たはＬａがドーピングされている。この導電性ＳｒＴｉ
Ｏ3 基板１の形状は基本的にはどのような形状であって
もよいが、典型的には正方形である。この導電性ＳｒＴ
ｉＯ3 基板１の一方の主面上には、ＨＴｉＮｂＯ5 （以
下「ＨＴＮ」と略称する）薄膜にトリメチルステアリル
アンモニウム（ＴＭＳＡ）が層間物質としてインターカ
レートされた（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２が形成されてい
る。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の面方位は（００１）
である。また、この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の厚さは例
えば４μｍ程度である。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の
構造を図２に示す。また、図３ＡにＴＭＳＡの分子構造
を示す。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２上には、例えば厚
さ５００ｎｍ程度のＡｕ膜からなる上部電極３が形成さ
れている。一方、導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１の裏面に
は、例えば厚さ１００ｎｍ程度のＰｔ膜からなる下部電
極４が形成されている。
クチュエータを示す。図１に示すように、この薄膜アク
チュエータにおいては、基板として（００１）導電性Ｓ
ｒＴｉＯ3 基板１を用いる。この導電性ＳｒＴｉＯ3 基
板１には、その導電性を付与するために、例えばＮｂま
たはＬａがドーピングされている。この導電性ＳｒＴｉ
Ｏ3 基板１の形状は基本的にはどのような形状であって
もよいが、典型的には正方形である。この導電性ＳｒＴ
ｉＯ3 基板１の一方の主面上には、ＨＴｉＮｂＯ5 （以
下「ＨＴＮ」と略称する）薄膜にトリメチルステアリル
アンモニウム（ＴＭＳＡ）が層間物質としてインターカ
レートされた（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２が形成されてい
る。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の面方位は（００１）
である。また、この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の厚さは例
えば４μｍ程度である。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の
構造を図２に示す。また、図３ＡにＴＭＳＡの分子構造
を示す。この（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２上には、例えば厚
さ５００ｎｍ程度のＡｕ膜からなる上部電極３が形成さ
れている。一方、導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１の裏面に
は、例えば厚さ１００ｎｍ程度のＰｔ膜からなる下部電
極４が形成されている。
【００１９】上述のように構成されたこの薄膜アクチュ
エータにおいては、上部電極３と下部電極４との間に電
圧を印加することにより、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の層
間物質であるＴＭＳＡの状態変化（相変化）を起こさせ
て層間距離を変化させることで伸縮動作を行わせる。
エータにおいては、上部電極３と下部電極４との間に電
圧を印加することにより、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の層
間物質であるＴＭＳＡの状態変化（相変化）を起こさせ
て層間距離を変化させることで伸縮動作を行わせる。
【００２０】次に、この薄膜アクチュエータの製造方法
について説明する。まず、図４Ａに示すように、例えば
ＮｂまたはＬａがドーピングされた（００１）導電性Ｓ
ｒＴｉＯ3 基板１を用意し、その一主面上にＫＴｉＮｂ
Ｏ5 （以下「ＫＴＮ」と略称する）薄膜５を形成する。
このＫＴｉＮｂＯ5 薄膜５の構造を図５に示す。導電性
ＳｒＴｉＯ3 基板１のサイズは例えば１０ｍｍ角または
５ｍｍ角である。このＫＴＮ薄膜５の形成には、例えば
ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition)法やゾル−ゲル
（Sol-Gel)法を用いるのが簡便であるが、スパッタ法、
電子線蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機
金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、レーザアブレーシ
ョン法等の気相成長法を用いても良い。ここでは、ＭＯ
Ｄ法によりＫＴＮ薄膜５を形成する場合について説明す
る。
について説明する。まず、図４Ａに示すように、例えば
ＮｂまたはＬａがドーピングされた（００１）導電性Ｓ
ｒＴｉＯ3 基板１を用意し、その一主面上にＫＴｉＮｂ
Ｏ5 （以下「ＫＴＮ」と略称する）薄膜５を形成する。
このＫＴｉＮｂＯ5 薄膜５の構造を図５に示す。導電性
ＳｒＴｉＯ3 基板１のサイズは例えば１０ｍｍ角または
５ｍｍ角である。このＫＴＮ薄膜５の形成には、例えば
ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition)法やゾル−ゲル
（Sol-Gel)法を用いるのが簡便であるが、スパッタ法、
電子線蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機
金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、レーザアブレーシ
ョン法等の気相成長法を用いても良い。ここでは、ＭＯ
Ｄ法によりＫＴＮ薄膜５を形成する場合について説明す
る。
【００２１】このＭＯＤ法によるＫＴＮ薄膜２の形成に
おいては、有機金属ソースとして、複合アルコキサイド
であるＫＴｉ2 （Ｏ−ｉＰｒ）9 及びＫＮｂ2 （Ｏ−Ｅ
ｔ） 11を用いる。溶媒としては各々イソプロパノール及
びエタノールを用い、溶液濃度は０．５ｍｏｌ／ｌとす
る。これらを１：１の組成比で混合することにより、Ｋ
ＴｉＮｂＯ5 の組成の薄膜を形成するための原料溶液を
得ることができる。この原料溶液は、大気中の水分及び
ＣＯ2 に極めて敏感であるので、溶液組成の調整は乾燥
窒素ボックス中で、シリンジとバイアル瓶とにより行
う。
おいては、有機金属ソースとして、複合アルコキサイド
であるＫＴｉ2 （Ｏ−ｉＰｒ）9 及びＫＮｂ2 （Ｏ−Ｅ
ｔ） 11を用いる。溶媒としては各々イソプロパノール及
びエタノールを用い、溶液濃度は０．５ｍｏｌ／ｌとす
る。これらを１：１の組成比で混合することにより、Ｋ
ＴｉＮｂＯ5 の組成の薄膜を形成するための原料溶液を
得ることができる。この原料溶液は、大気中の水分及び
ＣＯ2 に極めて敏感であるので、溶液組成の調整は乾燥
窒素ボックス中で、シリンジとバイアル瓶とにより行
う。
【００２２】ＫＴＮ薄膜５の形成は、上述のようにして
得られた原料溶液を導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１上にスピ
ンコートすることにより行う。コート条件は、例えば、 １）スプレッドスピン（Spread spin)：１０００ｒｐ
ｍ、０．５秒 ２）メインスピン(Main spin）：６０００ｒｐｍ、２０
秒 とする。使用するコート装置のサンプルスペースは窒素
フローでパージされており、細孔から挿入したシリンジ
により原料溶液を基板上に滴下する。
得られた原料溶液を導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１上にスピ
ンコートすることにより行う。コート条件は、例えば、 １）スプレッドスピン（Spread spin)：１０００ｒｐ
ｍ、０．５秒 ２）メインスピン(Main spin）：６０００ｒｐｍ、２０
秒 とする。使用するコート装置のサンプルスペースは窒素
フローでパージされており、細孔から挿入したシリンジ
により原料溶液を基板上に滴下する。
【００２３】次に、導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１上に上述
のように原料溶液をスピンコートした試料の乾燥を行っ
た後、結晶化のためのアニールを行う。このアニール
は、好ましくは酸素フロー中、急熱急冷法により、１０
００℃で２０分行う。この結晶化アニールにより、エピ
タキシャル成長した成分を含んだ高配向のＫＴＮ薄膜５
を得ることができる。以上のような原料溶液のスピンコ
ート及び結晶化アニールを３回繰り返して例えば膜厚約
１μｍのＫＴＮ薄膜５を得る。
のように原料溶液をスピンコートした試料の乾燥を行っ
た後、結晶化のためのアニールを行う。このアニール
は、好ましくは酸素フロー中、急熱急冷法により、１０
００℃で２０分行う。この結晶化アニールにより、エピ
タキシャル成長した成分を含んだ高配向のＫＴＮ薄膜５
を得ることができる。以上のような原料溶液のスピンコ
ート及び結晶化アニールを３回繰り返して例えば膜厚約
１μｍのＫＴＮ薄膜５を得る。
【００２４】次に、上述のようにしてＭＯＤ法により得
られたＫＴＮ薄膜５を１Ｎの塩酸中で室温にて撹拌しな
がら１時間処理することによりそのＫＴＮ中のＫ+ をＨ
+ で置換し、図４Ｂに示すように、ＨＴＮ薄膜６を形成
する。このＨＴＮ薄膜６の構造を図６に示す。この塩酸
処理後のＨＴＮ薄膜６中には通常３ａｔ％程度のＫが残
留するが、塩酸処理中に昇温したり処理時間を長くした
りすると、この塩酸による導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１の
エッチングを無視することができなくなり、ＨＴＮ薄膜
６の膜剥がれが生じるおそれがあるので、注意が必要で
ある。
られたＫＴＮ薄膜５を１Ｎの塩酸中で室温にて撹拌しな
がら１時間処理することによりそのＫＴＮ中のＫ+ をＨ
+ で置換し、図４Ｂに示すように、ＨＴＮ薄膜６を形成
する。このＨＴＮ薄膜６の構造を図６に示す。この塩酸
処理後のＨＴＮ薄膜６中には通常３ａｔ％程度のＫが残
留するが、塩酸処理中に昇温したり処理時間を長くした
りすると、この塩酸による導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１の
エッチングを無視することができなくなり、ＨＴＮ薄膜
６の膜剥がれが生じるおそれがあるので、注意が必要で
ある。
【００２５】次に、図４Ｃに示すように、ＨＴＮ薄膜６
を、ｐＨ調整を行ったＴＭＳＡＯＨ水溶液で処理するこ
とによりＴＭＳＡ+ をインターカレートして、（ＴＭＳ
Ａ）ＴＮ薄膜２を形成する。このインターカレーション
による（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の形成は、具体的には次
のようにして行われる。ＴＭＳＡは通常、塩化物等の塩
として供給される。０．１ＮのＴＭＳＡＣｌ溶液は弱酸
性（ｐＨ〜３．９）であるので、プロトン濃度を無視す
ることができず、このプロトンがＴＭＳＡ+ のインター
カレートを妨げる。このような場合には、ｐＨ調整剤を
添加するのが有効であるが、プロトン以外の陽イオンを
生ずるようなものであれば、これがインターカレーショ
ン反応で層間に取り込まれてしまうおそれがある。これ
を防止するためには、ｐＨ調整剤として、溶液中に存在
する塩化物イオンと結合して難溶性の塩を形成し、沈澱
するような水酸化物（または酸化物でも同様）を用いる
必要がある。ここでは、このｐＨ調整剤としてＡｇ2 Ｏ
を添加する。このＡｇ2 ＯをｐＨ調整剤として添加した
場合にはＡｇＣｌが形成されるが、このＡｇＣｌの溶解
性にも注意が必要であり、具体的にはＡｇＣｌは水には
難溶であるが、アンモニア水溶液には可溶である。これ
は、錯イオン（ジアンミン銀イオン）を形成することが
原因であることが知られており、アミン水溶液の場合に
も類似の反応が起きることが危惧されるので、添加量は
最小限に留めることが望ましい。もっとも、ここで用い
ている四級アミンであるＴＭＳＡの場合、この反応はそ
れ程問題とはならないと考えられる。ＴＭＳＡＣｌの加
水分解度は１／１０００程度で平衡し、基本的にはｍｏ
ｌ比で１／１０００程度のＡｇ+ を添加すれば事足りる
のであるが、ＡｇＣｌの沈澱により平衡状態が若干加水
分解側にずれるので、これよりはやや多めにＡｇ2 Ｏを
添加する必要がある。具体的には、ｐＨ測定の結果、ｍ
ｏｌ比で２／１００程度の（１／２）Ａｇ2 Ｏの添加で
必要充分と考えられる。このとき、このＴＭＳＡＯＨ水
溶液のｐＨは約１０．３である。このようにしてｐＨ調
整を行ったＴＭＳＡＯＨ水溶液中で、ＨＴＮ薄膜６を室
温にて１２時間処理してイオン交換を行い、（ＴＭＳ
Ａ）ＴＮ薄膜２を形成する。このようにしてＨＴＮ薄膜
６に対してインターカレーションを行うことにより得ら
れる（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の厚さは、層間の拡大によ
りＨＴＮ薄膜６の厚さの約４倍（〜４μｍ）になってい
ると考えられる。
を、ｐＨ調整を行ったＴＭＳＡＯＨ水溶液で処理するこ
とによりＴＭＳＡ+ をインターカレートして、（ＴＭＳ
Ａ）ＴＮ薄膜２を形成する。このインターカレーション
による（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の形成は、具体的には次
のようにして行われる。ＴＭＳＡは通常、塩化物等の塩
として供給される。０．１ＮのＴＭＳＡＣｌ溶液は弱酸
性（ｐＨ〜３．９）であるので、プロトン濃度を無視す
ることができず、このプロトンがＴＭＳＡ+ のインター
カレートを妨げる。このような場合には、ｐＨ調整剤を
添加するのが有効であるが、プロトン以外の陽イオンを
生ずるようなものであれば、これがインターカレーショ
ン反応で層間に取り込まれてしまうおそれがある。これ
を防止するためには、ｐＨ調整剤として、溶液中に存在
する塩化物イオンと結合して難溶性の塩を形成し、沈澱
するような水酸化物（または酸化物でも同様）を用いる
必要がある。ここでは、このｐＨ調整剤としてＡｇ2 Ｏ
を添加する。このＡｇ2 ＯをｐＨ調整剤として添加した
場合にはＡｇＣｌが形成されるが、このＡｇＣｌの溶解
性にも注意が必要であり、具体的にはＡｇＣｌは水には
難溶であるが、アンモニア水溶液には可溶である。これ
は、錯イオン（ジアンミン銀イオン）を形成することが
原因であることが知られており、アミン水溶液の場合に
も類似の反応が起きることが危惧されるので、添加量は
最小限に留めることが望ましい。もっとも、ここで用い
ている四級アミンであるＴＭＳＡの場合、この反応はそ
れ程問題とはならないと考えられる。ＴＭＳＡＣｌの加
水分解度は１／１０００程度で平衡し、基本的にはｍｏ
ｌ比で１／１０００程度のＡｇ+ を添加すれば事足りる
のであるが、ＡｇＣｌの沈澱により平衡状態が若干加水
分解側にずれるので、これよりはやや多めにＡｇ2 Ｏを
添加する必要がある。具体的には、ｐＨ測定の結果、ｍ
ｏｌ比で２／１００程度の（１／２）Ａｇ2 Ｏの添加で
必要充分と考えられる。このとき、このＴＭＳＡＯＨ水
溶液のｐＨは約１０．３である。このようにしてｐＨ調
整を行ったＴＭＳＡＯＨ水溶液中で、ＨＴＮ薄膜６を室
温にて１２時間処理してイオン交換を行い、（ＴＭＳ
Ａ）ＴＮ薄膜２を形成する。このようにしてＨＴＮ薄膜
６に対してインターカレーションを行うことにより得ら
れる（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の厚さは、層間の拡大によ
りＨＴＮ薄膜６の厚さの約４倍（〜４μｍ）になってい
ると考えられる。
【００２６】次に、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２を形成した
試料をオーブンにて８０℃で６０時間アニールする。こ
の後、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２上に例えばＡｕを真空蒸
着して上部電極３を形成するととも、導電性ＳｒＴｉＯ
3 基板１の裏面に例えばＰｔをスパッタリング法などに
より形成して下部電極４を形成する。
試料をオーブンにて８０℃で６０時間アニールする。こ
の後、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２上に例えばＡｕを真空蒸
着して上部電極３を形成するととも、導電性ＳｒＴｉＯ
3 基板１の裏面に例えばＰｔをスパッタリング法などに
より形成して下部電極４を形成する。
【００２７】次に、この薄膜アクチュエータの評価結果
について説明する。この評価は図７に示すような配置を
用いて行った。評価用試料としては、（ＴＭＳＡ）ＴＮ
薄膜２上に厚さ約５００ｎｍで２ｍｍ×３ｍｍの形状の
Ａｕ膜を形成して上部電極３とし、一方、（００１）Ｓ
ｉ基板７の一主面上にＰｔを例えば厚さ約１００ｎｍ蒸
着してＰｔ下部電極８を形成し、更にこのＰｔ下部電極
８と導電性ＳｒＴｉＯ 3 基板１の裏面とをＩｎ金属粒９
で圧着したものを用いた。これらのＰｔ下部電極８及び
Ｉｎ金属粒９が図１の下部電極４に相当する。なお、Ｉ
ｎ金属粒９で圧着する代わりに、例えば銀ペースト等で
接着を行っても良い。
について説明する。この評価は図７に示すような配置を
用いて行った。評価用試料としては、（ＴＭＳＡ）ＴＮ
薄膜２上に厚さ約５００ｎｍで２ｍｍ×３ｍｍの形状の
Ａｕ膜を形成して上部電極３とし、一方、（００１）Ｓ
ｉ基板７の一主面上にＰｔを例えば厚さ約１００ｎｍ蒸
着してＰｔ下部電極８を形成し、更にこのＰｔ下部電極
８と導電性ＳｒＴｉＯ 3 基板１の裏面とをＩｎ金属粒９
で圧着したものを用いた。これらのＰｔ下部電極８及び
Ｉｎ金属粒９が図１の下部電極４に相当する。なお、Ｉ
ｎ金属粒９で圧着する代わりに、例えば銀ペースト等で
接着を行っても良い。
【００２８】このようにして得られた評価用試料を薄膜
Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置に装着し、上部電極３及びＰｔ
下部電極８にそれぞれプローブ１０、１１を立てること
により、薄膜アクチュエータに対する電圧印加を行っ
た。（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２等の面間隔は、導電性Ｓｒ
ＴｉＯ3 基板１の（００２）ピークの強度が最大になる
ように軸立てを行った後、θ／２θ−スキャンを行い、
評価した。
Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置に装着し、上部電極３及びＰｔ
下部電極８にそれぞれプローブ１０、１１を立てること
により、薄膜アクチュエータに対する電圧印加を行っ
た。（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２等の面間隔は、導電性Ｓｒ
ＴｉＯ3 基板１の（００２）ピークの強度が最大になる
ように軸立てを行った後、θ／２θ−スキャンを行い、
評価した。
【００２９】図８に、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の形成直
後（as-made)の試料、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の形成後
に室温で６０時間保持した試料、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜
２の形成後に８０℃で６０時間保持した試料、及び、
（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の形成後に室温で４日間保持
し、上部電極３の形成後、測定直前の試料のＸ線回折ス
ペクトルを示す。これらの試料の作製に用いた薄膜形
成、インターカレーション等の実際のプロセスは上記と
同様であるので、説明を省略する。図８より、形成直後
の（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２のｃ軸長は６３．５１Åであ
り、室温で６０時間保持しても殆ど変化はないことが分
かる。一方、８０℃での６０時間のアニールによりｃ軸
長は７２．９５Å程に拡大している。更に、４日間の室
温保持及び上部電極３の形成後、測定直前では、更に
（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の層間拡大が生じている。この
変化については、上部電極３を形成するためのＡｕ蒸着
時の熱により更にアニールされた可能性もある。この拡
大幅の再現性は定量的には不十分であるが、少なくと
も、アニールにより層間拡大すること自体は再現性があ
る。
後（as-made)の試料、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の形成後
に室温で６０時間保持した試料、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜
２の形成後に８０℃で６０時間保持した試料、及び、
（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の形成後に室温で４日間保持
し、上部電極３の形成後、測定直前の試料のＸ線回折ス
ペクトルを示す。これらの試料の作製に用いた薄膜形
成、インターカレーション等の実際のプロセスは上記と
同様であるので、説明を省略する。図８より、形成直後
の（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２のｃ軸長は６３．５１Åであ
り、室温で６０時間保持しても殆ど変化はないことが分
かる。一方、８０℃での６０時間のアニールによりｃ軸
長は７２．９５Å程に拡大している。更に、４日間の室
温保持及び上部電極３の形成後、測定直前では、更に
（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の層間拡大が生じている。この
変化については、上部電極３を形成するためのＡｕ蒸着
時の熱により更にアニールされた可能性もある。この拡
大幅の再現性は定量的には不十分であるが、少なくと
も、アニールにより層間拡大すること自体は再現性があ
る。
【００３０】図９に、導電性ＳｒＴｉＯ3 基板１に対し
−２０Ｖの電圧を印加した場合のＸ線回折スペクトルの
変化を示す。図９より、−２０Ｖの電圧印加後は電圧印
加前（０Ｖ）に比べて（００２）ピーク、（００４）ピ
ークとも低角シフトしており、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２
が層間伸長していることが分かる。（００４）ピークの
位置から（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の歪みは約７．２％と
見積もられた。
−２０Ｖの電圧を印加した場合のＸ線回折スペクトルの
変化を示す。図９より、−２０Ｖの電圧印加後は電圧印
加前（０Ｖ）に比べて（００２）ピーク、（００４）ピ
ークとも低角シフトしており、（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２
が層間伸長していることが分かる。（００４）ピークの
位置から（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の歪みは約７．２％と
見積もられた。
【００３１】図１０に、−１８Ｖ〜＋１８Ｖの電圧を繰
り返し印加した場合の（００４）回折の挙動を示す。ゆ
っくりと昇圧し、またスキャンにも時間を要するので、
一測定に数分程度の時間を要している。＋５Ｖ〜＋１０
Ｖの印加電圧では、層間がやや収縮する傾向が認められ
るが、＋１５Ｖ程度で伸長に転じている。この傾向は印
加電圧の符号に依らない。
り返し印加した場合の（００４）回折の挙動を示す。ゆ
っくりと昇圧し、またスキャンにも時間を要するので、
一測定に数分程度の時間を要している。＋５Ｖ〜＋１０
Ｖの印加電圧では、層間がやや収縮する傾向が認められ
るが、＋１５Ｖ程度で伸長に転じている。この傾向は印
加電圧の符号に依らない。
【００３２】図１０を（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２のｃ軸長
（格子定数ｃ0 ）・歪みの印加電圧依存性に焼き直した
ものが図１１である。図１１から分かるように、ヒステ
リシスを伴っており、印加電圧の符号に対してほぼ対称
的な挙動を示している。歪み５％程度の範囲で、繰り返
し応答を示した。
（格子定数ｃ0 ）・歪みの印加電圧依存性に焼き直した
ものが図１１である。図１１から分かるように、ヒステ
リシスを伴っており、印加電圧の符号に対してほぼ対称
的な挙動を示している。歪み５％程度の範囲で、繰り返
し応答を示した。
【００３３】図１２に図１０および図１１の測定に用い
た試料の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性を示す。試料は基
本的に導電性を有しており、１８Ｖの印加では約３０ｍ
Ａの定常電流（電力で〜５００ｍＷ相当）が流れる。実
際、アニールを行った同等の試料に熱電対を接触させて
行った実験では、上述のような層間距離変化が観測され
た時の温度は約７０℃であることが確認された。
た試料の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性を示す。試料は基
本的に導電性を有しており、１８Ｖの印加では約３０ｍ
Ａの定常電流（電力で〜５００ｍＷ相当）が流れる。実
際、アニールを行った同等の試料に熱電対を接触させて
行った実験では、上述のような層間距離変化が観測され
た時の温度は約７０℃であることが確認された。
【００３４】次に、上述の評価試料の温度特性について
述べる。これは本来の電圧印加で動作させるという主旨
からは外れるが、この薄膜アクチュエータの動作原理を
明らかにし、応用範囲を考える上では重要なものであ
る。
述べる。これは本来の電圧印加で動作させるという主旨
からは外れるが、この薄膜アクチュエータの動作原理を
明らかにし、応用範囲を考える上では重要なものであ
る。
【００３５】図１３に、インターカレーション直後の試
料の温度をパラメータとした昇温時のＸ線回折図形を示
す。測定間隔は数分程度である。図１３より、約８０℃
で（００２）ピークより低角側に新たな回折が生じ、１
００℃程度ではほぼ完全にこの新しい相に変化している
ことが分かる。これは、層間の有機分子の状態が変わる
ことによって、この有機無機複合系である（ＴＭＳＡ）
ＴＮ薄膜２が相転移したと考えられる。図１４に、同様
の試料の降温時のＸ線回折図形を示す。図１４より、少
々熱履歴を伴うが、７５℃前後で高角側に回折がシフト
していることが分かる。しかしながら、昇温前の回折位
置と比較すると、完全には元に戻っておらず、層間変化
にはアニールによる不可逆的な成分と相転移に起因する
可逆的な成分とが存在することが分かる。
料の温度をパラメータとした昇温時のＸ線回折図形を示
す。測定間隔は数分程度である。図１３より、約８０℃
で（００２）ピークより低角側に新たな回折が生じ、１
００℃程度ではほぼ完全にこの新しい相に変化している
ことが分かる。これは、層間の有機分子の状態が変わる
ことによって、この有機無機複合系である（ＴＭＳＡ）
ＴＮ薄膜２が相転移したと考えられる。図１４に、同様
の試料の降温時のＸ線回折図形を示す。図１４より、少
々熱履歴を伴うが、７５℃前後で高角側に回折がシフト
していることが分かる。しかしながら、昇温前の回折位
置と比較すると、完全には元に戻っておらず、層間変化
にはアニールによる不可逆的な成分と相転移に起因する
可逆的な成分とが存在することが分かる。
【００３６】図１５にこの試料を再び昇温した時のＸ線
回折図形を示す。図１５より、今度はやや低温の７５℃
付近で回折ピークが低角側にシフトすることが分かる。
再度降温すると（図１６）、６７℃前後で高角シフト
し、室温ではほぼ二度目の昇温前の層間隔に戻ってい
る。
回折図形を示す。図１５より、今度はやや低温の７５℃
付近で回折ピークが低角側にシフトすることが分かる。
再度降温すると（図１６）、６７℃前後で高角シフト
し、室温ではほぼ二度目の昇温前の層間隔に戻ってい
る。
【００３７】以上の結果を相図にまとめたものが図１７
である。図１７より、一度アニールした試料では繰り返
し伸縮動作することが分かる。
である。図１７より、一度アニールした試料では繰り返
し伸縮動作することが分かる。
【００３８】次に、この一実施形態によるアクチュエー
タとの比較例について説明する。まず、比較例１につい
て説明する。この比較例１では、層間物質としてＴＭＳ
Ａの代わりにステアリルアミン（Stearylamine）（Ｓ
Ａ）（図３Ｂにその分子構造を示す）をインターカレー
トした場合について述べる。図１８に、インターカレー
ション直後の試料の温度をパラメータとした昇温時のＸ
線回折図形を示す。図１８より、この試料の場合、測定
範囲では、相転移に起因すると考えられる不連続な挙動
が認められず、連続的に高角シフトしていることが分か
る。降温時には（図１９）、殆ど変化することはなく、
不可逆なアニール効果であることが分かる。
タとの比較例について説明する。まず、比較例１につい
て説明する。この比較例１では、層間物質としてＴＭＳ
Ａの代わりにステアリルアミン（Stearylamine）（Ｓ
Ａ）（図３Ｂにその分子構造を示す）をインターカレー
トした場合について述べる。図１８に、インターカレー
ション直後の試料の温度をパラメータとした昇温時のＸ
線回折図形を示す。図１８より、この試料の場合、測定
範囲では、相転移に起因すると考えられる不連続な挙動
が認められず、連続的に高角シフトしていることが分か
る。降温時には（図１９）、殆ど変化することはなく、
不可逆なアニール効果であることが分かる。
【００３９】次に、比較例２について説明する。この比
較例２では、層間物質としてＴＭＳＡの代わりにジメチ
ルステアリルアミン（Dimethylstearylamine）（ＤＭＳ
Ａ）（図３Ｃにその分子構造を示す）をインターカレー
トした場合について述べる。図２０に、インターカレー
ション直後の試料の温度をパラメータとした昇温時のＸ
線回折図形を示す。この試料の場合は、約６０℃で相転
移に起因すると考えられる不連続な挙動が認められ、高
角側にシフトする。しかしながら、降温時には（図２
１）、僅かに低角に戻るものの、不連続的な挙動は認め
られず、アクチュエータ動作としては不可逆的であるこ
とが分かる。
較例２では、層間物質としてＴＭＳＡの代わりにジメチ
ルステアリルアミン（Dimethylstearylamine）（ＤＭＳ
Ａ）（図３Ｃにその分子構造を示す）をインターカレー
トした場合について述べる。図２０に、インターカレー
ション直後の試料の温度をパラメータとした昇温時のＸ
線回折図形を示す。この試料の場合は、約６０℃で相転
移に起因すると考えられる不連続な挙動が認められ、高
角側にシフトする。しかしながら、降温時には（図２
１）、僅かに低角に戻るものの、不連続的な挙動は認め
られず、アクチュエータ動作としては不可逆的であるこ
とが分かる。
【００４０】次に、比較例３について説明する。この比
較例３では、層間物質としてＴＭＳＡの代わりにメチル
ステアリルアミン（Methylstearylamine）（ＭＳＡ）
（図３Ｄにその分子構造を示す）をインターカレートし
た場合について述べる。図２２に、インターカレーショ
ン直後の試料の温度をパラメータとした昇温時のＸ線回
折図形を示す。この試料の場合は、約７０℃で相転移に
起因すると考えられる不連続な挙動が認められ、回折ピ
ークは低角側にシフトするが、その後、温度上昇に伴っ
て再び連続的に高角側にシフトした。降温時には（図２
３）、やはり不連続的な挙動は認められず、僅かに高角
にシフトし、室温では昇温前よりも狭い層間隔を示し
た。
較例３では、層間物質としてＴＭＳＡの代わりにメチル
ステアリルアミン（Methylstearylamine）（ＭＳＡ）
（図３Ｄにその分子構造を示す）をインターカレートし
た場合について述べる。図２２に、インターカレーショ
ン直後の試料の温度をパラメータとした昇温時のＸ線回
折図形を示す。この試料の場合は、約７０℃で相転移に
起因すると考えられる不連続な挙動が認められ、回折ピ
ークは低角側にシフトするが、その後、温度上昇に伴っ
て再び連続的に高角側にシフトした。降温時には（図２
３）、やはり不連続的な挙動は認められず、僅かに高角
にシフトし、室温では昇温前よりも狭い層間隔を示し
た。
【００４１】なお、上述の比較例１、２、３で用いたＳ
Ａ、ＭＳＡ及びＤＭＳＡについては塩ではなく、単体と
して入手することができる。これらの場合、Ｈ2 Ｏ：Ｅ
ｔＯＨ＝１：１の溶媒にて各々０．１Ｎの溶液を調整す
ることにより、イオン交換可能である。
Ａ、ＭＳＡ及びＤＭＳＡについては塩ではなく、単体と
して入手することができる。これらの場合、Ｈ2 Ｏ：Ｅ
ｔＯＨ＝１：１の溶媒にて各々０．１Ｎの溶液を調整す
ることにより、イオン交換可能である。
【００４２】以上のように、この一実施形態によれば、
ホスト材料として層間化合物であるＫＴＮ薄膜５あるい
はＨＴＮ薄膜６を用い、これに有機ゲスト分子としてＴ
ＭＳＡをインターカレーションにより導入することで
（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２を形成し、この（ＴＭＳＡ）Ｔ
Ｎ薄膜２の上下を上部電極３と下部電極４とで挟んだ構
造とすることにより薄膜アクチュエータを構成してい
る。そして、上部電極３と下部電極４との間に電圧を印
加することによりＴＭＳＡの状態変化を可逆的に起こさ
せることで（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の層間距離を変化さ
せ、伸縮動作を行わせるようにしている。この場合、入
力に電気刺激である電圧を用いているため、速い応答速
度、少なくとも数分以内の応答速度で制御性良く伸縮動
作を行わせることができる。また、この薄膜アクチュエ
ータによれば、５％以上、場合によっては１５％以上も
の大きな変位を得ることができ、しかも伸縮動作の方向
は（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２に垂直な方向となることから
伸縮動作に異方性を持たせることができる。更に、伸縮
動作に溶液を用いないため、薄膜アクチュエータに溶液
供給系を設ける必要がない。
ホスト材料として層間化合物であるＫＴＮ薄膜５あるい
はＨＴＮ薄膜６を用い、これに有機ゲスト分子としてＴ
ＭＳＡをインターカレーションにより導入することで
（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２を形成し、この（ＴＭＳＡ）Ｔ
Ｎ薄膜２の上下を上部電極３と下部電極４とで挟んだ構
造とすることにより薄膜アクチュエータを構成してい
る。そして、上部電極３と下部電極４との間に電圧を印
加することによりＴＭＳＡの状態変化を可逆的に起こさ
せることで（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２の層間距離を変化さ
せ、伸縮動作を行わせるようにしている。この場合、入
力に電気刺激である電圧を用いているため、速い応答速
度、少なくとも数分以内の応答速度で制御性良く伸縮動
作を行わせることができる。また、この薄膜アクチュエ
ータによれば、５％以上、場合によっては１５％以上も
の大きな変位を得ることができ、しかも伸縮動作の方向
は（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜２に垂直な方向となることから
伸縮動作に異方性を持たせることができる。更に、伸縮
動作に溶液を用いないため、薄膜アクチュエータに溶液
供給系を設ける必要がない。
【００４３】以上のような特性を有する薄膜アクチュエ
ータは、既に報告されている光駆動材料（応答速度〜１
時間）[Mat.Res.Bull.,33(1999)1693 、第５２回コロイ
ド及び界面化学討論会講演予稿集p.299(P112）] 、電界
駆動材料（変位＜１％）[ 特開平５−１１０１５３号公
報、特開平６−１２５１２０号公報] に対し、特性的に
優れたものであると言える。
ータは、既に報告されている光駆動材料（応答速度〜１
時間）[Mat.Res.Bull.,33(1999)1693 、第５２回コロイ
ド及び界面化学討論会講演予稿集p.299(P112）] 、電界
駆動材料（変位＜１％）[ 特開平５−１１０１５３号公
報、特開平６−１２５１２０号公報] に対し、特性的に
優れたものであると言える。
【００４４】以上、この発明の一実施形態について具体
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
【００４５】例えば、上述の一実施形態において挙げた
数値、材料、構造、形状、プロセス等はあくまでも例に
すぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構
造、形状、プロセス等を用いてもよい。
数値、材料、構造、形状、プロセス等はあくまでも例に
すぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構
造、形状、プロセス等を用いてもよい。
【００４６】具体的には、例えば、上述の一実施形態に
おいては、この発明を薄膜アクチュエータに適用した場
合について説明したが、この発明によるアクチュエータ
は薄膜形状に限定されることはなく、必要に応じて他の
形状としてもよい。更に、薄膜アクチュエータの用途に
よっては、層間物質として、比較例に挙げたものを用い
ることも可能である。
おいては、この発明を薄膜アクチュエータに適用した場
合について説明したが、この発明によるアクチュエータ
は薄膜形状に限定されることはなく、必要に応じて他の
形状としてもよい。更に、薄膜アクチュエータの用途に
よっては、層間物質として、比較例に挙げたものを用い
ることも可能である。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によるア
クチュエータによれば、層状化合物の層間物質の状態を
変化させることにより層間距離を変化させ、伸縮動作を
行わせるようにしていることにより、制御性良く伸縮動
作を行わせることができ、圧電素子と比較して充分大き
な変位を得ることができ、しかも異方性があることによ
り特定の方向に伸縮動作を行わせることができる。特
に、電気刺激入力を用いることにより、比較的速い応答
速度で制御性良く伸縮動作を行わせることができ、溶液
供給系も不要であり、バランスの良い特性を有するアク
チュエータを得ることができる。また、この発明による
アクチュエータの製造方法によれば、上記のような優れ
た特性を有するアクチュエータを容易に製造することが
できる。
クチュエータによれば、層状化合物の層間物質の状態を
変化させることにより層間距離を変化させ、伸縮動作を
行わせるようにしていることにより、制御性良く伸縮動
作を行わせることができ、圧電素子と比較して充分大き
な変位を得ることができ、しかも異方性があることによ
り特定の方向に伸縮動作を行わせることができる。特
に、電気刺激入力を用いることにより、比較的速い応答
速度で制御性良く伸縮動作を行わせることができ、溶液
供給系も不要であり、バランスの良い特性を有するアク
チュエータを得ることができる。また、この発明による
アクチュエータの製造方法によれば、上記のような優れ
た特性を有するアクチュエータを容易に製造することが
できる。
【図１】この発明の一実施形態による薄膜アクチュエー
タを示す断面図である。
タを示す断面図である。
【図２】（ＴＭＳＡ）ＴＮの構造を示す略線図である。
【図３】ＴＭＳＡ、ＳＡ、ＤＭＳＡ及びＭＳＡの分子構
造を示す略線図である。
造を示す略線図である。
【図４】この発明の一実施形態による薄膜アクチュエー
タの製造方法を説明するための断面図である。
タの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】ＫＴＮの構造を示す略線図である。
【図６】ＨＴＮの構造を示す略線図である。
【図７】この発明の一実施形態において薄膜アクチュエ
ータの評価に用いた配置を示す略線図である。
ータの評価に用いた配置を示す略線図である。
【図８】（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜のＸ線回折図形の経時変
化及びアニール効果を説明するための略線図である。
化及びアニール効果を説明するための略線図である。
【図９】この発明の一実施形態による薄膜アクチュエー
タに対する−２０Ｖの電圧印加に伴うＸ線回折スペクト
ルの変化を説明するための略線図である。
タに対する−２０Ｖの電圧印加に伴うＸ線回折スペクト
ルの変化を説明するための略線図である。
【図１０】この発明の一実施形態による薄膜アクチュエ
ータに対する印加電圧を−１８Ｖ〜＋１８Ｖの範囲で変
化させたときの（００４）回折の繰り返し応答を示す略
線図である。
ータに対する印加電圧を−１８Ｖ〜＋１８Ｖの範囲で変
化させたときの（００４）回折の繰り返し応答を示す略
線図である。
【図１１】この発明の一実施形態による薄膜アクチュエ
ータにおける（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜のｃ軸長及び歪みの
印加電圧依存性を示す略線図である。
ータにおける（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜のｃ軸長及び歪みの
印加電圧依存性を示す略線図である。
【図１２】この発明の一実施形態による薄膜アクチュエ
ータに対する電圧印加時のＩ−Ｖ特性の測定結果を示す
略線図である。
ータに対する電圧印加時のＩ−Ｖ特性の測定結果を示す
略線図である。
【図１３】インターカレーション直後の（ＴＭＳＡ）Ｔ
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図
である。
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図
である。
【図１４】インターカレーション直後の（ＴＭＳＡ）Ｔ
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図
である。
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図
である。
【図１５】アニール後の（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜のＸ線回
折図形の昇温時の温度特性を示す略線図である。
折図形の昇温時の温度特性を示す略線図である。
【図１６】アニール後の（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜のＸ線回
折図形の降温時の温度特性を示す略線図である。
折図形の降温時の温度特性を示す略線図である。
【図１７】（ＴＭＳＡ）ＴＮ薄膜の相図である。
【図１８】インターカレーション直後の（ＳＡ）ＴＮ薄
膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図であ
る。
膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図であ
る。
【図１９】インターカレーション直後の（ＳＡ）ＴＮ薄
膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図であ
る。
膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図であ
る。
【図２０】インターカレーション直後の（ＤＭＳＡ）Ｔ
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図
である。
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図
である。
【図２１】インターカレーション直後の（ＤＭＳＡ）Ｔ
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図
である。
Ｎ薄膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図
である。
【図２２】インターカレーション直後の（ＭＳＡ）ＴＮ
薄膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図で
ある。
薄膜のＸ線回折図形の昇温時の温度特性を示す略線図で
ある。
【図２３】インターカレーション直後の（ＭＳＡ）ＴＮ
薄膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図で
ある。
薄膜のＸ線回折図形の降温時の温度特性を示す略線図で
ある。
１・・・導電性ＳｒＴｉＯ3 基板、２・・・（ＴＭＳ
Ａ）ＴＮ薄膜、３・・・上部電極、４・・・下部電極、
５・・・ＫＴＮ薄膜、６・・・ＨＴＮ薄膜
Ａ）ＴＮ薄膜、３・・・上部電極、４・・・下部電極、
５・・・ＫＴＮ薄膜、６・・・ＨＴＮ薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長沢 直美 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 鈴木 真之 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (31)
- 【請求項１】 層状化合物の層間物質の状態を変化させ
ることにより層間距離を変化させ、伸縮動作を行わせる
ようにしたことを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項２】 上記層状化合物の層間物質の状態変化が
相変化であることを特徴とする請求項１記載のアクチュ
エータ。 - 【請求項３】 上記層状化合物の層間物質の状態変化が
温度変化による相変化であることを特徴とする請求項１
記載のアクチュエータ。 - 【請求項４】 所定の温度付近で温度変化による伸縮動
作は、上記所定の温度付近より高い温度及び低い温度で
の変化による伸縮動作よりも大きいことを特徴とする請
求項１記載のアクチュエータ。 - 【請求項５】 上記所定の温度は上記層状化合物の組成
に依存することを特徴とする請求項４記載のアクチュエ
ータ。 - 【請求項６】 上記層状化合物の層間物質の状態変化が
電気刺激の入力により生ずることを特徴とする請求項１
記載のアクチュエータ。 - 【請求項７】 上記層状化合物が第１の電極及び第２の
電極で挟まれた構造を有することを特徴とする請求項６
記載のアクチュエータ。 - 【請求項８】 上記層状化合物はイオン交換可能な層間
化合物であることを特徴とする請求項１記載のアクチュ
エータ。 - 【請求項９】 上記層状化合物は有機無機複合系からな
ることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。 - 【請求項１０】 上記層間化合物はＴｉ及びＮｂを含有
する複合酸化物であることを特徴とする請求項８記載の
アクチュエータ。 - 【請求項１１】 上記層間化合物はＫＴｉＮｂＯ5 また
はそのイオン交換体であることを特徴とする請求項８記
載のアクチュエータ。 - 【請求項１２】 上記層間物質は直鎖アンモニウムイオ
ンであることを特徴とする請求項９記載のアクチュエー
タ。 - 【請求項１３】 上記直鎖アンモニウムイオンは直鎖四
級アンモニウムイオンであることを特徴とする請求項１
２記載のアクチュエータ。 - 【請求項１４】 上記直鎖四級アンモニウムイオンはト
リメチルステアリルアンモニウムイオンであることを特
徴とする請求項１３記載のアクチュエータ。 - 【請求項１５】 薄膜形状を有することを特徴とする請
求項１記載のアクチュエータ。 - 【請求項１６】 層状化合物の層間物質の状態を変化さ
せることにより層間距離を変化させ、伸縮動作を行わせ
るようにしたアクチュエータの製造方法であって、 上記層状化合物としてイオン交換可能な第１の層間化合
物を基板の一方の主面上に形成する工程と、 上記第１の層間化合物に対してイオン交換を行うことに
より第２の層間化合物を形成する工程と、 上記第２の層間化合物に対して上記層間物質のインター
カレーションを行うことにより第３の層間化合物を形成
する工程とを有することを特徴とするアクチュエータの
製造方法。 - 【請求項１７】 上記層状化合物の層間物質の状態変化
が相変化であることを特徴とする請求項１６記載のアク
チュエータの製造方法。 - 【請求項１８】 上記層状化合物の層間物質の状態変化
が温度変化による相変化であることを特徴とする請求項
１６記載のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項１９】 上記層状化合物の層間物質の状態変化
が電気刺激の入力により生ずることを特徴とする請求項
１６記載のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２０】 上記第３の層間化合物上に第１の電極
を形成する工程と、上記基板の他方の主面上に第２の電
極を形成する工程とを更に有することを特徴とする請求
項１６記載のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２１】 上記層状化合物は有機無機複合系から
なることを特徴とする請求項１６記載のアクチュエータ
の製造方法。 - 【請求項２２】 上記層間化合物はＴｉ及びＮｂを含有
する複合酸化物であることを特徴とする請求項１６記載
のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２３】 上記層間化合物はＫＴｉＮｂＯ5 また
はそのイオン交換体であることを特徴とする請求項２２
記載のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２４】 上記層間物質は直鎖アンモニウムイオ
ンであることを特徴とする請求項２１記載のアクチュエ
ータの製造方法。 - 【請求項２５】 上記直鎖アンモニウムイオンは直鎖四
級アンモニウムイオンであることを特徴とする請求項２
４記載のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２６】 上記直鎖四級アンモニウムイオンはト
リメチルステアリルアンモニウムイオンであることを特
徴とする請求項２５記載のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２７】 上記直鎖四級アンモニウムイオンのハ
ロゲン化物を溶媒に溶かし、この溶液に難溶性のハロゲ
ン化物を形成するイオンを含有する水酸化物または酸化
物を添加したもので上記第２の層間化合物を処理するこ
とにより上記第２の層間化合物に対して上記直鎖四級ア
ンモニウムイオンのインターカレーションを行うことに
より上記第３の層間化合物を形成するようにしたことを
特徴とする請求項１６記載のアクチュエータの製造方
法。 - 【請求項２８】 上記直鎖四級アンモニウムイオンのハ
ロゲン化物は塩化物であることを特徴とする請求項２７
記載のアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２９】 上記直鎖四級アンモニウムイオンのハ
ロゲン化物は塩化トリメチルステアリルアンモニウムで
あることを特徴とする請求項２７記載のアクチュエータ
の製造方法。 - 【請求項３０】 上記難溶性のハロゲン化物を形成する
イオンを含有する水酸化物または酸化物は水酸化銀また
は酸化銀であることを特徴とする請求項２７記載のアク
チュエータの製造方法。 - 【請求項３１】 導電性基板の一方の主面上にＫＴｉＮ
ｂＯ5 薄膜を形成する工程と、 上記ＫＴｉＮｂＯ5 薄膜のイオン交換を行ってＨＴｉＮ
ｂＯ5 薄膜を形成する工程と、 上記ＨＴｉＮｂＯ5 薄膜にトリメチルステアリルアンモ
ニウムイオンのインターカレーションを行う工程と、 上記インターカレーションを行うことにより得られる薄
膜上に第１の電極を形成する工程と、 上記導電性基板の他方の主面上に第２の電極を形成する
工程とを有することを特徴とするアクチュエータの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001043397A JP2002246670A (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | アクチュエータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001043397A JP2002246670A (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | アクチュエータ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002246670A true JP2002246670A (ja) | 2002-08-30 |
Family
ID=18905567
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001043397A Pending JP2002246670A (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | アクチュエータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002246670A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006406A1 (ja) * | 2004-07-13 | 2006-01-19 | Seiko Epson Corporation | 強誘電体薄膜形成用組成物、強誘電体薄膜及び強誘電体薄膜の製造方法並びに液体噴射ヘッド |
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