JP5271410B2 - アクチュエータ素子及び入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧を印加すると湾曲するアクチュエータ素子及び入力装置に関する。

図１３（ａ）（ｂ）は従来の問題点を説明するための入力装置の概念図（断面図）である。

図１３（ａ）に示す入力装置１は、アクチュエータ素子２、ベース部材３、固定部４、キートップ５、及び、筐体６等を有して構成される。

図１３（ａ）に示すように、各アクチュエータ素子２は、固定部４に片持ちで固定支持されている。アクチュエータ素子２は、例えば、電解質層と、前記電解質層の厚さ方向の両側に設けられた一対の電極層とを有して構成されている。そして、固定端側の前記一対の電極層間に電圧を付与すると、図１３（ａ）に示すように上方に向けて湾曲するように構成されている。

アクチュエータ素子２は、圧電セラミックや形状記憶合金等に比べて低弾性率で低剛性であり大きな変位を得やすい半面、大きな力を発揮しづらい問題があった。また、アクチュエータ素子２を高弾性率化し、また素子厚を厚くすれば、発生荷重を大きくできるが、その分、変位量は小さくなった。

すなわち、十分な変位量に加えて、図１３（ａ）の状態から図１３（ｂ）のように前記キートップ５を下方向に押圧したときに、良好な押し感を与えるほどの発生荷重（発生力）を得ることが困難であった。

特開２００６−１６６６３８号公報 特開２００５−２７４４４号公報 特開２００７−２８７４９号公報 特開２００７−１１８１５９号公報

上記の特許文献に記載の発明では、良好な押し感を得ることができず、また、構造が複雑化し、素子構造が大型化する等の問題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、簡単な構造で、十分な変位と大きな発生荷重及び発生力を得ることが出来るアクチュエータ素子及び入力装置を提供することを目的としている。

本発明におけるアクチュエータ素子は、一端が固定端、他端が自由端であり、電圧が印加されると湾曲する第１素子部と、前記第１素子部に比べて素子長さが短く形成されており、一端が前記第１素子部に接続され、電圧が印加されると前記第１素子部とは逆方向に湾曲して前記第１素子部を支持可能な第２素子部と、を有することを特徴とするものである。

これにより、簡単な構造で、十分な変位と大きな発生荷重及び発生力を得ることが出来る。

本発明では、前記第２素子部は、前記第１素子部の自由端または固定端との間の中間部に接続され、その接続位置から前記第１素子部の固定端方向に延びている構造にできる。これにより、より効果的に、発生荷重及び発生力を大きくできる。また上記のように第２素子部を中間部に接続したとき、第２素子部の変位量が小さくても、第１素子部を支えやすくできる。

あるいは本発明では、前記第２素子部は、前記第１素子部の自由端と固定端との間の中間部に接続され、その接続位置から前記第１素子部の自由端方向に延びている構造にすることも出来る。

また本発明では、前記第１素子部及び前記第２素子部は、夫々、電解質層と、前記電解質層の厚さ方向の両側に設けられた一対の電極層とを有して構成され、
前記第１素子部と前記第２素子部の内側を向く前記電極層同士が接続され、前記第１素子部と前記第２素子部の外側を向く前記電極層同士が接続されている構造にできる。これにより、第１素子部と第２素子部の駆動回路を一つで構成でき、簡単な回路構成を実現でき、低コスト化を図ることができる。

また本発明では、前記第１素子部が途中から折り返され、折り返された部分が前記第２素子部として機能する構造にできる。このように、簡単な製法で、第１素子部と第２素子部とを形成できる。また、第１素子部と第２素子部の駆動回路を一つで構成できる。以上により、構造を簡単にでき、低コスト化を図ることができる。

また本発明では、前記第１素子部に切り込まれて形成された舌片状の前記第２素子部が折り返されている構造にできる。これにより第２素子部を設けたことによるアクチュエータ素子の素子面積の増大を抑制できる。また、簡単な製法により、第１素子部と第２素子部とを形成でき。また、第１素子部と第２素子部の駆動回路を一つで構成できる。以上により、構造を簡単にでき、低コスト化を図ることができる。

また本発明では、前記第１素子部の自由端から前記第１素子部と一体に形成された前記第２素子部が前記接続端から折り返されており、前記第１素子部には折り返された前記第２素子部と対向する位置に穴部が形成されている構造にできる。これにより、アクチュエータ素子の厚みを抑えることが出来る。また、簡単な製法により、第１素子部と第２素子部とを形成できる。また、第１素子部と第２素子部の駆動回路を一つで構成できる。以上により、構造を簡単にでき、低コスト化を図ることができる。

また本発明では、第１電極層、電解質層及び第２電極層は夫々、分離された第１素子部の領域及び第２素子部の領域と、前記第１素子部の領域及び前記第２素子部の領域を接続する接続部とを有して形成されており、
前記接続部の接続方向に切断して現れる縦断面矢視にて、前記第１電極層の接続部と前記第２電極層の接続部とが交差するように、前記電解質層の膜厚方向の両側に前記第１電極層及び前記第２電極層が配置され、前記第１素子部及び前記第２素子部にて、表面に現れる前記第１電極層と前記第２電極層とが、入れ替わっている構造にできる。これにより、簡単な構造で、十分な変位と大きな発生荷重（及び発生力）を得ることが出来る。また、第２素子部を折り曲げる構造等に比べて、電解質層や電極層に対するストレスを小さくでき、また厚さ方向にて第１素子部と第２素子部とが重ならず、アクチュエータ素子の薄型化を図ることが出来る。

また本発明における入力装置は、上記のいずれかに記載のアクチュエータ素子と、前記アクチュエータ素子の第１素子部の湾曲方向側に設けられた操作部と、前記第２素子部の湾曲方向側に設けられたベース部材と、を有し、
前記操作部は前記ベース部材の方向及び前記ベース部材から離れる方向に移動可能に支持されており、
電圧印加により、第１素子部が前記操作部方向に湾曲し、前記第２素子部が前記ベース部材の表面方向へ湾曲し、前記操作部の前記ベース部材方向への移動により前記第１素子部の前記自由端側が押圧された状態で、第１素子部が前記第２素子部により支持されていることを特徴とするものである。

本発明では、発生荷重を大きくすることができるため、操作部を押圧したときの押し感を、従来に比べて、良好にできる。

本発明によれば、簡単な構造で、十分な変位と大きな発生荷重及び発生力とを得ることができる。

第１実施形態のアクチュエータ装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は、アクチュエータ素子の非動作時における部分断面図、図１（ｂ）は、アクチュエータが湾曲した状態を示す部分断面図である。 第２実施形態のアクチュエータ装置の構成を示す断面図である。 アクチュエータ素子の部分拡大断面図である。 図４（ａ）は、第３実施形態のアクチュエータ素子の構造を示す縦断面図であり、図４（ｂ）は、第３実施形態の変形例を示すアクチュエータ素子の部分平面図である。 第１素子部及び第２素子部の形状を示すアクチュエータ素子の部分平面図である。 図６（ａ）は、第４実施形態のアクチュエータ素子の構造を示す部分断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のアクチュエータ素子を用いたアクチュエータ装置において、アクチュエータ素子が湾曲した状態を示す部分断面図、図６（ｃ）は、アクチュエータ素子の好ましい断面形状を示す部分拡大断面図である。 図７は、第５実施形態のアクチュエータ素子を示す部分斜視図であり、７（ａ）は、製造方法の一工程を示し、図７（ｂ）は完成したアクチュエータ素子を示す。 図８は、第６実施形態のアクチュエータ素子を示す部分平面図であり、図８（ａ）は、製造方法の一工程を示し、図８（ｂ）は完成したアクチュエータ素子を示す。 図９は、図７の実施形態と図８の実施形態とを組み合わせたものである。図９（ａ）は、アクチュエータ素子の部分平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の断面図である。 図１０は、第７実施形態のアクチュエータ素子を示す部分平面図であり、図１０（ａ）は、アクチュエータ素子を構成する第１電極層、電解質層、第２電極層の分解平面図、図１０（ｂ）は、第１電極層、電解質層及び第２電極層を組み合わせた（積層した）状態を示す平面図、図１０（ｃ）は点線で示す接続部をＸ方向の縦断面方向から見た図である。 図１１に示す実施形態は、図１０に示す実施形態の変形例である。図１１（ａ）は、アクチュエータ素子を構成する第１電極層、電解質層、第２電極層の分解平面図、図１１（ｂ）は、第１電極層、電解質層及び第２電極層を組み合わせた（積層した）状態を示す平面図、である。 本実施形態における入力装置の部分断面図である。 従来例における入力装置の部分断面図である。

図１は、第１実施形態のアクチュエータ装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は、アクチュエータ素子の非動作時における部分断面図、図１（ｂ）は、アクチュエータが湾曲した状態を示す部分断面図である。

図３に示すように、本実施形態におけるアクチュエータ素子１０は、例えば、電解質層１１と、電解質層１１の厚さ方向の両側表面に形成される電極層１２、１３を備えて構成された高分子アクチュエータである。

例えば、本実施形態のアクチュエータ素子１０は、イオン液体とベースポリマーを有する電解質層１１と、カーボンナノチューブ等の導電性フィラー、イオン液体及びベースポリマーとを有する第１電極層１２及び第２電極層１３とを有して構成される。

ベースポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等を提示できる。この具体例では電解質層１１内にイオン交換樹脂を含まないので、陽イオン及び陰イオンのどちらも自由に移動可能な状態となっている。

なお、電解質層１１は、イオン交換樹脂と、塩を含有する分極性有機溶媒又はイオン液体である液状有機化合物とが含まれたものであってもよい。このとき、イオン交換樹脂は陽イオン交換樹脂であることが好適である。これにより陰イオンが固定され、陽イオンが自由に移動可能となる。陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂等の樹脂に、スルホン酸基、カルボキシル基等の官能基が導入されたものを好ましく使用できる。また電極層１２，１３は金や白金等の電極層材料がメッキやスパッタ等で形成されたものでもよい。

図１（ａ）に示すようにアクチュエータ素子１０は、第１素子部２０と第２素子部２１とで構成される。例えば、第１素子部２０及び第２素子部２１は共に図３に示す積層構造を備えて構成される。

図１（ａ）に示すように第１素子部２０の一端部（固定端）１４が固定部１５に固定支持されている。第１素子部２０は片持ちで支持されている。そして一対の電極層１２，１３間に電圧が印加されると、図１（ｂ）に示すように、自由端１６側が、上方に湾曲する。図１（ｂ）に示すように、前記第１素子部２０の湾曲方向とは逆面側にベース部材１７が設けられている。ベース部材１７と固定部１５は別体で形成されてもよいし一体で形成されてもよい。

図１（ａ）に示す第１素子部２０の下面側（ベース部材１７側）には第２素子部２１が設けられている。第２素子部２１の一端は第１素子部２０との接続端２２であり、図１（ａ）（ｂ）に示すように、第２素子部２１の接続端２２は第１素子部２０の自由端１６に接続固定されている。第２素子部２１の接続端２２以外の部分は第１素子部２０に固定されていない。

第２素子部２１は、一対の電極層１２，１３間に電圧が印加されると第１素子部２０とは逆方向に湾曲する。すなわち図１（ｂ）の動作時に示すように、第２素子部２１の自由端２３は、図１（ａ）の非動作時の状態から下方向に向けて湾曲する。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、第１素子部２０の素子長さはＬ１で、第２素子部２１の素子長さはＬ２である。そして、第２素子部２１の素子長さＬ２は第１素子部２０の素子長さＬ１よりも短い。

本実施形態では、アクチュエータ素子１０の動作時、図１（ｂ）に示すように第２素子部２１の自由端２３がベース部材１７の表面１７ａに接触した状態では、上方に湾曲した第１素子部２０を、第１素子部２０と逆方向に湾曲し第１素子部２０よりも素子長さが短い第２素子部２１にて支えることができる。

図１（ａ）に示す動作時に第２素子部２１の自由端２３がベース部材１７の表面１７ａに接触していることが変位量低下を抑制できて好ましいが、多少浮いた形態を除外しない。かかる場合、第１素子部２０の自由端１６が下方向に押圧されて下降し第２素子部２１の自由端２３がベース部材１７の表面１７ａに接触した状態になると第１素子部２０が第２素子部２１にて支えられる構造となり発生加重を大きくできる。

本実施形態のアクチュエータ素子１０は第１素子部２０と第２素子部２１とで構成でき簡単な構造にできる。そして本実施形態では、図１（ｂ）に示すように第２素子部２１にて第１素子部２０を支えた構造にできるから、第１素子部２０の自由端１６側にベース部材１７方向への力Ｆを加えた際の反力（以下、発生荷重という）を大きくすることができる。また、アクチュエータ素子１０の上方への力（発生力）を大きくできる。

しかも本実施形態では、発生荷重及び発生力を高くすべく高弾性率化や素子厚を厚くすることなく、第１素子部２０の素子長さＬ１を十分に長くでき、図１（ｂ）での湾曲状態において、アクチュエータ素子１０の変位を十分に得ることができる。また第２素子部２１の長さ寸法Ｌ２を短くすることで第２素子部２１の質量追加による変位量低下を抑制でき、また第２素子部２１の長さ寸法Ｌ２や第１素子部２０への接続位置を規制することで、第１素子部２０の変位量を、第１素子部２０単独の場合よりもさらに増大させることも可能である。

以上により、本実施形態によれば、簡単な構造で、十分な変位と大きな発生荷重及び発生力とを得ることができる。

図１に示す実施形態では、第２素子部２１は、第１素子部２０の自由端１６に接続され、その接続位置から第１素子部２０の固定端１４側に延びている。これにより、第１素子部２０の自由端１６を支えることができ、より効果的に、発生荷重及び発生力を大きくすることができる。

また、第２素子部２１の延出方向を第１素子部２０の自由端１６側から固定端１４方向に向けることで、図１（ｂ）に示す動作時に、第２素子部２１の自由端２３を、ベース部材１７の表面１７ａに接触させやすくでき、変位量低下を抑制できる。また本実施形態のように、第２素子部２１の延出方向を第１素子部２０の自由端１６側から固定端１４方向に向けることで、アクチュエータ素子１０の素子長さを第１素子部２０の素子長さＬ１で規制でき、アクチュエータ素子１０の小型化を図ることが出来る。

図２は、第２実施形態のアクチュエータ装置の構成を示す図である。図２に示す実施形態も図１に示す実施形態と同様に、アクチュエータ素子１０は、第１素子部２０と、第１素子部２０よりも素子長さが短く第１素子部２０の湾曲方向と逆方向に湾曲する第２素子部２１とで構成される。図２に示す実施形態では、第２素子部２１が第１素子部２０の中間部２４に接続され、図２の動作時、第１素子部２０を中間部２４より支える構造にできる。これにより、より効果的に変位量を大きくすることができる。あるいは、図２の実施形態では、第２素子部２１の変位量が小さくても図２の動作時に第１素子部２０を支えやすくできる。第１素子部２０は自由端１６が中間部２４よりも上方に持ち上がるため、ベース部材１７との間の距離は中間部２４のほうが自由端１６よりも短くなる。このため第２素子部２１を中間部２４に接続すれば、湾曲した際に第２素子部２１の自由端２３はベース部材１７の表面１７ａに当接して第１素子部２０を支持する構造を得やすく、第２素子部２１の質量による変化量低下を抑制でき、あるいは第２素子部２１の変位により第１素子部２０が単独よりも上方に持ち上がりやすくなり、第１素子部２０の変位量をより大きくすることが可能である。

図２（ａ）と図２（ｂ）とでは第２素子部２１の第１素子部２０に対する接続向きを互いに逆にしている。特に、第２素子部２１の変位量が小さい場合には、第２素子部２１の自由端２３が第１素子部２０の固定端１４側を向いている第２（ａ）の形態のほうが、第２素子部２１により第１素子部２０を支えやすく出来る。

また、図２での第１素子部２０の中間部２４とは、固定端１４と自由端１６の間の位置を指す。また、中間部２４の位置と第２素子部の長さにより、変位量及び発生荷重（発生力）を調整することができる。

次に図４（ａ）は、第３実施形態のアクチュエータ素子の構造を示す縦断面図である。第３実施形態のアクチュエータ素子は、第１実施形態のバリエーションの一つである。

図４（ａ）に示すアクチュエータ素子３０は、第１素子部３１と第２素子部３２とで構成される。図４に示すように第２素子部３２の素子長さは第１素子部３１の素子長さよりも短くされている。

図４（ａ）に示すように、第１素子部３１及び第２素子部３２は共に、図３で説明した電解質層１１と、電解質層１１の厚さ方向の両側に設けられた一対の電極層１２，１３とを有して構成される。

図４（ａ）に示すように、第１素子部３１では、電解質層１１の上面に第１電極層１２が設けられ、電解質層１１の下面に第２電極層１３が設けられる。一方、第２素子部３２では、電解質層１１の上面に第２電極層１３が設けられ、電解質層１１の下面に第１電極層１２が設けられる。

図４（ａ）に示すように、第１素子部３１の第２電極層１３と、第２素子部３２の第２電極層１３とは互いに先端位置（第１素子部３１の自由端側）で例えば導電性接着材３３を介して接続されている。一方、第１素子部３１の第１電極層１２には素子長さ方向へ長く延びる延出部１２ａが設けられ、延出部１２ａは、第１素子部３１及び第２素子部３２の先端に設けられた絶縁体３４の表面から第２素子部３２の下面にまで回り込んで第２素子部３２の第１電極層１２と電気的に接続されている。絶縁体３４が設けられることは必須でない。絶縁体３４の部分は空間でもよい。

図４（ａ）に示す実施形態では、第１素子部３１と第２素子部３２の内側を向く第２電極層１３が共に電気的に接続されており、また第１素子部３１と第２素子部３２の外側を向く第１電極層１２が共に電気的に接続されている。このため、第１素子部３１の固定端の第１電極層１２と第２電極層１３間に電圧を印加して、第１素子部３１が上方に向けて湾曲すると、第１素子部３１の自由端側で接続された第２素子部３２は下方向に向けて湾曲する。

図４に示す実施形態では、第２素子部３２を動作させるのに第１素子部３１とは別に駆動回路を設ける必要がなく、図４に示すように、駆動回路３５を一つ設ければ足りるので、回路構成を簡単にでき、また低コスト化を図ることが出来る。

図４（ａ）では、第１素子部３１の外側を向く第１電極層１２の延出部１２ａを素子長さ方向に長く延出させて第２素子部３２の下面まで回り込ませていたが、図４（ｂ）（部分平面図）では、第１素子部３１の外側を向く第１電極層１２の延出部１２ａを幅方向に長く延出させて第２素子部３２の下面まで回り込ませている。このような形態を取ることにより、端部以外でも第１素子部３１と第２素子部３２とを導通させることが可能となり、例えば第２実施形態のように中間部２４で接続される場合にも簡単且つ適切に第１素子部３１と第２素子部３２とを導通させることができる。

上記したように第２素子部２１，３２の素子長さは第１素子部２０，３１の素子長さよりも短いが、第２素子部２１，３２の素子長さＬ２（図１（ａ）参照）は、第１素子部２０，３１の素子長さＬ１の半分以下であることが好適である。

また、第２素子部２１，３２の質量は、第１素子部２０，３１の質量の半分以下であることが好適である。

また図５（ａ）（部分平面図）に示すように第１素子部２０は略矩形状あるいは図５（ｂ）（部分平面図）に示すように略台形状で形成され、例えば、第２素子部２１は、略台形状で形成されることが好適であり、例えば幅が長い下底部２１ａが接続端として第１素子部２０に接続されており、幅が短い上底部２１ｂが自由端とされる。

上記のように、第２素子部２１，３２の素子長さを短くし、質量を規制することで、第２素子部２１，３２を設けた本実施形態において、十分な変位量を維持することが可能である。また、図５に示すように第２素子部２１を矩形状で形成せず、素子面積が小さくなる形状にして、第２素子部２１の質量を小さくすることで、第２素子部２１の変位も確保しつつ、アクチュエータ素子全体として十分な変位量を得ることが可能になる。

また、上記の実施形態では、第２素子部２１，３２は接続端から自由端方向が、第１素子部の素子長さ方向に一致していたが、それに限定されるものでない（下記の実施形態も同様）。例えば、第２素子部２１，３２の接続端から自由端方向を、第１素子部の素子長さ方向に直交させてもよい。ただし、第２素子部２１，３２の接続端から自由端方向を、第１素子部の素子長さ方向に一致させたほうがアクチュエータ素子の小型化を図ることができ好適である。

図６（ａ）は、第４実施形態のアクチュエータ素子の構造を示す部分断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のアクチュエータ素子を用いたアクチュエータ装置において、アクチュエータ素子が湾曲した状態を示す部分断面図、図６（ｃ）は、アクチュエータ素子の好ましい断面形状を示す部分拡大断面図である。

図６（ａ）のアクチュエータ素子４０も例えば図３に示す積層構造で形成されている。
図６（ａ）に示すように、アクチュエータ素子４０を構成する第１素子部４１は、途中から折り返され、折り返された部分が第２素子部４２として機能する。図６（ａ）に示すように第２素子部４２の素子長さは、第１素子部４１の素子長さよりも短くされる。そして図６（ｂ）に示すように第１素子部４１の固定端４３が固定部１５に固定され、第１素子部４１に電圧を印加すると固定端４３から自由端４４にかけて上方に向けて湾曲する。

一方、図６（ｂ）に示すように、第１素子部４１の自由端４４に一体に接続されている第２素子部４２は、第１素子部４１とは逆方向に湾曲する。そして、図６（ｂ）に示すように第２素子部４２の自由端４５がベース部材１７の表面１７ａに接触し、上方に湾曲した第１素子部４１が第２素子部４２に支えられた状態になる。

図６（ｂ）において、第１素子部４１と第２素子部４２の湾曲方向が逆になる原理は図４で説明した形態と同じである。

図６（ａ）に示すアクチュエータ素子４０は、簡単な構造にて、十分な変位と大きな発生荷重及び発生力を得ることが出来る。特に、簡単な製法で、第１素子部４１と第２素子部４２とを形成できる。また、図４（ａ）の実施形態と同様に、第１素子部４１と第２素子部４２の駆動回路３５を一つで構成できる。以上により、効果的に簡単な構造を実現でき、低コスト化を図ることができる。

図６（ａ）に示すように途中で折り返した後、折り返し部分４０ａをプレス機で加圧固定することが好ましい。このとき、図６（ｃ）（折り返す前の状態を示す）に示すように折り返し部分４０ａの電解質層１１ａを厚く形成することで、折り返し部分４０ａを加圧したときに折り返し部分４０ａの電解質層１１の厚さが局部的に薄くなることによる電流集中を抑えることが可能である。

図７は、第５実施形態のアクチュエータ素子を示す部分斜視図であり、７（ａ）は、製造方法の一工程を示し、図７（ｂ）は完成したアクチュエータ素子を示す。

図７のアクチュエータ素子５０も例えば図３に示す積層構造で形成されている。図７（ａ）に示すように第１素子部５１に切り込んで舌片状の第２素子部５３が形成されている。図７（ａ）ではスリット５４が略Ｕ字状であるが、その形状に限定されるものでない。

そして図７（ａ）の矢印Ａに示すように第２素子部５３が接続端５２ａの位置から折り返される（図７（ｂ）参照）。折り返された第２素子部５３を構成する第１電極層１２と第２電極層１３（図３参照）は、第１素子部５１の第１電極層１２と第２電極層１３に対し上下逆になるので、電圧印加したときに、第２素子部５３の湾曲方向は第１素子部５１の湾曲方向と逆になる。

図７に示す実施形態では、第１素子部５１の一部を切り抜いて、第２素子部５３を形成しているため、第２素子部５３を設けたことによる素子面積の増大を抑制できる。また簡単な製法で、第１素子部５１と第２素子部５３とを形成できる。また、第１素子部５１と第２素子部５３は一体構造であり、図４（ａ）の実施形態と同様に、第１素子部５１と第２素子部５３の駆動回路を一つで構成できる。以上により、効果的に簡単な構造を実現でき、低コスト化を図ることができる。

図８は、第６実施形態のアクチュエータ素子を示す部分平面図であり、図８（ａ）は、製造方法の一工程を示し、図８（ｂ）は完成したアクチュエータ素子を示す。

図８のアクチュエータ素子６０も例えば図３に示す積層構造で形成されている。図８（ａ）に示すように第１素子部６１の自由端６１ａから第１の素子部６１と一体に形成された突出状の第２素子部６２が形成される。そして図８（ｂ）に示すように第２素子部６２が折り返される。図８に示すように、第１素子部６１には、折り返された第２素子部６２と対向する位置に穴部６３が設けられており、図８（ｂ）に示す平面視にて、第２素子部６２が穴部６３内に位置している。このとき、折り返された第２素子部６２を構成する第１電極層１２及び第２電極層１３（図３参照）は、第１素子部６１の第１電極層１２及び第２電極層１３に対し上下逆になるため、電圧印加したときに、第２素子部６２の湾曲方向は第１素子部６１の湾曲方向と逆になる。

この実施形態では、非動作時、第２素子部６２を穴部６３内に収めることができ、アクチュエータ素子６０の厚みを抑えることが出来る。また簡単な製法で、第１素子部６１と第２素子部６２とを形成できる。また、第１素子部６１と第２素子部６２は一体構造であるので、図４（ａ）の実施形態と同様に、第１素子部６１と第２素子部６２の駆動回路を一つで構成できる。以上により、効果的に簡単な構造を実現でき、低コスト化を図ることができる。

上記した実施形態では、いずれも第２素子部を一つだけ設けていたが、複数設けることも可能である。

図９は、図７の実施形態と図８の実施形態とを組み合わせたものである。図９（ａ）は、アクチュエータ素子の部分平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の断面図である。

図９に示すアクチュエータ素子７０には、２つの第２素子部７２，７３が設けられ、第２素子部７２は、図７の実施形態に基づいて形成されたものであり、第２素子部７３は図８の実施形態に基づいて形成されたものである。

図９（ｂ）に示すように、第２素子部７２の素子長さと、第２素子部７３の素子長さはほぼ同じであるが、異なる素子長さとすることも出来る。例えば、第１素子部７１の自由端７１ａに近い第２素子部７３の素子長さを、第２素子部７２の素子長さよりも短く形成する。

このように複数の第２素子部７２，７３を設けることで、より効果的に発生荷重及び発生力を高めることができる。また、上記した実施形態を組み合わせることで、複数の第２素子部を、簡単な構造で形成でき、低コスト化を図ることができる。

図１０は、第７実施形態のアクチュエータ素子を示す部分平面図であり、図１０（ａ）は、アクチュエータ素子を構成する第１電極層、電解質層、第２電極層の分解平面図、図１０（ｂ）は、第１電極層、電解質層及び第２電極層を積層配置した状態を示す平面図、である。ただし図１０（ｂ）では、各層をどのように配置しているのかを平面視にて、わかりやすくするために各層をややずらして示している。よって図１０（ｂ）はアクチュエータ素子の完成状態を示すものではない。

図１０（ａ）に示すように、第１電極層８１、電解質層８２及び第２電極層８３には夫々、切り込まれて第１素子部の領域（以下、第１領域と言う）８１ａ〜８３ａと分離された舌片状の第２素子部の領域（以下、第２領域と言う）８１ｂ〜８３ｂが設けられている。図１０（ａ）に示すように、第１領域８１ａ〜８３ａと、第２領域８１ｂ〜８３ｂとは接続部８１ｃ〜８３ｃにて接続されているが、この接続部８１ｃ〜８３ｃの位置が積層配置したときに積層方向に重ならないよう、素子長さ方向（Ｙ方向）にずらして配置されている。

そして、図１０（ｂ）に示すように、第２電極層８３の第１領域８３ａの下側に電解質層８２の第１領域８２ａを積層配置したとき、電解質層８２の第２領域８２ｂを、接続部８２ｃ，８３ｃの位置が素子長さ方向（Ｙ方向）にずれていることで、第２電極層８３の第２領域８３ｂの上側に配置することができる。また、電解質層８２の第１領域８２ａの下側に第１電極層８１の第１領域８１ａを積層配置したとき、第１電極層８１の第２領域８１ｂを、接続部８１ｃ，８２ｃ，８３ｃの位置が素子長さ方向（Ｙ方向）にずれていることで、電解質層８２の第２領域８２ｂの上側に配置することができる。

上記のように配置することで、図１０（ｂ）に示すように、各層の第１領域８１ａ〜８３ａが重なって形成される第１素子部８４は、電解質層８２の下側に第１電極層８１が電解質層８２の上側に第２電極層８３が配置された積層構造となり、一方、各層の第２領域８１ｂ〜８３ｂが重なって形成される第２素子部８５は、電解質層８２の下側に第２電極層８３が、電解質層８２の上側に第１電極層８１が配置された積層構造となる。このように、表面に現れる第１電極層８１と第２電極層８３とが、第１素子部８４と第２素子部８５とで入れ替わっている。

図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）の点線で示す接続部８１ｃ〜８３ｃを接続方向（Ｘ方向）に切断して現れる縦断面矢視図である。図１０（ｃ）に示すように、第１電極層８１の接続部８１ｃと第２電極層８３の接続部８３ｃは交差している。上記のように各層を積層配置することで、各電極層８１，８３の接続部８１ｃ，８３ｃが交差して、第１電極層８１と第２電極層８３とを、第１素子部８４と第２素子部８５とで入れ替えることが出来る。

図１０に示す構造は、同じ電極層８１，８３及び電解質層８２で第１素子部８４と第２素子部８５が形成された一体構造であり、電極層８１，８３が、第１素子部８４と第２素子部８５とで入れ替わっているので、電圧を印加すると、第１素子部８４と第２素子部８５の湾曲方向は逆になる。

図１０に示す実施形態では、第１素子部８４と第２素子部８５とを略同一の平面内に形成でき、第２素子部を折り曲げる構造等に比べて、電解質層８２や各電極層８１，８３に対するストレスを小さくできる。また、アクチュエータ素子の厚さ方向にて第１素子部８４と第２素子部８５とが重ならず、上記したように、第１素子部８４と第２素子部８５とを略同一の平面内に形成できるので、アクチュエータ素子の薄型化を図ることが出来る。また図１０の実施形態でも、図４の実施形態等と同様に駆動回路が一つで済み、低コスト化を図ることが出来る。

図１１に示す実施形態は、図１０に示す実施形態の変形例である。図１１（ａ）は、アクチュエータ素子を構成する第１電極層、電解質層、第２電極層の分解平面図、図１１（ｂ）は、第１電極層、電解質層及び第２電極層を積層配置した状態を示す平面図、である。

図１１（ａ）では、第１電極層９１、電解質層９２及び第２電極層９３には、両側に２つの第２領域９１ｂ〜９３ｂが切り込み形成されている。また第１領域９１ａ〜９３ａと第２領域９１ｂ〜９３ｂとは接続部９１ｃ〜９３ｃで接続されているが、各接続部９１ｃ〜９３ｃの位置は素子長さ方向（Ｙ方向）にずれて形成されている。そして図１０（ｂ）で説明したのと同様に、第１電極層９１、電解質層９２及び第２電極層９３を積層配置し、第１電極層９１の接続部９１ｃと、第２電極層９３の接続部９３ｃとを、接続部の接続方向から切断して現れる縦断面矢視にて交差させることで、第１素子部９４と第２素子部９５，９６とで表面に現れる第１電極層９１と第２電極層９３とを電解質層９２の厚さ方向の上下で入れ替えることが出来る。そして図１１の実施形態では、第２素子部９５、９６を２つ設けることが出来る。

本実施形態のアクチュエータ装置は、図１２に示すように入力装置１００に適用できる。図１２の入力装置１００では、例えば図２（ａ）に示すアクチュエータ装置を利用して、複数本のアクチュエータ素子１０を設けている。図１２に示すように、アクチュエータ素子１０の第１素子部２０の湾曲方向側（上方側）にキートップ（操作部）１０１が設けている。アクチュエータ装置は筐体１０２内に収納され、筐体１０２に形成された穴１０２ａを介して上下方向に移動可能に前記キートップ１０１が支持されている。

図１２の部分断面図では、アクチュエータ素子１０を構成する電極層間に電圧が印加されて、各アクチュエータ素子１０の第１素子部２０が上方に向けて湾曲し、このとき第２素子部２１が第１素子部２０と逆方向に湾曲してベース部材１７の表面に接触すると第１素子部２０を支える構造となる。各アクチュエータ素子１０の変位動作によりキートップ１０１が上方に持上げられている。

例えば人が前記キートップ１０１を指で下方向に向けて押圧すると、キートップ１０１が下方へ移動する。それに伴い、各アクチュエータ素子１０の第１素子部２０の自由端１６が押圧されて下方向へ変位する。このとき、本実施形態では、第１素子部２０を第２素子部２１にて支えているため、各アクチュエータ素子１０から大きな発生荷重を得ることができ、キートップ１０１を押圧したときの押し感を、従来に比べて良好に出来る。

１０、５０、６０、７０ アクチュエータ素子
１１、８２、９２ 電解質層
１２、１３、８１、８３、９１、９３ 電極層
１４、４３ 固定端
１６、２３、４４、４５ 自由端
１７ ベース部材
２０、３１、４１、５１、６１、７１、８４ 第１素子部
２１、３２、４２、５３、６２、７２、７３、８５ 第２素子部
２２ 接続端
２４ 中間部
３５ 駆動回路
６３ 穴部
１００ 入力装置
１０１ キートップ

Claims (9)

1. 一端が固定端、他端が自由端であり、電圧が印加されると湾曲する第１素子部と、前記第１素子部に比べて素子長さが短く形成されており、一端が前記第１素子部に接続され、電圧が印加されると前記第１素子部とは逆方向に湾曲して前記第１素子部を支持可能な第２素子部と、を有することを特徴とするアクチュエータ素子。
2. 前記第２素子部は、前記第１素子部の自由端または自由端と固定端との間の中間部に接続され、その接続位置から前記第１素子部の固定端方向に延びている請求項１記載のアクチュエータ素子。
3. 前記第２素子部は、前記第１素子部の自由端と固定端との間の中間部に接続され、その接続位置から前記第１素子部の自由端方向に延びている請求項１記載のアクチュエータ素子。
4. 前記第１素子部及び前記第２素子部は、夫々、電解質層と、前記電解質層の厚さ方向の両側に設けられた一対の電極層とを有して構成され、
   前記第１素子部と前記第２素子部の内側を向く前記電極層同士が接続され、前記第１素子部と前記第２素子部の外側を向く前記電極層同士が接続されている請求項１記載のアクチュエータ素子。
5. 前記第１素子部が途中から折り返され、折り返された部分が前記第２素子部として機能する請求項１記載のアクチュエータ素子。
6. 前記第１素子部に切り込まれて形成された舌片状の前記第２素子部が折り返されている請求項１記載のアクチュエータ素子。
7. 前記第１素子部の自由端から前記第１素子部と一体に形成された前記第２素子部が折り返されており、前記第１素子部には折り返された前記第２素子部と対向する位置に穴部が形成されている請求項１記載のアクチュエータ素子。
8. 第１電極層、電解質層及び第２電極層は夫々、分離された第１素子部の領域及び第２素子部の領域と、前記第１素子部の領域及び前記第２素子部の領域を接続する接続部とを有して形成されており、
   前記接続部の接続方向に切断して現れる縦断面矢視にて、前記第１電極層の接続部と前記第２電極層の接続部とが交差するように、前記電解質層の膜厚方向の両側に前記第１電極層及び前記第２電極層が積層配置され、前記第１素子部及び前記第２素子部にて、表面に現れる前記第１電極層と前記第２電極層とが、入れ替わっている請求項１記載のアクチュエータ素子。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子と、前記アクチュエータ素子の第１素子部の湾曲方向側に設けられた操作部と、前記第２素子部の湾曲方向側に設けられたベース部材と、を有し、
   前記操作部は前記ベース部材の方向及び前記ベース部材から離れる方向に移動可能に支持されており、
   電圧印加により、第１素子部が前記操作部方向に湾曲し、前記第２素子部が前記ベース部材の表面方向へ湾曲し、前記操作部の前記ベース部材方向への移動により前記第１素子部の前記自由端側が押圧された状態で、第１素子部が前記第２素子部により支持されていることを特徴とする入力装置。

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