JP5380921B2 - 光駆動型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は光を照射することで変形する光変形材料を用いたアクチュエータに関するものである。

従来、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回転されるものである。また、設置場所の大きさ、形状等の制限によって、前記アクチュエータとして、前記可動部から離れた場所に設置された動力源と、駆動軸、歯車、プーリ、ベルト等の前記動力源と前記可動部とを機械的に連結し前記可動部に前記動力源より発生した動力を伝達する連結機構とを備えているものもある。

近年、電子機器は小型化されてきつつある。前記電子機器の小型化に伴い、その内部に配置された物品の小型化も要求されており、当然アクチュエータの小型化も要求されている。そこで、小型の電動モータを用いたアクチュエータが開発されてきている。

また、特開２００１−２３２６００号公報には、光誘起相転移物質を膜状に形成すると共に可動膜の表面に固定し、前記光誘起相転移物質の膜状部材に２種の光を照射することで、前記可動膜を可逆的に変形させる光駆動型アクチュエータが記載されている。

しかしながら、特開２００１-２３２６００号公報に記載の発明では、アクチュエータの駆動に必要な波長の光が含まれた光が照射されている領域では、外部からの光に光誘起相転移物質が反応してしまい、アクチュエータの動作の精度が悪くなる。

そこで、特開平６−２７４２７号公報には、光スイッチ、光変調器、高調波発生素子、短波長光源、モード変換器等として機能する光機能素子の光導波路を導波光が伝播するときに、基板から放射光が出て行くのを抑制している。
特開２００１−２３２６００号公報 特開平６−２７４２７号公報

特開平６ー２７４２７号公報に記載の発明では、光導波路から放射光が基板外に出るのを防ぎ、光導波路からの出射光のＯＮ、ＯＦＦや、放射光の強度を変調するものであり、光変形型アクチュエータに関する発明ではなく、外部より入射される光を遮光するものではない。また、光導波路を覆っていないので、光駆動型アクチュエータを駆動するための駆動光と同じ或いは略同じ波長の光が進入しやすく、前記駆動光と同じ或いは略同じ波長の光を用いる光学装置の内部で使用することは難しい。

そこで本発明は、光変形部材を駆動する駆動光と同じ又は略同じ波長の光を用いる光学装置に、使用することが可能であり、安定して高精度の変位及び変位に伴う駆動力を発生させることができる光駆動型アクチュエータを提供す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、所定波長の駆動光が照射されることで変形される光変形部材と、前記駆動光を出射する光源部材と、前記光変形部材に隣接配置され前記駆動光を前記光変形部材に導く導光部材とを有し、前記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、前記光変形部材、又は前記導光部材の少なくとも一部が前記駆動光が持つ波長域の光の透過を抑制する遮光部材で覆われている。

この構成によると、前記遮光部材により、外部からの光が前記光変形部材に照射されるのを抑制することができる。このことにより、前記光変形部材が駆動光以外の光で変形されるのを抑制することができ、変位の精度を高くすることができる。

また、前記遮光部材により、前記駆動光が外部に漏洩するのを抑制することができるので、駆動光が外部の雰囲気に対して有害であったり、何らかの作用を及ぼしたりするものであっても、外部の環境にかかわらず光駆動型アクチュエータを設置することができる。

上記構成において、前記遮光部材は前記光変形部材及び前記導光部材の全体を囲み、前記光変形部材が変形されても、前記駆動光が持つ波長域の光の透過を抑制するものであってもよい。上記構成において、前記遮光部材が前記光変形部材よりも高い柔軟性を有する材料で作製されており、前記光変形部材の変形に伴って変形でき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しても、外部からの光が進入したり、外部に駆動光が漏洩したりするのを抑制することができる。これにより、光駆動型アクチュエータはより精度の高い変位を取り出すことが可能である。

上記構成において、前記遮光部材は、内部が前記駆動光を反射することができるように形成されているものであってもよい。

この構成によると、前記駆動光が反射されることで、前記駆動光の光量が減衰するのを抑制することができるので、効率よく高精度の変位を取り出すことが可能である。また、光量の減衰を抑制することで、駆動に必要なエネルギを低減することが可能である。

上記構成において、前記光源が前記遮光部材と前記光変形部材又は前記導光部材の間に配置されているものであってもよい。

上記構成において、前記光源部材が前記遮光部材の外側に配置され、前記駆動光を前記遮光部材で覆われた前記導光部材に導くための導波路を備えているものであってもよい。

この構成によると、前記光変形部材と前記光源部材とを離して配置することが可能であるので、前記光駆動型アクチュエータの設置自由度を挙げることができる。また、前記光駆動型アクチュエータを容易に遠隔操作することが可能である。

上記構成において、光駆動型アクチュエータの使用例として、以下に示すものを挙げることができる。すなわち、前記光源部材が前記遮光部材の外側に配置され、前記駆動光を前記遮光部材で覆われた前記導光部材に導くための導波路を備えており、前記遮光部材は円筒部と、前記円筒部の両端部と連結された円板部と、前記円筒部の内面に内側に突出された突起部とを有しており、前記円板部の一方の中心を前記導波路が回転可能に貫通しており、他方の円板部の中心を回転可能に貫通する軸支部材が備えられており、前記軸支部材の遮光部材内部側の端部に固定された固定板が備えられており、前記固定板の中央に前記導光部材が配置されているとともに、前記固定板の周端部に前記突起部と接触可能に光変形部材が配置されており、前記光変形部材の変形によって前記突起部が押され前記遮光部材が回転する。

本発明によると、光変形部材を駆動する駆動光と同じ又は略同じ波長の光を用いる光学装置に、使用することが可能であり、安定して高精度の変位及び変位に伴う駆動力を発生させることができる光駆動型アクチュエータを提供することができる。

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概略斜視図であり、図２は図１に示す光アクチュエータの断面図である。図１、図２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、導光部材２と、遮光部材３と、光源部材４とを有している。

光変形部材１は所定波長の光の照射によって変形される光変形材料で形成された平板状部材である。光変形材料として、ジアリールエテン、アゾベンゼン等のフォトクロミック材料単体又はその化合物、あるいは、バイモルフ構造を有するＰＬＺＴ等を挙げることができる。

図１、図２に示すように、導光部材２は駆動光が入射される入射部２１と、入射部２１より入射した駆動光を出射する出射部２２とを有する平板状部材である。導光部材２は入射部より入射された駆動光の光量が減衰するのを抑制しつつ端部まで導光することができる透明ガラス、透明樹脂等を基材とし、その基材に基材と屈折率の異なる添加材（たとえば架橋ポリメタクリル酸メチル等の微粒子ポリマー）を添加したものを薄板状に作製したものである。導光部材２は入射部２１より入射された光を拡散させ、出射部２２より出射される光の光束を均一化することができる。

添加材を添加するもの以外にも、内部に光を拡散させるための無数の気泡を形成したもの、出射部２２の表面に微細な傷をつけすりガラス状に形成したもの等を採用することができる。なお、出射部２２の表面は積層時に光変形部材１と接合されるので、平滑な面であることが好ましい。そのため、表面に凹凸をつけて形成された出射部を有するものの場合、出射部の上に光の透過率が高いクリア層が形成されていることが好ましい。このクリア層としては、予め出射部２２の表面に施工されていても良く、透過性が高い接着剤で代用してもよい。なお、以下の実施形態では特に記載の無い限り、導光部材２としてガラス基材に添加剤を添加した材料で作製したものを採用している。

導光部材２は出射部２２が光変形部材１と対面するように配置されている。光変形部材１と導光部材２とは透光性を有する接着剤による接着、溶着、圧着等の従来よく知られた駆動光が透過するのを妨げない方法によってなされる。また、スパッタリング、蒸着等の物理的あるいは化学的な製膜法にて、光変形部材１と導光部材２とを交互に製膜して積層体を形成することも可能である。本実施形態の光駆動型アクチュエータでは、光変形部材１と導光部材２とを接着剤により貼り合わせるものが採用されている。導光部材２は光変形部材１の変形にあわせて変形される柔軟性を有している。

図１、図２に示すように遮光部材３は光変形部材１と導光部材２とを覆うように形成されている箱体である。遮光部材３は光変形部材１に照射される駆動光が外部に漏洩するのを抑制するとともに、外部より駆動光と同じ波長の光が内部に侵入するのを抑制するための部材である。遮光部材３は内面が駆動光を反射することができるように形成されている。遮光部材３は光変形部材１の変形にあわせて伸縮できるように柔軟性を有した部材で形成されている。

また、遮光部材３として、駆動光と同じ波長の光の透過を抑制することができる膜であって、光変形部材１または導光部材２の少なくとも外部に露出している部分を覆うように形成されているものであってもよい。

光源部材４は電力が供給されることで駆動光を出射する光源４１と、その先端部が導光部材２の入射部２１と対面して配置されており、駆動光を入射部２１に導光する導波路４２とを有している。光源４１としては、たとえば、ＬＥＤ素子、レーザダイオード素子、有機ＥＬ素子等の電力が供給されることで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。光源部材４には、図示を省略しているが、光源４１に電力を供給するための配線が備えられている。導波路４２は駆動光を光量の減衰を抑制しつつ導光部材２の入射部２１に導光するものであり、それには限定されないが、光ファイバー等を挙げることができる。

（第１実施形態）
本発明にかかる光駆動型アクチュエータを図面を参照して説明する。図３は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。図３に示す光駆動型アクチュエータＡ１は、フォトクロミック材料を用いた光変形部材１ｃを備えている。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駆動光によって変形される。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。

ここで、フォトクロミック材料について説明する。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（変位）が発生する材料である。また、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。ここでは、光変形部材１ｃが長手方向に伸縮変形する。

光源４１は第１駆動光（紫外光）及び第２駆動光（可視光）を選択的に出射することができる光源である。図３に示すように、光駆動型アクチュエータＡ１は、光源部材４が遮光部材３の外部に配置されている。よって、導波路４２も一部が遮光部材３の外部に突出されており、外部に突出している部分には駆動光と同じ波長の光が透過するのを抑制する遮光部４２１が形成されている。遮光部４２１と遮光部材３とは接合部から駆動光と同じ波長の光が侵入するのを防ぐことができるように接着されている。なお、遮光部４２１と遮光部材３とが一体的に形成されているものであってもよい。

光駆動型アクチュエータＡ１は光源４１に電力が供給されると、光源４１より第１駆動光が出射される。光源４１より出射された第１駆動光は導光路４２を介して遮光部材３の内部に導光される。導光路４２にて導光された第１駆動光は導光部材２の入射部２１より入射される。第１駆動光は導光部材２で拡散され、光束が均一化されて出射部２２より出射される。出射部２２は光変形部材１ｃと接着されており、第１駆動光は光変形部材１ｃに照射される。

第１駆動光が照射された光変形部材１ｃは長手方向に伸長変形される。光変形部材１ｃの変形に伴って導光部材２及び遮光部材３は変形される。これにより、光駆動型アクチュエータＡ１が伸長状態に変形される。

光源４１からの第１駆動光の照射を停止すると、光変形部材１ｃへの第１駆動光の照射が停止される。光変形部材１ｃへの外部から入射される変形にかかる波長の光（外乱光）は遮光部材３にて遮られているので、光変形部材１ｃに第２駆動光と同じ波長の光が照射されない。また、熱エネルギ、外部からの力が作用していない状態の場合、光変形部材１ｃは伸長状態を維持する。

光源４１より第２駆動光が出射されると、第２駆動光は動向路４２を介して入射部２１に入射される。第２駆動光は導光部材２で拡散され、光束が均一化されて出射部２２より光変形部材１ｃに照射される。光変形部材１ｃは第２駆動光が照射されることで、収縮変形され、第１駆動光が照射される前の状態に戻る。これにより、導光部材２及び遮光部材３も収縮変形し、光駆動型アクチュエータＡ１も収縮変形される。光源４１からの第２駆動光の出射を停止しても、第１駆動光を停止したときと同様に、光変形部材１ｃは収縮状態を維持する。

このように、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Ａ１は収縮状態と伸長状態とに選択的に変形される。また、第１駆動光及び第２駆動光を交互に照射させることで、光駆動型アクチュエータＡ１は収縮状態と伸長状態とを繰り返す。

光駆動型アクチュエータＡ１のように、遮光部材３を備えていることで、外乱光が光変形部材１ｃに照射されるのを抑制することができる。これにより、必要以上に駆動光が照射されて、光変形部材１ｃが不意に変形するのを抑制することができ、光駆動型アクチュエータＡ１は高精度で変位を発生させることができる。また、遮光部材３を備えていることで、駆動光が外部に漏洩するのを抑制することができるので、光源４１より出射された駆動光を効率よく光変形部材１ｃに照射することができる。これにより、光駆動型アクチュエータＡ１の消費エネルギを低減することが可能である。なお、光変形部材１ｃは長手方向に伸縮変形するものとしているが、フォトクロミック材料の結晶配向によって変形方向を変更することが可能である。

（第２実施形態）
本発明にかかる光駆動型アクチュエータの他の例を図面を参照して説明する。図４は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。図４に示す光駆動型アクチュエータＡ２はバイモルフ構造のＰＬＺＴで作製された光変形部材１ｐを用いている。

ＰＬＺＴは駆動光（紫外光）が照射されると変形し、照射が停止されると元の状態に復帰するセラミック材料である。光変形部材をＰＬＺＴを用いて作製した場合、変形状態を維持するには駆動光を照射し続ける必要があるが、１種の駆動光で変形を制御できる。

光源４１は第１駆動光（紫外光）及び第２駆動光（可視光）を選択的に出射することができる光源である。図３に示すように、光駆動型アクチュエータＡ１は、光源部材４が遮光部材３の外部に配置されている。よって、導波路４２も一部が遮光部材３の外部に突出されており、外部に突出している部分には駆動光と同じ波長の光が透過するのを抑制する遮光部４２１が形成されている。遮光部４２１と遮光部材３とは接合部から駆動光と同じ波長の光が侵入するのを防ぐことができるように接着されている。なお、遮光部４２１と遮光部材３とが一体的に形成されているものであってもよい。

光駆動型アクチュエータＡ２は光源４１に電力が供給されると、光源４１より駆動光が出射される。光源４１より出射された駆動光は導光路４２を介して遮光部材３の内部に導光される。導光路４２にて導光された駆動光は導光部材２の入射部２１より入射される。駆動光は導光部材２で拡散され、光束が均一化されて出射部２２より出射される。出射部２２は光変形部材１ｐと接着されており、駆動光は光変形部材１ｐに照射される。

駆動光が照射された光変形部材１ｐは長手方向に伸長変形される。光変形部材１ｐの変形に伴って導光部材２及び遮光部材３は変形される。これにより、光駆動型アクチュエータＡ２が伸長状態に変形される。

光源４１からの駆動光が出射されている間、光変形部材１ｐは伸長状態を維持する。このとき、光変形部材１ｐへの外部から入射される変形にかかる波長の光（外乱光）は遮光部材３にて遮られているので、光変形部材１ｐに駆動光と同じ波長の光が照射されない。また、熱エネルギ、外部からの力が作用していない状態の場合、光変形部材１ｐは意図しない変形はしない。

光源４１より駆動光が停止されると、光変形部材１ｐへの駆動光の照射が停止される。光変形部材１ｐは駆動光の照射が停止されることで、収縮変形され、駆動光が照射される前の状態に戻る。これにより、導光部材２及び遮光部材３も収縮変形し、光駆動型アクチュエータＡ２も収縮変形される。遮光部材３によって外乱光の内部への照射が遮られるので光変形部材１ｐは収縮状態を維持する。

このように、駆動光の照射、停止を切り替えることで、光駆動型アクチュエータＡ２は収縮状態と伸長状態とに選択的に変形される。また、駆動光の照射と停止を繰り返すことで、光駆動型アクチュエータＡ１は収縮状態と伸長状態とを繰り返す。

光駆動型アクチュエータＡ２のように、遮光部材３を備えていることで、外乱光が光変形部材１ｐに照射されるのを抑制することができる。これにより、必要以上に駆動光が照射されて、光変形部材１ｐが不意に変形するのを抑制することができ、光駆動型アクチュエータＡ２は高精度で変位を発生させることができる。また、遮光部材３を備えていることで、駆動光が外部に漏洩するのを抑制することができるので、光源４１より出射された駆動光を効率よく光変形部材１ｐに照射することができる。これにより、光駆動型アクチュエータＡ２の消費エネルギを低減することが可能である。なお、光変形部材１ｐは長手方向に伸縮変形するものとしているが、ＰＬＺＴの結晶配向によって変形方向を変更することが可能である。

光駆動型アクチュエータＡ１、Ａ２を用いる場合、導波路４２の長さを調整することで、離れた位置からの遠隔操作が可能である。しかしながら、導波路４２での光量の損失が０ではないので、長くなりすぎないものが好ましい。また、導光部材２、遮光部材３及び光変形部材１ｃ（１ｐ）と光源部材４とが離れて配置されているので、光駆動型アクチュエータを設置する場所が制限されにくい。

（第３実施形態）
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について図面を参照して説明する。図５は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。図５に示す光駆動型アクチュエータＢは遮光部材３で覆われている領域の内部に光源部材５が配置されている。図５に示す光駆動型アクチュエータＢ１は、フォトクロミック材料を用いた光変形部材１ｃを備えている。光源部材５以外は光駆動型アクチュエータＡ１と同様の構成を有しており、実質上同一の部材には同じ符号が付してある。

光源部材５は光変形部材１ｃを駆動することができる第１駆動光及び第２駆動光を選択的に出射することができるものである。図５に示す光駆動型アクチュエータＢ１において、光源部材５は第１駆動光を出射することができる第１光源５１１と、第２駆動光を出射することができる第２光源５１２と、第１光源５１１及び第２光源５１２より出射された駆動光を導光部材２の入射部２１に導光する導波路５２とを有している。図５に示すように、第１光源５１１と第２光源５１２とは、光変形部材１ｃの伸縮変形方向（ここでは、長手方向）の両端部と近接して配置されている。

光駆動型アクチュエータＢでは第１光源５１１より第１駆動光を出射し光変形部材１ｃを伸長変形させ、第２光源５１２より第２駆動光を出射し光変形部材１ｃを収縮変形させるものである。光変形部材１ｃの変形及び光変形部材１ｃの変形に伴う光駆動型アクチュエータＢ１の変形の過程は、図３に示す光駆動型アクチュエータＡ１と同じであり詳細は省略する。

このように光源部材５を遮光部材３で覆われた領域の内部に配置することで、光源部材５より出射された駆動光を効率よく光変形部材１ｃに照射することが可能である。光源部材５より出射された駆動光の光量を抑えつつ、十分な変位及び駆動力を発生する光駆動型アクチュエータＢを提供することが可能である。なお、光駆動型アクチュエータＢ１において、光変形部材１ｃとして長手方向に伸縮変形するものを採用しているが、それに限定されるものではない。

（第４実施形態）
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について図面を参照して説明する。図６は本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。図６に示す光駆動型アクチュエータＢ２は遮光部材３で覆われている領域の内部に光源部材５ｂが配置されている。図６に示す光駆動型アクチュエータＢ２は、バイモルフ構造のＰＬＺＴを用いた光変形部材１ｐを備えている。光源部材５ｂ以外は光駆動型アクチュエータＡ２と同様の構成を有しており、実質上同一の部材には同じ符号が付してある。

光源部材５ｂは光変形部材１ｐを駆動することができる駆動光を出射することができるものである。図６に示す光駆動型アクチュエータＢ２において、光源部材５ｂは駆動光を出射することができる光源５１ｂ、光源５１ｂより出射された駆動光を導光部材２の入射部２１に導光する導波路５２ｂとを有している。図６に示すように、光源５１ｂは、光変形部材１ｐの伸縮変形方向（ここでは、長手方向）の端部の一方と近接して配置されている。

光駆動型アクチュエータＢ２では光源５１ｂより駆動光を出射し光変形部材１ｐを伸長変形させ、駆動光の照射を停止することで光変形部材１ｐを収縮変形させるものである。光変形部材１ｐの変形及び光変形部材１ｐの変形に伴う光駆動型アクチュエータＢ２の変形の過程は、図４に示す光駆動型アクチュエータＡ２と同じであり詳細は省略する。

このように光源部材５ｂを遮光部材３で覆われた領域の内部に配置することで、光源部材５ｂより出射された駆動光を効率よく光変形部材１ｐに照射することが可能である。光源部材５より出射された駆動光の光量を抑えつつ、十分な変位及び駆動力を発生する光駆動型アクチュエータＢ２を提供することが可能である。また、光駆動型アクチュエータＢ２の光源部材５ｂは１種類の駆動光を照射する光源５１ｂを備えていればよく、小型であり、遮光部材３で覆われた領域に収まりやすい。なお、光駆動型アクチュエータＢ２において、光変形部材１ｐとして長手方向に伸縮変形するものを採用しているが、それに限定されるものではない。

（第５実施形態）
本発明にかかる光駆動型アクチュエータの他の例について図面を参照して説明する。図７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７に示すように、光駆動型アクチュエータＣは、光変形部材としてフォトクロミック材料で作製した光変形部材１ｃを用いている。それには限定されないが、光変形部材１ｃは長手方向に伸縮変形する。光駆動型アクチュエータＣは、４個の薄型の光変形部材１ｃと３個の薄型の導光部材２とが交互に接着され、積層された積層体１１を備えている。

接着方法としては、接着剤を用いた接着、溶着、光変形部材１ｃ及び（又は）導光部材２を交互に蒸着、スパッタリング等の製膜方法で製膜する方法等、従来よく知られた方法を採用することができる。ここでは、接着剤による接着が採用されている。なお、導光部材２は光変形部材１ｃを引っ張るのを抑制するために、柔軟性を備えた材料で形成されることが好ましい。また、柔軟性を有する接着方法を用いてもよい。

積層体１１において、導光部材２は出射部２２が光変形部材１ｃと接着されており、光変形部材１ｃと接着されていない側面に入射部２１が形成されている。フォトクロミック材料は照射される駆動光の出力にもよるが、その表面に光が照射されるものであり、深部には光が照射されにくい。これにより、駆動光が照射されている表面に配置されたフォトクロミック材料の結晶には駆動光が照射され変形されるが、深部に配置された結晶には駆動光が照射されず変形されない。

しかしながら、光変形部材１ｃを薄型に形成し隣り合う光変形部材１ｃの間に導光部材２をはさんで接着積層することで、同量のフォトクロミック材料を使って１層の光変形部材１ｃを作製したものに比べ、形状をコンパクトにするとともに、駆動光が照射される光変形部材１ｃの面積を大きくすることができる。これにより、駆動光の光量、光変形部材１ｃの形状、大きさを変えることなく、光変形部材１ｃの変位を大きくすることができ、変位に伴って発生する駆動力も大きくすることが可能である。

光駆動型アクチュエータＣでは遮光部材３で覆われた内部に光源部材５を備えたものを例に説明しているが、遮光部材３の外部に光源部材４を備えた光駆動型アクチュエータにも積層体１１を採用することが可能である。また、積層体１１を構成する光変形部材としてフォトクロミック材料で作製された光変形部材１ｃを採用しているが、バイモルフ構造のＰＬＺＴで構成された光変形部材１ｐでも同様の積層体を構成することが可能である。

（第６実施形態）
本発明にかかる光駆動型アクチュエータを利用例の一つである回転駆動体について図面を参照して説明する。図８は本発明にかかる回転駆動する光駆動型アクチュエータの回転軸に垂直な断面で切断した断面図であり、図９は図８に示す光駆動型アクチュエータの回転軸に沿う面で切断した断面図である。

光駆動型アクチュエータＤは、光変形部材１ｄと、導光部材２ｄと、遮光部材３ｄと、光源部材４ｄと、回転支軸６ｄと、固定板７ｄとを有している。光変形部材１ｄはフォトクロミック材料を作製したものであり、図９に示すように、駆動光の照射によって真直状態（まっすぐな状態）と湾曲状態とに交互に変形される。

光変形部材１ｄは一部が円板形状の固定板７ｄに固定されている。それには限定されないが光駆動型アクチュエータＤでは、２個の光変形部材１ｄが固定板７ｄに、固定板７ｄの中心をはさんで対称に配置されている。図８、図９に示すように、光変形部材１ｄは固定板７ｄの外周部の近傍に配置固定されている。導光部材２ｄは光源部材４にて導光された駆動光を光変形部材１ｄに導くものである。導光部材２ｄは固定板７ｄの中央に配置されており、プリズム、反射板等の駆動光の光路を変更することができるものが用いられている。

遮光部材３ｄは光変形部材１ｄを駆動するための駆動光と同じ波長の光を遮断することができる部材である。遮光部材３ｄは、円筒部３１ｄと、円筒部３１ｄの軸方向の一端部に円筒部３１ｄと連結された第１円板部３２ｄと、円筒部３１ｄの第１円板部３２ｄとは反対側の端部に円筒部３１ｄと連結された第２円板部３３ｄと、円筒部３１ｄの内壁面より内部に突出された突起部３４ｄとを有している。

第１円板部３２ｄは中心に回転支軸６ｄが貫通される第１貫通孔３２１ｄを有している。また、第２円板部３３ｄは中心に光源部材４ｄの後述する導波路４２ｄが貫通される第２貫通孔３３１ｄを有している。

突起部３４ｄは円筒部３１ｄの内壁面より中心に向けて突出しており、突起部３４ｄは円筒部３１ｄの内壁面に周方向に一方向に等中心角度となるように並んで配置されている。突起部３４ｄは第１傾斜部３４１ｄと、第２傾斜部３４２ｄと、第１傾斜部３４１ｄと第２傾斜部３４２ｄとが交差する頂点部３４３ｄとを有している。突起部３４ｄは第１傾斜部３４１ｄの円筒部３１ｄの内壁面の接線に対する傾斜角が、第２傾斜部３４２ｄの内壁面に対する傾斜角よりも、小さくなるように形成されている。第２傾斜部３４２ｄはそれには限定されないが、ここでは、円筒部３１ｄの接線に対して垂直（法線と重なる）ように形成されている。

光源部材４ｄはフォトクロミック材料を変形させることができる波長の第１駆動光及び第２駆動光を選択的に出射する光源４１ｄと、第１駆動光又は第２駆動光とを遮光部の内部に導光するための導波路４２ｄとを備えている。光源４１ｄは図示を省略した制御装置より駆動信号を受信することで、駆動光を出射するものである。

導波路４２ｄは、駆動光を導光するものであり、光ファイバー等の導光材料を円柱状に成型することで作製される。導波路４２ｄは遮光部材３ｄの貫通孔３３１ｄに摺動可能に貫通されており、一部が遮光部材３ｄの外部に露出している。よって、導波路４２ｄの外部からの光の進入及び導波路４２ｄから外部への駆動光の漏洩を抑制するために遮光部４２１ｄが形成されている。遮光部４２１ｄは駆動光と同じ波長の光が透過するのを抑制する部材であり、導波路４２ｄと密接して形成されている。

遮光部材３ｄと導波路４２ｄの接続部について詳細に説明する。図１０は導波路と遮光部材との接続部の拡大断面図である。図１０に示すように、第２貫通孔３３１ｄは小径部３３２ｄと、大径部３３３ｄの異なる内径を有する貫通孔が、軸方向に連結された段つき形状を有するものである。遮光部材３ｄの外側が小径部３３２ｄ、内側が３３３ｄとなるように形成されている。導波路４２ｄは図示を省略した保持部材にて保持されている。

一方、図１０に示すように、導波路４２ｄの遮光部４２１ｄにはフランジ部４２２ｄが形成されている。遮光部４２１ｄの外周面と小径部３３２ｄの内周面及びフランジ部４２２ｄの外周面と大径部３３３ｄの内周面とが摺動するように、導波路４２ｄが第２貫通孔３３１ｄを貫通している。このように導波路４２ｄと貫通孔３３１ｄとを嵌合させることで、効果的に遮光部材３ｄの外部から内部への駆動光と同じ波長の光が進入するのを抑制することができる。また、導波路４２ｄの遮光部材３ｄからの脱落を抑制することが可能である。

回転支軸６ｄは外周面が遮光部材３ｄの第１貫通孔３２１ｄの内周面と摺動可能となるように第１貫通孔３２１ｄを貫通する円柱状の軸部材である。回転支軸６ｄは中心軸が導波路４２ｄの中心軸と一致している。回転支軸６ｄと第１円板部３２ｄ及び導波路４２ｄと第２円板３３ｄとはそれぞれ直交するように配置されており、導波路４２ｄの遮光部材３ｄより露出した部分と回転支軸６ｄの遮光部材３ｄより露出した部分とを保持することで、遮光部材３ｄは円滑に回転できるように支持される。

回転支軸６ｄは一部が遮光部材３ｄの内部に挿入されている。回転支軸６ｄの遮光部材３ｄの内部側の端部には、固定板７ｄが回転支軸６ｄの中心軸と直交するように連結固定されている。固定板７ｄは上述したように、中央に導光部材２ｄが、周側部に導光部材２ｄをはさんで対向するように２個の光変形部材１ｄが配置されている。また、導波路４２ｄの遮光部材３ｄの内部に挿入されている側の先端部が導光部材２ｄと対向するように配置されている。導波路４２ｄにて導光された駆動光は導光部材２ｄにて光路が曲げられて、光変形部材１ｄに照射される。

光駆動型アクチュエータＤの動作について説明する。図１１は図８に示す光駆動型アクチュエータを駆動するときの駆動光の照射切り替えのタイミングを示すタイミングチャートである。図１１を参照すると、まず光源４１ｄに電力を供給し、第１駆動光（紫外光）を出射させる。第１駆動光は導波路４２ｄを介して遮光部材３ｄにて囲まれた空間の内部に導光される。第１駆動光は導波路４２ｄより導光部材２ｄに照射され、導光部材２ｄにて光路が変更されて、光変形部材１ｄに照射される。

第１駆動光が照射された光変形部材１ｄは真直状態から屈曲状態に変形する。光変形部材１ｄが真直状態から屈曲状態に変形するときに、第２傾斜部３４２ｄが光変形部材１ｄに押される。これにより、突起部３４ｄが固定された遮光部材３ｄが回転される。光源４１ｄから第１駆動光及び第２駆動光を交互に出射することで光変形部材１ｄが真直状態と屈曲状態とに繰り返し変形される。これにより、遮光部材４ｄに備えられた複数個の突起部３４ｄを順次、押して遮光部材３ｄを連続して回転させる。

光駆動型アクチュエータＤにおいて、光変形部材１ｄは屈曲状態から真直状態に変形するときに、突起部３４ｄと接触する。第１傾斜部３４１ｄの接線に対する傾斜角が小さく形成されており、光変形部材１ｄが第１傾斜部３４１ｄ上をすべり、少ない抵抗で頂上部３４３ｄを乗り越えることができる。これにより、光変形部材１ｄが屈曲状態から真直状態に変形するときに、光変形部材１ｄより遮光部材３ｄが逆転する方向に付勢される力を低減することができ、遮光部材３ｄの回転を効率よく円滑に行うことが可能である。

なお、突起部３４ｄの第１傾斜部３４１ｄの円筒部３１ｄとの接点部での接線となす角、すなわち、第１傾斜部３４１ｄの円筒部３１ｄの内壁面に対する傾斜角は光変形部材１ｄが頂点部３４３ｄを越えやすい角度が採用されている。

本実施形態では、フォトクロミック材料で作製された光変形部材１ｄを用いているが、それに限定されるものではなく、バイモルフ構造のＰＬＺＴで作製された光変形部材を用いるものであってもよい。この場合、駆動光が１種類となる点、駆動光の照射を停止することで光変形部材が元の形状に復帰する点が異なるが、これら以外は光駆動型アクチュエータＤと同じ構成である。

以上、本発明を具体的な実施形態を参照して説明したが、本発明の範囲は実施形態に記載されたものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

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変形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概略斜視図である。 は、図１に示す光アクチュエータの断面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。 は、本発明にかかる光駆動型アクチュエータの一例の断面図である。 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。 は、本発明にかかる回転駆動する光駆動型アクチュエータの回転軸に垂直な断面で切断した断面図である。 は、図８に示す光駆動型アクチュエータの回転軸に沿う面で切断した断面図である。 は、導波路と遮光部材との接続部の拡大断面図である。 は、図８に示す光駆動型アクチュエータを駆動するときの駆動光の照射切り替えのタイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１、１ｃ、１ｐ 光変形部材
１１ 積層体
２ 導光部材
２１ 入射部
２２ 出射部
３ 遮光部材
４ 光源部材
４１ 光源
４２ 導波路
４２１ 遮光部
５ 光源部材
５１１ 第１光源
５１２ 第２光源
５２ 導波路
１ｄ 光変形部材
２ｄ 導光部材
３ｄ 遮光部材
４ｄ 光源部材
６ｄ 支軸部材
７ｄ 固定板

Claims (7)

1. 所定波長の駆動光が照射されることで変形される光変形部材と、
   前記駆動光を出射する光源部材と、
   前記駆動光が入射する入射部と、前記入射部から入射した駆動光を内部で拡散させて出射する出射部とを備え、前記出射部が前記光変形部材と接触配置された導光部材とを有し、前記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、
   前記光変形部材及び前記導光部材が、前記駆動光が持つ波長域の光の透過を抑制する遮光部材で覆われていることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
2. 前記遮光部材は前記光変形部材及び前記導光部材の全体を囲み、前記光変形部材が変形されても、前記駆動光が持つ波長域の光の透過を抑制できる請求項１記載の光駆動型アクチュエータ。
3. 前記遮光部材が前記光変形部材よりも高い柔軟性を有する材料で作製されており、前記光変形部材の変形に伴って変形できる請求項１又は請求項２に記載の光駆動型アクチュエータ。
4. 前記遮光部材は、内部が前記駆動光を反射することができるように形成されている請求項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. 前記光源部材が前記遮光部材と前記光変形部材又は前記導光部材の間に配置されている請求項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. 前記光源部材が前記遮光部材の外側に配置され、前記駆動光を前記遮光部材で覆われた前記導光部材に導くための導波路を備えている請求項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。
7. 所定波長の駆動光が照射されることで変形される光変形部材と、
   前記駆動光を出射する光源部材と、
   前記光変形部材に隣接配置され前記駆動光を前記光変形部材に導く導光部材とを有し、前記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、
   前記光変形部材及び前記導光部材の全体を囲み、前記光変形部材が変形されても、前記駆動光が持つ波長域の光の透過を抑制できる遮光部材で覆われており、
   前記光源部材が前記遮光部材の外側に配置され、前記駆動光を前記遮光部材で覆われた前記導光部材に導くための導波路を備えており、
   前記遮光部材は円筒部と、前記円筒部の両端部と連結された円板部と、前記円筒部の内面に内側に突出された突起部とを有しており、前記円板部の一方の中心を前記導波路が回転可能に貫通しており、
   他方の円板部の中心を回転可能に貫通する軸支部材が備えられており、
   前記軸支部材の遮光部材内部側の端部に固定された固定板が備えられており、
   前記固定板の中央に前記導光部材が配置されているとともに、前記固定板の周端部に前記突起部と接触可能に光変形部材が配置されており、
   前記光変形部材の変形によって前記突起部が押され前記遮光部材が回転することを特徴とする光駆動型アクチュエータ。

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