JP5211748B2 - 高分子アクチュエータおよび光学ユニット - Google Patents

Description

本発明は、高分子アクチュエータおよび光学ユニットに関し、特に、厚みに勾配をもつ伸張部と面積方向に非弾性な部材からなる電極とを備えた高分子アクチュエータ、および該高分子アクチュエータを備えた光学ユニットに関する。

携帯電話等に搭載される光学ユニットには、小型化、低コスト化と高機能化とが同時に要求される。高機能化とは、デジタルカメラで実現されている「オートフォーカス機能」等の機能の搭載であり、これらの機能の実現のためには撮影レンズを移動させるためのアクチュエータが必要となる。

一方、小型化のためには従来の機能の小型化に含めて、上述した高機能化のために付加される部材、特にアクチュエータの小型化が必要であるし、全ての部品レベルでのスペース効率の向上が不可欠である。さらに、低コスト化のためには、部品の低コスト化だけでなく、組立を容易にすることによる費用等の削減が重要となる。

これらの観点から近年注目されているアクチュエータとして、高分子アクチュエータがある。高分子アクチュエータは、発生力が大きい、軽い、音がしない、低電力で駆動できる、材料が樹脂であるため成形で自由な形状が作れるなどの特徴を持っている。

例えば、高分子アクチュエータを駆動源として手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部等が構成できるとの提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

また、高分子アクチュエータの出力方向を制御するために、ポリマに方向によって異なるプリストレインを与える方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−２８２９９２号公報 特表２００３−５０５８６５号公報

しかし、特許文献１には、高分子アクチュエータが手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部に好適である、との記載があるのみで、具体的な手段や方法の提案は何らなされておらず、実現性の検証はなされていない。

また、特許文献２の方法では、ポリマにプリストレインを与えるためには、ポリマを伸ばして固定する固定部材が必要であり、小型化、低コスト化に課題が残る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ、および該高分子アクチュエータを備えた光学ユニットを提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．誘電性高分子材料からなる伸張部と、
前記伸張部を挟持し、前記伸張部に電界を印加するための少なくとも１組の電極とを備えた高分子アクチュエータにおいて、
前記電極は、前記伸張部と接合されており、前記伸張部は、電極方向の厚みに勾配を持ち、前記電極に電圧が印加されると、前記電極同士が引き合い、前記伸張部は、前記電極間隔がより広い方向に伸張することを特徴とする高分子アクチュエータ。

２．前記電極の少なくとも１つは電極面の面積方向に非弾性であることを特徴とする１に記載の高分子アクチュエータ。

３．前記電極の少なくとも１つは剛性を有することを特徴とする１に記載の高分子アクチュエータ。

４．前記電極の少なくとも１つは、導電性の層および前記導電性の層に積層された剛性を有する層を含むことを特徴とする１に記載の高分子アクチュエータ。

５．前記伸張部は、前記電極により印加される電界と垂直であって、前記広い方向に駆動力を出力する出力部を有することを特徴とする１に記載の高分子アクチュエータ。

６．前記電極の少なくとも１面は、前記伸張部の厚みがより厚い部分に開口部を有し、
前記伸張部は、前記開口部から突出することにより駆動力を出力する出力部を有することを特徴とする１に記載の高分子アクチュエータ。

７．前記開口部は帯状であることを特徴とする６に記載の高分子アクチュエータ。

８．前記開口部は矩形であることを特徴とする６に記載の高分子アクチュエータ。

９．前記開口部は円形であることを特徴とする６に記載の高分子アクチュエータ。

１０．光学系と、
前記光学系を支持する枠体と、
前記枠体を移動させるための１乃至９の何れか１項に記載の高分子アクチュエータとを備えたことを特徴とする光学ユニット。

本発明によれば、厚みに勾配をもつ伸張部と面積方向に非弾性な部材からなる電極とを備えることで、出力方向を決定するための特別な部材や支持部材も必要としないので、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ、および該高分子アクチュエータを備えた光学ユニットを提供することができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

まず、従来の高分子アクチュエータの動作原理について、図８を用いて説明する。図８は、従来の高分子アクチュエータの動作原理を説明するための模式図である。

図８において、高分子アクチュエータ４０１は、シリコーンゴム等の誘電エラストマと呼ばれる誘電性高分子材料からなる伸張部４０３と、伸張部４０３の両面に設けられた導電性の炭素粒子を混ぜた高分子材料の電極４０５とからなる。スイッチＳＷが閉じられて伸張部４０３の両面に設けられた電極４０５間に電位差Ｖが印加されると、電極間に静電引力が働いて電極間が吸引され、その結果、弾性体である誘電性高分子材料からなる伸張部４０３が図の矢印の方向に伸張する。伸張の大きさは、印加される電位差Ｖによって発生する電界の大きさに略比例する。

電極４０５の片面あるいは両面を部分電極とすると、部分電極の直下の伸張部４０３だけが伸張するので、電極４０５を複数の部分電極に分割し、それぞれを別個に駆動することで、複数個の高分子アクチュエータを並べた所謂アクチュエータアレイを作成することも可能である。高分子アクチュエータは、発生力が大きい、軽い、音がしない、低電力で駆動できる、材料が樹脂であるため成形で自由な形状が作れる、複数個のアクチュエータを一体的に形成できる等の特徴がある。

次に、本発明における高分子アクチュエータの第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１は、高分子アクチュエータの第１の実施の形態を示す模式図で、図１（ａ）は電界印加前を、図１（ｂ）は電界印加後を示す。

図１（ａ）において、高分子アクチュエータ１００は、誘電性高分子材料からなる伸張部１０１と、本発明における電極として機能する下面電極１０３および上面電極１０５等で構成されている。伸張部１０１は、断面が台形状をしており、下面電極１０３および上面電極１０５で挟まれた方向の厚みに連続的な勾配を持っている。下面電極１０３および上面電極１０５は金属等の導電性部材あるいは導電性部材に支持部材を積層して構成されており、接合面１０７および１０９で接着等により伸張部１０１と接合されている。

実際には、下面電極１０３および上面電極１０５は、例えば、金属板、ガラスに金属膜を蒸着したもの、プラスチック板に金属箔を貼り合わせたもの、導電性プラスチック板等、必要に応じて適宜選択すればよい。

また、これらの下面電極１０３または上面電極１０５、あるいはその両方の電極は、伸張部１０１が変形したときに電極面の面積方向に伸張しない（非弾性な）性質のものが好ましい。そうすることにより伸張部１０１が目的以外の方向に変形して駆動効率が低下するのを減らすことができる。さらに、これらの電極が剛性を持つことが好ましい。電極が剛性を持つことにより、伸張部１０１の変形による電極部の撓みを防止することが可能となり、駆動効率の更なる向上が期待できる。剛性の程度は、高分子アクチュエータ１００の駆動条件下で下面電極１０３または上面電極１０５が実質的に撓まない程度に設定される。

図１（ｂ）において、スイッチＳＷが閉じられて下面電極１０３と上面電極１０５との間に電位差Ｖが印加されると、電位差Ｖによって発生する電界Ｅによって電極間に静電引力が働き、電極同士が引き合う。静電引力は電極間隔の２乗に反比例するので、電極間隔が狭い方（図の左側）が広い方（図の右側）よりも強く引き合い、間隔がより狭くなる。

伸張部１０１は下面電極１０３と上面電極１０５とに押されて変形し、図の＋Ｘ方向に押し出される形で伸張する。伸張部１０１の押し出された部分を出力部１０１ａと言う。伸張部１０１は、出力部１０１ａとは逆方向の部分１０１ｂにも伸張するが、出力部１０１ａと逆方向の部分１０１ｂは電極間隔がより狭くなるため、伸張量は僅かである。従って、本第１の実施の形態では、高分子アクチュエータ１００の駆動力の出力方向は、電界Ｅに垂直な図の＋Ｘ方向となる。

図８に示した高分子アクチュエータ４０１では、伸張部４０３と同様に電極４０５も弾性体であるために、伸張部４０３と一緒に電極４０５も伸張するが、本第１の実施の形態の高分子アクチュエータ１００では、下面電極１０３と上面電極１０５とは面積方向に非弾性な部材で構成されているために変形せず、伸張部１０１のみが図の＋Ｘ方向に押し出される形で伸張し、伸張する方向へ駆動力を出力する。

また、上述したように、電極間に働く静電引力は電極間隔が狭いほど強いため、電極間隔が狭い方（図の左側）が広い方（図の右側）よりも強く引き合う。よって、本第１の実施の形態の高分子アクチュエータ１００の駆動力の出力方向は伸張部１０１の形状によって決まり、出力方向を決定するための特別な部材等を必要としない。

さらに、下面電極１０３と上面電極１０５とを剛性部材で構成することで、伸張部１０１と下面電極１０３および上面電極１０５とを支持するためのハウジング等の支持部材も必要としない。また、上述した例では下面電極１０３および上面電極１０５と伸張部１０１とは接着等により接合されているとしたが、図１（ｃ）に拡大して示したように、例えば、接着の代わりに、下面電極１０３と上面電極１０５の接合面１０７および１０９を鋸歯状にして伸張部とかみ合うようにして強く結合するようになしてもよい。

以上に述べたように、本第１の実施の形態によれば、厚みに勾配をもつ伸張部１０１と面積方向に非弾性な部材からなる下面電極１０３および上面電極１０５とを備え、下面電極１０３と上面電極１０５とを伸張部１０１に接合することで、出力方向を決定するための特別な部材や支持部材も必要とせず、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ１００を提供することができる。

次に、本発明における高分子アクチュエータの第２の実施の形態について、図２を用いて説明する。図２は、高分子アクチュエータの第２の実施の形態を示す模式図で、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は電界印加前の側面図を、図２（ｃ）は電界印加後の側面図を示す。

図２（ａ）において、高分子アクチュエータ１００の上面電極１０５は、中央に帯状の開口部１１１を有し、開口部１１１からは伸張部１０１が見えている。

図２（ｂ）において、上面電極１０５は、中央に帯状の開口部１１１を有する。伸張部１０１は厚みに勾配を持っており、開口部１１１直下が最も厚く、周辺に行くにしたがって薄い形状をしている。下面電極１０３と伸張部１０１とは接合面１０７で接着等により接合されており、同様に、上面電極１０５と伸張部１０１とは接合面１０９で接着等により接合されている。

図２（ｃ）において、スイッチＳＷが閉じられて下面電極１０３と上面電極１０５との間に電位差Ｖが印加されると、電位差Ｖによって発生する電界Ｅによって下面電極１０３と上面電極１０５との間に静電引力が働き、電極同士が引き合う。静電引力は電極間隔の２乗に反比例するので、電極間隔が狭い方（周辺部）が広い方（開口部１１１直下）よりも強く引き合い、間隔がより狭くなる。

伸張部１０１は下面電極１０３と上面電極１０５とに押されて変形し、開口部１１１から押し出される形で伸張する。伸張部１０１の開口部１１１から押し出された部分を出力部１０１ａと言う。伸張部１０１は、周辺部から外側へも伸張するが、周辺部は電極間隔がより狭くなるため、伸張部１０１の伸張量は僅かである。従って、本第２の実施の形態では、高分子アクチュエータ１００の駆動力の出力方向は、伸張部１０１の一部が上面電極１０５の中央の帯状の開口部１１１から突出する方向となる。

本第２の実施の形態の高分子アクチュエータ１００では、図１で説明した第１の実施の形態と同様に、下面電極１０３と上面電極１０５とは面積方向に非弾性な部材で構成されているために変形せず、伸張部１０１のみが開口部１１１から押し出される形で伸張する。

また、第１の実施の形態と同様に、電極間に働く静電引力は電極間隔が狭いほど強いため、電極間隔が狭い方（周辺部）が広い方（開口部１１１直下）よりも強く引き合う。よって、本第２の実施の形態の高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａの形状と出力方向とは伸張部１０１の形状と開口部１１１の位置と形状とによって決まり、出力方向を決定するための特別な部材等を必要としない。

さらに、下面電極１０３と上面電極１０５とを剛性部材で構成することで、伸張部１０１と下面電極１０３および上面電極１０５とを支持するためのハウジング等の支持部材も必要としない。

以上に述べたように、本第２の実施の形態によれば、厚みに勾配をもつ伸張部１０１と面積方向に非弾性な部材からなる下面電極１０３および上面電極１０５とを備え、上面電極１０５に帯状の開口部１１１を設けることで、帯状の出力部１０１ａを形成することができ、第１の実施の形態と同様に、出力方向を決定するための特別な部材や支持部材も必要とせず、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ１００を提供することができる。

次に、本発明における高分子アクチュエータの第３の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３は、高分子アクチュエータの第３の実施の形態を示す模式図で、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は電界印加前のＡ−Ａ’断面図を、図３（ｃ）は電界印加後のＡ−Ａ’断面図を示す。

図３（ａ）において、高分子アクチュエータ１００の上面電極１０５は、例えば４領域に分割され、各領域が後述する電界Ｅ印加時に互いに接触して動作を阻害しないように、切り込み部１０５ａを有している。また、上面電極１０５は中央に矩形状の開口部１１１を有し、切り込み部１０５ａと開口部１１１からは伸張部１０１が見えている。

図３（ｂ）において、上面電極１０５は、中央に開口部１１１を有する。伸張部１０１は厚みに勾配を持っており、開口部１１１直下が最も厚く、周辺に行くにしたがって薄い形状をしている。下面電極１０３と伸張部１０１とは接合面１０７で接着等により接合されており、同様に、上面電極１０５と伸張部１０１とは接合面１０９で接着等により接合されている。

図３（ｃ）において、スイッチＳＷが閉じられて下面電極１０３と上面電極１０５との間に電位差Ｖが印加されると、電位差Ｖによって発生する電界Ｅによって下面電極１０３と上面電極１０５との間に静電引力が働き、電極同士が引き合う。静電引力は電極間隔の２乗に反比例するので、電極間隔が狭い方（周辺部）が広い方（開口部１１１直下）よりも強く引き合い、間隔がより狭くなる。

伸張部１０１は下面電極１０３と上面電極１０５とに押されて変形し、開口部１１１から押し出される形で伸張し、伸張する方向へ駆動力を出力する。伸張部１０１の開口部１１１から押し出された部分を出力部１０１ａと言う。伸張部１０１は、周辺部から外側へも伸張するが、周辺部は電極間隔がより狭くなるため、伸張部１０１の伸張量は僅かである。従って、本第３の実施の形態では、高分子アクチュエータ１００の駆動力の出力方向は、上面電極１０５の中央の矩形の開口部１１１から伸張部１０１の一部が突出する方向となる。

本第３の実施の形態の高分子アクチュエータ１００では、第１および第２の実施の形態と同様に、下面電極１０３と上面電極１０５とは面積方向に非弾性な部材で構成されているために変形せず、伸張部１０１のみが開口部１１１から押し出される形で伸張する。

また、第１および第２の実施の形態と同様に、電極間に働く静電引力は電極間隔が狭いほど強いため、電極間隔が電極間隔が狭い方（周辺部）が広い方（開口部１１１直下）よりも強く引き合う。よって、本第３の実施の形態の高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａの形状と出力方向とは伸張部１０１の形状と開口部１１１の位置と形状とによって決まり、出力部１０１ａの形状と出力方向とを決定するための特別な部材等を必要としない。

さらに、下面電極１０３と上面電極１０５とを剛性部材で構成することで、伸張部１０１と下面電極１０３および上面電極１０５とを支持するためのハウジング等の支持部材も必要としない。

以上に述べたように、本第３の実施の形態によれば、厚みに勾配をもつ伸張部１０１と面積方向に非弾性な部材からなる下面電極１０３および上面電極１０５とを備え、上面電極１０５に矩形状の開口部１１１を設けることで、矩形状の出力部１０１ａを形成することができ、第１および第２の実施の形態と同様に、出力部１０１ａの形状と出力方向とを決定するための特別な部材や支持部材も必要とせず、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ１００を提供することができる。

次に、本発明における高分子アクチュエータの第４の実施の形態について、図４を用いて説明する。図４は、高分子アクチュエータの第４の実施の形態を示す模式図で、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は電界印加前のＢ−Ｂ’断面図を、図４（ｃ）は電界印加後のＢ−Ｂ’断面図を示す。

図４（ａ）において、高分子アクチュエータ１００は、その中心に円筒形の内壁２０９で囲まれた光路部２１１を有する円形の開口部を持つ円筒状をしている。上面電極１０５も円板状をしており、内壁２０９と上面電極１０５の内周との間からは、伸張部１０１の出力部１０１ａが突出している。

図４（ｂ）において、伸張部１０１は厚みに勾配を持っており、円筒状の中心側が厚く、周辺に行くにしたがって薄くなっている。伸張部１０１の円筒状の中心側には、円弧状に盛り上がった出力部１０１ａが設けられ、内壁２０９と上面電極１０５の内周との間から上部に突出している。

下面電極１０３と伸張部１０１とは接合面１０７で接着等により接合されており、同様に、上面電極１０５と伸張部１０１とは接合面１０９で接着等により接合されている。内壁２０９は伸張部が伸張する際の圧力に抗することのできる強度を有し、かつ内壁２０９の伸張部１０１に接する面は伸張部１０１との摩擦が少なく伸張部１０１の伸張を妨げない素材でできている。

図４（ｃ）において、スイッチＳＷが閉じられて下面電極１０３と上面電極１０５との間に電位差Ｖが印加されると、電位差Ｖによって発生する電界Ｅによって下面電極１０３と上面電極１０５との間に静電引力が働き、電極同士が引き合う。静電引力は電極間隔の２乗に反比例するので、電極間隔が狭い方（周辺部）が広い方（円筒状の中心側）よりも強く引き合い、間隔がより狭くなる。

伸張部１０１は下面電極１０３と上面電極１０５に押されて変形し、出力部１０１ａが伸張し、リング状に盛り上がる。伸張部１０１は、周辺部から外側へも伸張するが、周辺部は電極間隔がより狭くなるため、伸張部１０１の伸張量は僅かである。従って、本第４の実施の形態では、高分子アクチュエータ１００の駆動力の出力方向は、出力部１０１ａの突出する方向となる。

本第４の実施の形態の高分子アクチュエータ１００では、第１乃至第３の実施の形態と同様に、下面電極１０３と上面電極１０５とは面積方向に非弾性な部材で構成されているために変形せず、伸張部１０１の出力部１０１ａのみが内壁２０９と上部電極１０５の間から押し出される形で伸張する。

また、第１乃至第３の実施の形態と同様に、電極間に働く静電引力は電極間隔が狭いほど強いため、電極間隔が電極間隔が狭い方（周辺部）が広い方（円筒状の中心側）よりも強く引き合う。よって、本第４の実施の形態の高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａの駆動力の出力方向は伸張部１０１の形状と出力部１０１ａの位置によって決まり、出力部１０１ａの駆動力の出力方向を決定するための特別な部材等を必要としない。

さらに、下面電極１０３と上面電極１０５とを剛性部材で構成することで、伸張部１０１と下面電極１０３および上面電極１０５とを支持するためのハウジング等の支持部材も必要としない。

以上に述べたように、本第４の実施の形態によれば、中心に内壁２０９で囲まれた光路部２１１を有する円筒状をし、厚みに勾配をもつ伸張部１０１と、面積方向に非弾性な部材からなる下面電極１０３および上面電極１０５とを備え、伸張部１０１の円筒状の中心側に出力部１０１ａを設けることで、リング状の出力部１０１ａを形成することができ、第１乃至第３の実施の形態と同様に、出力部１０１ａの形状と出力方向とを決定するための特別な部材や支持部材も必要とせず、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ１００を提供することができる。

次に、上述した高分子アクチュエータの第４の実施の形態を応用した光学ユニットについて、図５を用いて説明する。図５は、第４の実施の形態を応用した光学ユニットの一例としてのレンズ駆動ユニット２００を示す模式図で、図５（ａ）は電界印加前のレンズ駆動ユニット２００の中央断面図を、図５（ｂ）は電界印加後のレンズ駆動ユニット２００の中央断面図を示す。

図５（ａ）において、本発明における光学系として機能するレンズ２０１は、本発明における枠体として機能するレンズ枠２０３内に納められ、支持されている。レンズ枠２０３は鏡胴２０５内に納められ、鏡胴２０５内壁に設けられた突起部２０５ａで光軸２０１ａ方向に移動可能に支持されている。レンズ枠２０３の光軸２０１ａ方向の一方の面は、例えば付勢バネ２０７等によって図の下方向に付勢されている。

レンズ枠２０３の光軸２０１ａ方向の他方の面には、鏡胴２０５内に配置された第４の実施の形態の高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａと接しており、レンズ枠２０３は、付勢バネ２０７と高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａとで光軸２０１ａ方向に挟まれた形となっている。

図５（ｂ）において、電界Ｅが印加されると、図４で説明したように、下面電極１０３と上面電極１０５との間に静電引力が働いて両電極が引き合い、両電極に押し出されるようにして出力部１０１ａが図の上方向に伸張し、付勢バネ２０７の力に抗してレンズ枠２０３を上方向に押し上げる。これによってレンズ２０１の光軸２０１ａ方向の位置を移動させること、即ちフォーカス制御が可能となる。出力部１０１ａの伸張量、即ちフォーカス制御位置は、電界Ｅ即ち図４の電位差Ｖを変更することによって制御できる。

上述した高分子アクチュエータの第４の実施の形態を応用した光学ユニットによれば、レンズ枠２０３に支持されたレンズ２０１を付勢バネ２０７と高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａとで光軸２０１ａ方向に挟み、高分子アクチュエータ１００の電極間に電界を印加するだけの簡単な構成でレンズ駆動ユニット２００を実現することができ、小型で低コストな光学ユニットを提供することができる。

次に、本発明における高分子アクチュエータの第５の実施の形態について、図６を用いて説明する。図６は、高分子アクチュエータの第５の実施の形態を示す模式図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は電界印加前のＣ−Ｃ’断面図を、図６（ｃ）は電界印加後のＣ−Ｃ’断面図を示す。本実施の形態においても、第１乃至第４の実施の形態と同様に、伸張部１０１の厚みに勾配を持つ。

図６（ａ）において、高分子アクチュエータ１００は円形の外形を持つ。上面電極１０５は中心に円形の開口部を持つ円板状をしており、上面電極１０５の開口部からは、伸張部１０１の出力部１０１ａが突出している。外形は円形である必要はなく、第１乃至第４の実施の形態と同様に矩形であってもよいし、必要に応じて任意の形状としてもよい。高分子アクチュエータは誘電性高分子材料を樹脂成形技術を用いて成形すれば作成できるので、任意の形状とすることが容易である。

図６（ｂ）において、伸張部１０１は円筒状であり、電界方向の厚みに勾配を持つ。伸張部１０１の中央部の上面電極１０５側には、略半球状に盛り上がった出力部１０１ａが設けられ、上面電極１０５の開口部から上部に突出している。下面電極１０３と伸張部１０１とは接合面１０７で接着等により接合されており、同様に、上面電極１０５と伸張部１０１とは接合面１０９で接着等により接合されている。出力部１０１ａは必ずしも略半球状に盛り上がらせる必要はなく、平面であってもよい。

図６（ｃ）において、スイッチＳＷが閉じられて下面電極１０３と上面電極１０５との間に電位差Ｖが印加されると、電位差Ｖによって発生する電界Ｅによって下面電極１０３と上面電極１０５との間に静電引力が働き、電極同士が引き合う。伸張部１０１は下面電極１０３と上面電極１０５に押されて変形し、出力部１０１ａが伸張し、上面電極１０５側に盛り上がる。本第５の実施の形態では、高分子アクチュエータ１００の駆動力の出力方向は、出力部１０１ａの突出する方向となる。

本第５の実施の形態の高分子アクチュエータ１００では、第１乃至第４の実施の形態と同様に、下面電極１０３と上面電極１０５とは面積方向に非弾性な部材で構成されているために変形せず、伸張部１０１の出力部１０１ａが上部電極１０５の開口部から押し出される形で伸張する。

さらに、下面電極１０３と上面電極１０５とを剛性部材で構成することで、伸張部１０１と下面電極１０３および上面電極１０５とを支持するためのハウジング等の支持部材も必要としない。

以上に述べたように、本第５の実施の形態によれば、円筒状で電界方向の厚みに勾配を持ち、中央部に略半球状に盛り上がった出力部１０１ａを持つ伸張部１０１と、面積方向に非弾性な部材からなる下面電極１０３および中央に開口部を持つ上面電極１０５とを備え、上面電極１０５の開口部から出力部１０１ａが突出する形状とすることで、突起状の出力部１０１ａを形成することができ、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ１００を提供することができる。

次に、上述した高分子アクチュエータの第５の実施の形態を応用した光学ユニットについて、図７を用いて説明する。図７は、第５の実施の形態を応用した光学ユニットの一例としてのレンズ駆動ユニット２００を示す模式図で、図７（ａ）は上面から見た要部を示し、図７（ｂ）は電界印加前のレンズ駆動ユニット２００のＤ−Ｄ’断面図を、図７（ｃ）は電界印加後のレンズ駆動ユニット２００のＤ−Ｄ’断面図を示す。

図７（ａ）において、本発明の光学系であるレンズ２０１は、本発明の枠体である円筒形のレンズ枠２０３の内に納められ支持されている。レンズ枠２０３は鏡胴２０５内に納められ、鏡胴２０５内壁に設けられた突起部２０５ａで光軸２０１ａ方向に移動可能に支持されている。レンズ枠２０３の裏面側の真下には、図６に示した第５の実施の形態の高分子アクチュエータが複数個、例えば９０°毎に４個（正方形の頂点の位置に）配置されている。もちろん、９０°毎に４個配置しなければならないわけではなく、例えば１２０°毎に３個（正三角形の頂点の位置に）配置してもよい。

図７（ｂ）において、レンズ枠２０３の光軸２０１ａ方向の一方の面は、例えば付勢バネ２０７等によって図の下方向に付勢されている。レンズ枠２０３の光軸２０１ａ方向の他方の面は、上述した第５の実施の形態の高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａと接しており、レンズ枠２０３は、付勢バネ２０７と高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａとで光軸２０１ａ方向に挟まれた形となっている。

図７（ｃ）において、電界Ｅが印加されると、図６で説明したように、下面電極１０３と上面電極１０５との間に静電引力が働いて両電極が引き合い、両電極に押し出されるようにして出力部１０１ａが図の上方向に伸張し、付勢バネ２０７の力に抗してレンズ枠２０３を上方向に押し上げる。これによってレンズ２０１の光軸２０１ａ方向の位置を移動させること、即ちフォーカス制御が可能となる。出力部１０１ａの伸張量、即ちフォーカス制御位置は、電界Ｅ即ち図６の電位差Ｖを変更することによって制御できる。

また、本例のようにレンズ枠２０３を複数個の高分子アクチュエータ１００で移動させる構成にすると、個々の高分子アクチュエータに必要な力が小さくて済み、小型の高分子アクチュエータを使用することができるため、レンズ駆動ユニット２００の小型化に寄与することができる。

さらに、高分子アクチュエータ１００に印加する電位差Ｖを個々の高分子アクチュエータ毎に異ならせて制御することで、レンズ枠２０３を傾ける、即ち光軸２０１ａを傾けることができる。それによって、フォーカス制御だけでなく、手振れ補正も可能となるし、あおり撮影等の高度な撮影技法も可能となる。

上述した高分子アクチュエータの第５の実施の形態を応用した光学ユニットによれば、レンズ枠２０３に支持されたレンズ２０１を付勢バネ２０７と複数個の高分子アクチュエータ１００の出力部１０１ａとで光軸２０１ａ方向に挟み、高分子アクチュエータ１００の電極間に電界を印加するだけの簡単な構成でレンズ駆動ユニット２００を実現することができ、小型で低コストな光学ユニットを提供することができる。さらに、フォーカス制御だけでなく、手振れ補正も可能となるし、あおり撮影等の高度な撮影技法も可能となる。

以上に述べたように、本発明によれば、厚みに勾配をもつ伸張部と面積方向に非弾性な部材からなる電極とを備えることで、出力方向を決定するための特別な部材や支持部材も必要としないので、簡単な構成で部品も少なく、小型で低コストな高分子アクチュエータ、および該高分子アクチュエータを備えた光学ユニットを提供することができる。

尚、本発明に係る高分子アクチュエータ、および該高分子アクチュエータを備えた光学ユニットを構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

高分子アクチュエータの第１の実施の形態を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第２の実施の形態を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第３の実施の形態を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第４の実施の形態を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第４の実施の形態を応用したレンズ駆動ユニットを示す模式図である。 高分子アクチュエータの第５の実施の形態を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第５の実施の形態を応用したレンズ駆動ユニットを示す模式図である。 従来の高分子アクチュエータの動作原理を説明するための模式図である。

符号の説明

１００ 高分子アクチュエータ
１０１ 伸張部
１０１ａ 出力部
１０３ 下面電極
１０５ 上面電極
１０５ａ 切り込み部
１０７ 接合面
１０９ 接合面
１１１ 開口部
２００ レンズ駆動ユニット
２０１ レンズ
２０３ レンズ枠
２０５ 鏡胴
２０５ａ 突起部
２０７ 付勢バネ
２０９ 内壁
２１１ 光路部
４０１ 高分子アクチュエータ
４０３ 伸張部
４０５ 電極

Claims (10)

1. 誘電性高分子材料からなる伸張部と、
   前記伸張部を挟持し、前記伸張部に電界を印加するための少なくとも１組の電極とを備えた高分子アクチュエータにおいて、
   前記電極は、前記伸張部と接合されており、
   前記伸張部は、電極方向の厚みに勾配を持ち、
   前記電極に電圧が印加されると、前記電極同士が引き合い、前記伸張部は、前記電極間隔がより広い方向に伸張する
   ことを特徴とする高分子アクチュエータ。
2. 前記電極の少なくとも１つは電極面の面積方向に非弾性である
   ことを特徴とする請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
3. 前記電極の少なくとも１つは剛性を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
4. 前記電極の少なくとも１つは、導電性の層および前記導電性の層に積層された剛性を有する層を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
5. 前記伸張部は、前記電極により印加される電界と垂直であって、前記広い方向に駆動力を出力する出力部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
6. 前記電極の少なくとも１面は、前記伸張部の厚みがより厚い部分に開口部を有し、
   前記伸張部は、前記開口部から突出することにより駆動力を出力する出力部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
7. 前記開口部は帯状である
   ことを特徴とする請求項６に記載の高分子アクチュエータ。
8. 前記開口部は矩形である
   ことを特徴とする請求項６に記載の高分子アクチュエータ。
9. 前記開口部は円形である
   ことを特徴とする請求項６に記載の高分子アクチュエータ。
10. 光学系と、
    前記光学系を支持する枠体と、
    前記枠体を移動させるための請求項１乃至９の何れか１項に記載の高分子アクチュエータとを備えたことを特徴とする光学ユニット。
    

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