JP2010001800A - 光駆動型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動光を出射する光源を前記光変形部材に対して一方にまとめて配置することができ、光源を前記光変形部材に対して広範囲に、光束が均一化された駆動光を照射することができ、変位及び（又は）変位に伴う駆動力を効率よく発生させる。
【解決手段】駆動光が出射される発光部材３と、光束が均一化された駆動光が出射される拡散部材２と、駆動光が照射されることで変形される光変形部材１とを有し、拡散部材３が発光部材２と光変形部材１との間に配置されているとともに、拡散部材３と発光部材２及び拡散部材３と光変形部材１の対向する面同士が接合されている光駆動型アクチュエータ。
【選択図】図１

Description

本発明は光が照射されることで駆動されるアクチュエータに関するものである。

アクチュエータとして、電力を供給することで駆動する電動モータを用いたものが多く採用されている。前記電動モータは内部に永久磁石とコイルとを備え、前記コイルに電力を供給することで、前記コイルと前記永久磁石の間で発生する磁力によって駆動されるものである。

近年、医療機器や光学機器等において、被駆動部の小型化、軽量化が進んできており、前記小型化、軽量化された被駆動部を動かすための小型のアクチュエータの開発が望まれている。しかしながら、前記電動モータを用いたアクチュエータの場合、前記電動モータがコイル、永久磁石を備えており、コイル、永久磁石の小型化には限界がある。また、コイルと永久磁石とが非接触状態となるように維持しなくてはならず、この点でも、小型化が困難である。

一方、所定波長の光を照射することで変形する光変形材料が開発されている。光変形材料の利用例として、特開２００５−２９１０２６号公報には異なる波長の光を照射することで、変形する自己屈曲膜が記載されている。前記自己屈曲膜は所定波長の光を照射すると曲げ方向が異なって屈曲する光屈曲膜、第１の波長の光を出射する光源を備えた第１構造層、第２の波長の光を出射する光源を備えた第２構造層、太陽電池がこの順番に積層された構造を有している。第１の波長の光と第２の波長の光とを交互に照射することで、前記自己屈曲膜は屈曲した状態と平面形状とに交互に変形する。

上述したような光変形材料をアクチュエータとして用いる場合、永久磁石やコイルを用いたアクチュエータでは製造が困難な大きさのアクチュエータを作成することが可能であり、非常に微細なパーツを精度良く駆動することが可能である。また、磁力を利用しないので、周囲の磁場や周囲に配置される物質の磁性に影響されることがなく、また、光を照射するだけなので周囲の環境による動作の影響が少ない。
特開２００５−２９１０２６号公報（段落００１６−００２４、段落００４７−００５１、図３、図６、図７）

特開２００５−２９１０２６号公報に記載の自己屈曲膜は、１個の光屈曲膜に異なる波長の光（光屈曲膜を屈曲させるための駆動光）２個の光源が配置されており、前記光屈曲膜の屈曲させるための駆動光が照射される領域が１個の前記２個の光源と対向した部分のみである。小さな領域が屈曲することで前記自己屈曲膜を屈伸させるので、屈伸時に発生する力が弱い。また、前記光屈曲膜の多くの部分が屈曲には関係しておらず、効率が悪い。

さらに、前記光屈曲膜は屈曲するときに屈曲部において局所的に変位差が大きくなるので、前記第１光源、第２光源及びそれらが備えられた第１構造層、第２構造層に柔軟性、柔軟性の高いものを採用する必要があり、前記第１構造層又は前記第２構造を構成する材料、前記光源として用いることができるものが大きく制限される。

本発明は、異なる２波長の駆動光を照射することで変形される光変形部材を備えた光駆動型アクチュエータであって、駆動光を出射する光源を前記光変形部材に対して一方にまとめて配置することができ、それだけ、組み立て、メンテナンスが容易な光駆動型アクチュエータを提供することを目的とする。

また本発明は、異なる２波長の駆動光を照射することで変形される光変形部材を備えた光駆動型アクチュエータであって、光源を前記光変形部材に対して広範囲に、光束が均一化された駆動光を照射することができ、精度の良い変位及び（又は）変位に伴う駆動力を効率よく発生させることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、異なる波長の駆動光が照射されることで駆動される光駆動型アクチュエータであって、前記駆動光が出射される発光部材と、前記駆動光が透過時に拡散され、光束が均一化された駆動光が出射される拡散部材と、前記駆動光が照射されることで変形される光変形部材とを有し、前記拡散部材が前記発光部材と前記光変形部材との間に配置されているとともに、前記拡散部材と前記発光部材及び前記拡散部材と前記光変形部材の対向する面同士が接合されていることを特徴とする。

この構成によると、前記発光部材を前記光変形部材に対して片方に配置することができる。これにより、光駆動型アクチュエータの製造、メンテナンスが容易になる。また、前記光変形部材及び前記発光部材が接合されて一体化されているので、光駆動型アクチュエータを小型化することができる。

さらに、前記光変形部材と前記発光部材との間に前記拡散部材が配置されており、前記発光部材より出射された駆動光は、光束が均一化される。この光束が均一化された駆動光が前記光変形部材に照射されるので、前記光変形部材を均一又は略均一に変形させることができる。これにより、精度の良い変位及び（又は）変位に伴う駆動力を効率よく発生させることが可能である。

上記構成において、前記発光部材は第１駆動光を出射する第１光源と、前記第１光源とは異なる波長の第２駆動光を出射する第２光源とを有しており、前記第１光源及び前記第２光源は、前記発光部材の前記拡散部材と接合される面に配列固定されているものであってもよい。

前記第１光源と前記第２光源とを交互に配置するものであってもよい。交互に配置するものの場合、前記発光部材より出射された駆動光は、光束が均一化されやすい。これにより、前記拡散部材を薄くすることができるので、前記光駆動型アクチュエータを小型化することが可能である。

上記構成において、前記発光部材が透光性及び柔軟性を有し前記第１光源及び前記第２光源が配列固定された面を覆うクリア層を有するものであってもよい。この構成によると、前記拡散部材と前記発光部材との接触面を大きくすることができ、前記拡散部材と前記発光部材とを強固に接合することが可能である。

上記構成において、前記発光部材が前記光変形部材よりも高い柔軟性を有しているものであってもよい。この構成によると、前記光変形部材が変形するときに、少ない反力で前記発光部材が追従して変形されるので、前記光変形部材が円滑に変形される。これにより、前記光駆動型アクチュエータは変位を精度良く発生させることができる。

上記構成において、前記光変形部材の前記拡散部材が接合された面と反対側の面に前記光変形部材よりも低い柔軟性の引張部材が接合されているもの、前記光変形部材が前記拡散部材よりも高い柔軟性を有しているものを挙げることができる。

この構成によると、前記光変形部材に該光変形部材よりも柔軟性の低い部材を取り付けることで、前記光変形部材が変形するときに引っ張られ、前記光変形部材が湾曲するように変形される。これにより、前記光駆動型アクチュエータをより広範囲の場所に適用することが可能である。

上記構成において、前記拡散部材が透光性を有する第１の材料に、前記第１の材料と異なる屈折率を有する第２の材料を添加した材料で作製されているもの、透光性を有する第１の材料と、前記第１の材料と異なる屈折率を有する第２の材料を前記駆動光が透過する方向に交互に積層して形成されたもの、前記駆動光が入射される面又は出射される面の少なくとも一方の表面に前記駆動光を拡散させるための凹凸が形成されているものを挙げることができる。

上記構成において、前記発光部材が第１光源と、前記第２光源とを有しているものの場合、隣り合う前記第１光源と前記第２光源との間に間隙が形成されているものであってもよい。この構成によると、前記間隙が形成されていることで、前記光変形部材が変形されたときでも、前記発光部材に作用する力を減衰することが可能である。このことにより、前記光駆動型アクチュエータが変形を繰り返しても破損しにくい。

本発明によると、異なる２波長の駆動光を照射することで変形される光変形部材を備えた光駆動型アクチュエータであって、駆動光を出射する光源を前記光変形部材に対して一方にまとめて配置することができ、それだけ、組み立て、メンテナンスが容易な光駆動型アクチュエータを提供することができる。

また本発明によると、異なる２波長の駆動光を照射することで変形される光変形部材を備えた光駆動型アクチュエータであって、光源を前記光変形部材に対して広範囲に、光束が均一化された駆動光を照射することができ、変位及び（又は）変位に伴う駆動力を効率よく発生させることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

光駆動型アクチュエータの概略構成について、図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの構成を示す断面図である。図１に示すように、光駆動型アクチュエータは、光変形部材１と、拡散部材２と、発光部材３とを有している。光変形部材１、拡散部材２及び発光部材３とは、互いに接合されて積層されている。なお、各層の接合には、接着剤による接着、溶着、圧着等、広く知られた方法が用いられるが、光の透過に対して影響の少ない接合方法が用いられることが好ましい。

光変形部材１は異なる波長の光を照射することで、可逆的に変形することができる材料であり、たとえば、アゾベンゼン、ジアリールエテン等のフォトクロミック材料にて作製されている。光変形部材１は薄板形状を有している。以下に示すフォトクロミック材料で作製された光変形部材は変形に必要な駆動光として、波長が３５０ｎｍの紫外光である第１駆動光、波長が５４０ｎｍの可視光である第２駆動光を用いている。なお、第１駆動光、第２駆動光の主たる波長は、光変形部材１を構成するフォトクロミック材料によって変わるものであるが、紫外光と可視光とが用いられている場合が多い。

以下に、光変形部材１について詳細に説明する。フォトクロミック材料は、所定波長の光が照射されることで分子量の変化を伴わず分子内での化学結合の組み替えなどによって分子の構造変化（異性化）が発生し、この異性化に従って変形が発生する材料である。光変形部材を構成するフォトクロミック材料は結晶の配向によって変形方向を変化させることができる特性を有している。

図２はフォトクロミック材料で作製された光変形部材の光照射による変形パターンを示す概略図である。なお、図２では複数の変形パターンの光変形部材が記載されており初期状態は共通の外形を有しているが、フォトクロミック材料の構成（結晶の配向）は異なるものであり、説明の便宜上、厚さ方向に伸縮変形するものを光変形部材１ｖ、厚さ方向と直交する幅方向に伸縮変形するものを光変形部材１ｈとする。

まず、厚さ方向に伸縮変形する光変形部材について説明する。図２に示すように、平板状の光変形部材１ｖ（初期状態Ｐ０とする）に第１駆動光が照射されると、厚さ方向に伸張した状態（第１状態Ｐ１とする）に変形される。第１状態Ｐ１の光変形部材１ｖへの第１駆動光の照射が停止されたても、外部からの熱エネルギの影響や力の作用がなければ、光変形部材１ｖは第１状態Ｐ１を維持する（以下、単に駆動光の照射が停止されたとある場合は、同様の外部からの関与が無い状態での駆動光の照射が停止されたものとする）。

そして、第１状態Ｐ１の光変形部材１に第２駆動光が照射されると、光変形部材１ｖは初期状態Ｐ０に復帰される。また、第２駆動光の照射が停止されても、光変形部材１ｖは初期状態Ｐ０を維持する。このように、光変形部材１ｖは第１駆動光、第２駆動光とが照射されることで、初期状態Ｐ０と第１状態Ｐ１とを選択的且つ可逆的に変形される。

また、図２の異なる例に示しているように、初期状態Ｐ０の光変形部材１ｈに第１駆動光が照射されると、幅方向（平面に沿う方向）に伸張した状態（第２状態Ｐ２とする）に変形される。また、第２状態Ｐ２の光変形部材１ｈに第２駆動光が照射されることで、初期状態Ｐ０に変形される。このように、光変形部材１ｈは第１駆動光、第２駆動光とが照射されることで、初期状態Ｐ０と第２状態Ｐ２とを選択的且つ可逆的に変形される。

フォトクロミック材料は上述のとおり、結晶の配向によって変形方向を制御することが可能である。図２に示す光変形部材では、厚さ方向に伸縮変形するもの、幅方向に伸縮変形するものを説明しているが、それに限定されるものではなく、必要に応じてフォトクロミック材料の結晶の配向を調整することで任意の方向に変形させることができる。たとえば、矩形状の光変形部材を対角線方向に伸縮するように変形させること等も可能である。

図１に示すように、拡散部材２は下面に発光部材３より出射された駆動光（第１駆動光及び第２駆動光）が入射される入射部２１と、上面に入射部２１より入射された駆動光を出射する出射部２２とを有している。入射部２１より入射された駆動光は、面内で光束が均一又は略均一となるように拡散され出射部２２より出射される。出射部２２より出射された駆動光は光変形部材１に照射される。

拡散部材についてさらに詳細に説明する。図３は本発明にかかる光駆動型アクチュエータに用いることができる拡散部材の例の断面図である。なお、図３では異なる３種の拡散部材を示しているものであり、ここでは、便宜上、拡散部材２ａ、２ｂ、２ｃと表記する。拡散部材２（２ａ、２ｂ、２ｃ共通）は入射部２１から出射部２２に駆動光が透過するものであり、さらに透過する駆動光を拡散させるものであるため、基材層２００として透光性の高いガラス、アクリル等の透明樹脂を用いている。

図３に示すように、拡散部材２ａは基材層２００に基材層２００とは屈折率及び（又は）反射率が異なる添加材２０１が添加された材料を成形した板状の部材である。拡散部材２ａは内部に、添加材２０１が拡散配置されている。入射部２１から入射された駆動光は添加材２０１で屈折され或いは反射されることで拡散され、出射部２２より出射されるときに光束が均一又は略均一となって出射される。添加材２０１は基材層２００の内部で偏らないように分布していることが好ましい。

また、図３に示す拡散部材２ｂは、基材層２００の内部に気泡２０２ができるように形成された板状の部材である。入射部２１より入射された駆動光は基材と気泡との界面を通過するときに、屈折率の差、通過面の傾きによって屈折され、拡散される。これにより、出射部２２より出射される駆動光は、出射部２２の全域で光束が均一化される。

さらに、図３に示す拡散部材２ｃは、複数（ここでは４層）の基材層２００と同じ材料で形成された第１層２０３と、基材とは異なる屈折率を有する材料で形成された複数（ここでは３層）の第２層２０４とを駆動光が透過する方向に交互に積層して形成された板状の部材である。拡散部材２ｃでは、入射部２１及び出射部２２のいずれもが、第１層２０３に形成されているが、それには限定されない。第１層２０３と第２層２０４の境界で屈折率が変わるので、入射部２１より入射された駆動光は屈折する。第１層２０３と第２層２０４の境界を通過するたびに駆動光は屈折し、出射部２２より出射されるときには出射部２２の全域で光束が均一化される。なお、第１層２０３と第２層２０４との境界は屈折方向を拡散させるために、凹凸が形成されていることが好ましい。

また、平板状に形成された基材層２００の入射部２１又は出射部２２の少なくとも一方の表面に微細な凹凸が形成されていてもよい。入射部２１及び出射部２２の両方に凹凸が形成されている場合、駆動光は入射部２１を通過するときに凹凸の表面で屈折して拡散され、さらに出射部２２を通過するときに再度拡散される。このように、入射部２１及び出射部２２で拡散されることで、駆動光は出射部２２を通過するときに出射部２２の全域で光束が均一化される。この入射部２１及び（又は）出射部２２に形成される凹凸は、回折格子のように方向がそろった溝であってもよく、すりガラスのように乱雑に形成されたであってもよい。

また、拡散部材２として上記の材料を組み合わせたものであってもよい。たとえば、基材２００の内部に添加材２０１を添加した材料を成形した板状の部材の入射部２１及び（又は）出射部２２の表面に凹凸を形成したものを挙げることができる。

なお、以下で説明する光駆動型アクチュエータでは、別段の定めのない限り、基材２００に添加材２０１を添加して板状に成形した拡散部材２ａが採用されているものとする。拡散部材２ｂ、２ｃも拡散部材２ａと同様に用いることができることはいうまでもない。

上述した光変形部材１は第１駆動光（紫外光：波長３５０ｎｍ）及び第２駆動光（可視光：波長５４０ｎｍ）を照射することで、可逆的及び可逆的に形態を変化させることが可能な材料である。図１に戻り、発光部材３は、直方体形状の本体部３０と、第１駆動光を出射する第１光源３１と、第２駆動光を出射する第２光源３２とを備えている。なお、上述の第１駆動光及び第２駆動光の波長の組み合わせは一例であり、必ずしもこの組み合わせが用いられるものではない。

第１光源３１及び第２光源３２は本体部３０の入射部２１と当接する側の面に配置されている。図１に示すように、第１光源３１と第２光源３２とは、光変形部材１と拡散部材２との積層方向と直交する方向に交互に並べて配置固定されている。

第１光源３１及び第２光源３２としては、たとえば、ＬＥＤ素子、レーザダイオード素子、有機ＥＬ素子等、電力が供給されることで第１駆動光及び第２駆動光を出射することができるものを広く採用することが可能である。また、発光部材３には、図示を省略しているが、第１光源３１又は第２光源３２に電力を供給するための配線が備えられている。

光駆動型アクチュエータの光変形部材１が積層方向に変形する光変形部材１ｖを含む構成の場合、光変形部材１ｖの変形によって発光部材３は大きな影響を受けないので高い柔軟性を備えていなくてもよい。しかしながら、光変形部材１の変形量が少なく、せん断方向に作用する力が少なくても、光変形部材の変形によってわずかに変形するので発光部材３はその変形に対応できる程度の柔軟性を有していることが好ましい。

また、光駆動型アクチュエータの光変形部材１が積層方向と直交する幅方向に変形する光変形部材１ｈを含む構成の場合、光変形部材１ｈの変形に伴って発光部材３も同方向に伸びるように変形する。すなわち、発光部材３は光変形部材１ｈの変形に追従するために、柔軟性が必要である。

第１又は第２光源として、ＬＥＤ素子やレーザダイオード素子等のように、柔軟性を有しない或いは略柔軟性を有しない発光素子を用いる場合、柔軟性を有する材料（たとえば樹脂材料）で作製された直方体形状の本体部３０の表面に取り付け固定するものが好ましい。このとき、光源を取り付ける方法としては、接着や溶着等、従来良く知られた方法を採用することができるが、本体部３０と光源との取り付けは、その取付部も柔軟性を有するものが好ましい。また、有機ＥＬ素子のように柔軟性を有する発光素子を用いる場合、本体部３０の表面に発光素子を形成すればよい。

図４は本発明に係る光駆動型アクチュエータの異なる構成を示す斜視図であり、図５は図４に示す光駆動型アクチュエータに用いられる発光部材の平面図であり、図６は図５に示す発光部材の断面図である。図４に示す光駆動型アクチュエータは、平板状の光変形部材に駆動光を照射して、変位得るものである。光変形部材、拡散部材、発光部材は形状が異なるが、構成は同じであり、同じ符号を用いるものとする。

図４に示す光駆動型アクチュエータは、平板状の光変形部材１と、光変形部材１の下面に接合された拡散部材２ａと、拡散部材２ａの下面と接合された発光部材３とを有している。光変形部材１及び拡散部材２ａは図１等に示した光駆動型アクチュエータで用いられているものと同じ構成を備えたものであり、詳細な説明は省略する。

発光部材３は第１駆動光（紫外光）を出射する第１光源３１と、第２駆動光（可視光）を出射する第２光源３２とを有している。図５、図６に示すように、第１光源３１と第２光源３２とは、平面視正方形状を有する直方体形状で形成された光源であり、本体部３０に縦横に交互に並んで配置されている。すなわち図５に示す発光部材３において、第１光源３１の上下左右の隣はすべて第２光源３２となっており、第２光源３２の上下左右の隣はすべて第１光源３１となっている。

図６に示すように、発光部材３の本体部３０の表面に第１光源３１及び第２光源３２を固定した後、第１光源３１と第２光源３２との間の空間を埋めるように、透明且つ柔軟性を有する材料（たとえば、樹脂材料）で構成されるクリア層３０１が形成されており、発光部材３が直方体形状となるように形成している。このように直方体形状に形成することで、発光部材３と拡散部材２ａとの当接面積を大きくすることが可能であり、発光部材３を拡散部材２ａに強固且つ確実に固定することが可能である。

この発光部材３の第１光源３１、第２光源３２はそれぞれに電力を供給するための電力配線（図示省略）が形成されており、それぞれ、第１光源３１又は第２光源３２に別々に電力を供給することで、第１駆動光又は第２駆動光を選択的に照射することができる。

第１光源３１に電力が供給されると、第１光源３１より第１駆動光が出射される。発光部材３において、第１光源３１は間に第２光源３２が配置されているので、光束にばらつきがある。第１光源３１より第１駆動光が照射されると、入射部２１より拡散部材２ａの内部に入射される。拡散部材２ａの内部に入射された第１駆動光は入射部２１、拡散部材２の内部又は出射部２２或いはそれらのうち複数の場所で拡散され、出射部２２より出射されるときは、出射部２２内で均一な光束となって光変形部材１に照射される。第２駆動光に関しても同様に、出射部３２より出射されるときには、均一又は略均一な光束となって光変形部材１に照射される。

以下に本発明の光駆動型アクチュエータの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図７は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの側面図である。図７に示す光駆動型アクチュエータＡ１は厚さ方向に伸縮変形する光変形部材１ｖと、拡散部材２ａと、発光部材３とを備えている。光変形部材１ｖは拡散部材２ａの出射部２２と当接固定されており、発光部材３は拡散部材２ａの入射部２１と当接固定されている。すなわち、光変形部材１ｖ、拡散部材２ａ及び発光部材３の順番で積層されている。

発光部材３の第１光源３１に電力が供給されると、第１駆動光が出射され、拡散部材２ａの入射部２１より入射される。第１駆動光は拡散部材２ａで拡散され、光束が均一又は略均一となった状態で、光変形部材１ｖに照射される。光変形部材１ｖに第１駆動光が照射されると、光変形部材１ｖは厚さ方向に伸張された状態（図２の第１状態Ｐ１）に変形される。

光変形部材１ｖが厚さ方向に伸張された状態への変形が終了した後に、第１光源３１への電力供給を停止し、第１駆動光の出射を終了させても、光変形部材１ｖは厚さ方向に伸張された状態を維持する。この状態で、第２光源３２へ電力を供給し、第２駆動光が出射されると、拡散部材２ａの入射部２１より入射される。第２駆動光は拡散部材２ａで拡散され光変形部材１ｖに光束が均一な又は略均一な光として照射される。これにより、光変形部材１ｖは厚さ方向に収縮された状態（図２の初期状態Ｐ０）に変形される。

このように、第１光源３１又は第２光源３２に電力を供給することで、光駆動型アクチュエータＡ１は光変形部材１ｖ、拡散部材２ａ、発光部材３の積層方向に伸張変形又は収縮変形を行うことができる。また、第１光源３１からの第１駆動光の照射と第２光源３２からの第２光源の照射を交互に行うことで、光駆動型アクチュエータＡ１は積層方向への伸縮をくりかえすことができる。

このように、光駆動型アクチュエータＡ１を用いることで、光変形部材１ｖの広い領域に駆動光（第１駆動光、第２駆動光）を照射することができる。これにより、光変形部材１ｖの駆動光が照射された領域内に分布するフォトクロミック材料の結晶を効率よく駆動することができる。さらに、変位を大きくすることができるとともに、変位に伴う駆動力を大きくすることが可能である。

また、光変形部材１ｖの広い領域に均一又は略均一な光束の駆動光（第１駆動光、第２駆動光）を照射することができるので、駆動光が照射された領域のフォトクロミック材料の結晶を均一に又は略均一に駆動させることができ、光駆動型アクチュエータＡ１を高い精度で変位させることが可能である。

（第２実施形態）
図８は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの他の例の断面図である。図８に示す光駆動型アクチュエータＡ２は、光変形部材１ｖと、拡散部材２ａと、発光部材３と、枠体４とを有している。光変形部材１ｖ、拡散部材２ａ、発光部材３とは、図６に示した光駆動型アクチュエータＡ１に用いられているものと同じものであり詳細な説明は省略する。

図８に示すように、拡散部材２ａと発光部材３とは接合されており、周囲を枠体４に囲まれて、固定されている。光変形部材１ｖは拡散部材２ａと間隙ｔを隔てて配置されており、周囲を枠体４に保持されている。

発光部材３の第１光源３１又は第２光源３２より第１駆動光又は第２駆動光がそれぞれ出射されると、各駆動光は拡散部材２ａで拡散され、出射部２２より出射される。出射部より出射された駆動光は光変形部材１ｖに照射され、光変形部材１ｖは厚さ方向に伸縮変形される。

光駆動型アクチュエータＡ２において、出射部２２と光変形部材１ｖとが間隙ｔを挟んで配置されているので、出射部２２より出射された駆動光は間隙でさらに拡散されて均一化され、光変形部材１ｖに照射される。これにより、光変形部材１ｖの駆動光が照射された領域のフォトクロミック材料の結晶を均一又は略均一に駆動することができ、光駆動型アクチュエータＡ２を高い精度で変位させることができる。

また、光変形部材１ｖが拡散部材２ａと接触していないので、光変形部材１ｖの変形によって拡散部材２ａに力が作用しない。よって、拡散部材２ａの破損や変形が発生するのを抑制することができる。また、破損しやすい材料や変形しやすい材料を用いた拡散部材２ａ、発光部材３を採用することが可能である。

（第３実施形態）
図９は本発明に係る光駆動型アクチュエータのさらに他の例の断面図である。図９に示す光駆動型アクチュエータＢ１は、光変形材料として、厚さ方向に直交する幅方向に変形する光変形部材１ｈを採用している。また、拡散部材として拡散部材５ａが、発光部材として発光部材６が用いられている。拡散部材５ａは柔軟性を有する点以外は拡散部材２ａと同一の構成を有し、また、発光部材６は本体部６０及びクリア層６０１が柔軟性を有する点以外は発光部材３と同一の構成を有している。実質上同じ部材には同一の符号が付してある。よって、拡散部材５ａと発光部材６の形状の詳細な説明は省略する。

光駆動型アクチュエータＢ１は、拡散部材５ａの出射部５２と光変形部材１ｈとが当接接合されており、拡散部材５ａの入射部５１と発光部材６とが当接接合されている。図９に示すように、光変形部材１ｈは駆動光の照射により厚さ方向と直交する幅方向に伸縮する光変形部材である。また、上述したように拡散部材５ａ及び発光部材６は柔軟性を有しており、光変形部材１ｈの幅方向の伸縮変形に従って、拡散部材５ａ及び発光部材６も伸縮する。なお、光変形部材１ｈの幅方向の伸縮変形に精度良く追従するために、拡散部材５ａ及び発光部材６は、光変形部材１ｈよりも高い柔軟性を有している。これにより、拡散部材５ａ及び発光部材６の伸縮時の反力が弱く、光変形部材１ｈが平板形状を有したまま又は略平板形状を有したまま幅方向に伸縮変形することが可能である。

また、クリア層６０１も柔軟性を有しているので、発光部材６の本体部６０は変形されにくく、それだけ、第１光源３１及び第２光源３２に力が作用しにくい。これにより、光駆動型アクチュエータＢ１を繰り返し変形させても、破損、故障が発生するのを抑制することが可能である。

このように、光駆動型アクチュエータＢ１を用いることで、光変形部材１ｈの広い領域に駆動光（第１駆動光、第２駆動光）を照射することができる。よって、光変形部材１ｈの駆動光が照射された領域内に分布するフォトクロミック材料の結晶を効率よく駆動することができる。さらに。変位を大きくすることができるとともに、変位に伴う駆動力を大きくすることも可能である。

また、光変形部材１ｈの広い領域に均一又は略均一な光束の駆動光（第１駆動光、第２駆動光）を照射することができるので、駆動光が照射された領域のフォトクロミック材料の結晶を均一に又は略均一に駆動させることができ、光駆動型アクチュエータＢ１を高い精度で変位させることが可能である。

（第４実施形態）
図１０は本発明にかかる光駆動型アクチュエータのさらに他の例の断面図である。図１０に示す光駆動型アクチュエータＢ２は、光変形部材１ｈと、拡散部材５ａと、発光部材６と、枠体４とを有している。光変形部材１ｈ、拡散部材５ａ、発光部材６とは、図９に示した光駆動型アクチュエータＢ１に用いられているものと同じものであり詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、拡散部材５ａと発光部材６とは接合されており、周囲を枠体４に囲まれて、固定されている。光変形部材１ｈは拡散部材５ａと間隙ｔを隔てて配置されており、一辺を枠体４に保持されている。

発光部材６の第１光源３１又は第２光源３２より第１駆動光又は第２駆動光がそれぞれ出射されると、各駆動光は拡散部材５ａで拡散され、出射部５２より出射される。出射部より出射された駆動光は光変形部材１ｈに照射され、光変形部材１ｈは幅方向に伸縮変形される。

光駆動型アクチュエータＢ２において、出射部５２と光変形部材１ｈとが間隙ｔを挟んで配置されているので、出射部５２より出射された駆動光は間隙でさらに拡散されて均一化され、光変形部材１ｈに照射される。これにより、光変形部材１ｈの駆動光が照射された領域のフォトクロミック材料の結晶を均一又は略均一に駆動することができ、光駆動型アクチュエータＢ２を高い精度で変位させることができる。

また、光変形部材１ｈが拡散部材５ａと接触していないので、光変形部材１ｈの変形によって拡散部材５ａに力が作用しない。これにより、拡散部材５ａ及び発光部材６に柔軟性の低い又は柔軟性の無い部材を用いても、光変形部材１ｈを安定して変形させることができ、光駆動型アクチュエータＢ２を安定駆動させることが可能である。

（第５実施形態）
図１１は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの他の例の断面図である。図１１に示す光駆動型アクチュエータＣは光変形部材１ｈと、拡散部材５ａと、発光部材６と、枠体４とを有している。光変形部材１ｈ、拡散部材５ａ、発光部材６とは、図９に示した光駆動型アクチュエータＢ１に用いられているものと同じものであり詳細な説明は省略する。また、光駆動型アクチュエータＣの光変形部材１ｈには拡散部材５ａが当接されているのと反対側の面に、引張部材７が当接接合されている。ここで、拡散部材５ａ、発光部材６は光変形部材１ｈよりも柔軟性が高い部材であり、引張部材７は光変形部材１ｈよりも柔軟性が低い部材である。

図１１に示す光駆動型アクチュエータＣの光変形部材１ｈは駆動光の照射により厚さ方向と直交する幅方向に伸縮する光変形部材である。また、上述したように拡散部材５ａ及び発光部材６は柔軟性を有しており、光変形部材１ｈは第１駆動光の照射により幅方向の伸張変形する。この光変形部材１ｈの伸張変形に伴って、光変形部材１ｈよりも柔軟性の高い拡散部材５ａ及び発光部材６も伸張変形する。

一方、光変形部材１ｈの拡散部材５ａが取り付けられている面と反対側の面に接合されている引張部材７は光変形部材１ｈよりも柔軟性が低く伸びにくいので、光変形部材１ｈと引張部材７との変形量に差が出る。これにより、光変形部材１ｈが幅方向に伸張変形するときに、光変形部材１ｈの引張部材７との接合部（図１１中において上面）が引っ張られ、光変形部材１ｈは引張部材７側に湾曲する。これにより、光駆動型アクチュエータＣは平板状態から湾曲状態に変形される。

そして、第１駆動光の光変形部材１ｈへの照射が停止されると、光変形部材１ｈは変形状態で維持され、光駆動型アクチュエータＣは湾曲状態が維持される。その後、発光部材６より第２駆動光が出射されることで、光変形部材１ｈが元の長さに戻る。そのとき、光変形部材１ｈと引張部材７の伸びの差が小さくなり、光変形部材１ｈが引張部材７に引っ張られている力が弱くなる。これにより、光駆動型アクチュエータＣの形状が元の平板形状に戻る。

以上のように、光変形部材１ｈに第１駆動光及び第２駆動光を照射することで、光駆動型アクチュエータＣは、平板状態と湾曲状態との状態を選択的に変化することが可能である。これにより、厚さ方向又は幅方向以外に変形させることが可能であり、設置場所に制限がある場合でも、光駆動型アクチュエータを用いて被駆動物品を駆動させることが可能である。

なお、光駆動型アクチュエータＣを、拡散部材５ａ及び発光部材６が接合されている側に湾曲させる場合は、引張部材７を発光部材６に取り付けてもよい。また、拡散部材５ａ又は発光部材６のいずれか一方を光変形部材１ｈよりも柔軟性の低い材料を用いて作製することで、引張部材７を省略しても、光駆動型アクチュエータＣを拡散部材５ａ側に湾曲させることが可能である。

本発明の光駆動型アクチュエータは、光が照射されることで変形する光駆動部材を用いたアクチュエータで、小型、構造が簡単、電磁波等の外部環境に左右されにくい等の長所を有するものであり、光学機器、電子機器等のアクチュエータとして用いることができる。

は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの構成を示す断面図である。 は、フォトクロミック材料で作製された光変形部材の光照射による変形パターンを示す概略図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータに用いることができる拡散部材の例の断面図である。 は、本発明に係る光駆動型アクチュエータの異なる構成を示す斜視図である。 は、図４に示す光駆動型アクチュエータに用いられる発光部材の平面図である。 は、図５に示す発光部材の断面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの側面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの他の例の断面図である。 は、本発明に係る光駆動型アクチュエータのさらに他の例の断面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータのさらに他の例の断面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの他の例の断面図である。

符号の説明

１、１ｖ、１ｈ 光変形部材
１１ 積層体
２ａ、２ｂ、２ｃ 拡散部材
２１ 入射部
２２ 出射部
３ 発光部材
３０ 本体部
３１ 第１光源
３２ 第２光源
４ 枠体
５ａ 拡散部材
６ 発光部材
７ 引張部材

Claims (10)

1. 異なる波長の駆動光が照射されることで駆動される光駆動型アクチュエータであって、
   前記駆動光が出射される発光部材と、
   前記駆動光が透過時に拡散され、光束が均一化された駆動光が出射される拡散部材と、
   前記駆動光が照射されることで変形される光変形部材とを有し、
   前記拡散部材が前記発光部材と前記光変形部材との間に配置されているとともに、前記拡散部材と前記発光部材及び前記拡散部材と前記光変形部材の対向する面同士が接合されていることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
2. 前記発光部材は第１駆動光を出射する第１光源と、前記第１光源とは異なる波長の第２駆動光を出射する第２光源とを有しており、
   前記第１光源及び前記第２光源は、前記発光部材の前記拡散部材と接合される面に配列固定されている請求項１に記載の光駆動型アクチュエータ。
3. 前記発光部材は前記第１光源及び前記第２光源が配列固定された面を覆い、透光性及び柔軟性を有するクリア層をそなえている請求項２に記載の光駆動型アクチュエータ。
4. 前記発光部材が前記光変形部材よりも高い柔軟性を有している請求項１から請求項３のいずれかに記載の光駆動型アクチュエータ。
5. 前記光変形部材の前記拡散部材が接合された面と反対側の面に前記光変形部材よりも低い柔軟性の引張部材が接合されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の光駆動型アクチュエータ。
6. 前記光変形部材が前記拡散部材よりも高い柔軟性を有している請求項１から請求項５のいずれかに記載の光駆動型アクチュエータ。
7. 前記拡散部材が透光性を有する第１の材料に、前記第１の材料と異なる屈折率を有する第２の材料を添加した材料で作製されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の光駆動型アクチュエータ。
8. 前記拡散部材は透光性を有する第１の材料と、前記第１の材料と異なる屈折率を有する第２の材料を前記駆動光が透過する方向に交互に積層して形成された請求項１から請求項６のいずれかに記載の光駆動型アクチュエータ。
9. 前記拡散部材は前記駆動光が入射される面又は出射される面の少なくとも一方の表面に前記駆動光を拡散させるための凹凸が形成されている請求項１から請求項８のいずれかに記載の光駆動型アクチュエータ。
10. 前記発光部材が第１光源と、前記第２光源とを有しているものの場合、隣り合う前記第１光源と前記第２光源との間に間隙が形成されている請求項２から請求項９のいずれかに記載の光駆動型アクチュエータ。

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