JP6878784B2

JP6878784B2 - 高分子アクチュエータ素子および高分子アクチュエータ装置並びにそれらの製造方法

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Publication number: JP6878784B2
Application number: JP2016142597A
Authority: JP
Inventors: 井上　孝; 孝井上; 謙佑畑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2036-07-20
Also published as: JP2018014819A

Description

本発明は、絶縁膜を備える高分子アクチュエータ素子およびその製造方法に関する。

従来、ポリマーおよびイオン液体を含む電解質層と、電解質層を挟んで互いに対向する２つの電極層とを備える高分子アクチュエータ素子が提案されている。２つの電極層の間に電位差が発生すると、イオン液体に含まれる陽イオンがマイナス側の電極層に移動し、陰イオンがプラス側の電極層に移動する。そして、各電極層は、入り込んだイオンの量に応じて膨張する。これにより、高分子アクチュエータ素子が変形させられる。

ここで、高分子アクチュエータ素子には、電解質として水を用いているタイプとそうでないタイプのものがある。水を用いたタイプの高分子アクチュエータ素子では、電解質の水が蒸発すると動作しなくなるため、水分の蒸発を防ぐために高分子アクチュエータ素子全体を被覆した封止構造をとる必要がある。また、電解質として水を用いていないタイプの高分子アクチュエータ素子では、結露や高湿度などによる悪影響を低減するために、上記と同様の封止構造を必要とする場合があった。このような封止構造を有する高分子アクチュエータ素子の例としては、例えば特許文献１に記載のものが挙げられる。

特許文献１の高分子アクチュエータ素子は、電解質層と、電解質層を挟んで互いに対向する２つの電極層と、電解質層および２つの電極層を被覆する封止樹脂層と、封止樹脂層を被覆する酸化シリコン膜とを有する。封止樹脂層を酸化シリコン膜で被覆する封止構造とすることにより、電解質として水を用いた場合には、この水が蒸発することを防ぐことができる一方、電解質として水を用いない場合であっても、結露等の外気による水分の影響を低減できる。すなわち、酸化シリコン膜を含んだ封止構造をとることにより、水分による悪影響の低い高分子アクチュエータ素子となる。

特開２０１５−２２６４０２号公報

ここで、高分子アクチュエータ素子は、２つの電極層に給電するための電極取出部を有する固定治具で固定され、２つの電極層に電位差を発生させることにより、高分子アクチュエータ素子を駆動するのが一般的である。つまり、高分子アクチュエータ素子には、固定治具より変形が制限された領域と自由に変形できる領域の２つの領域が存在し、これらの領域の間に境界部が存在する。

しかしながら、特許文献１の高分子アクチュエータ素子に用いられる酸化シリコン膜等の薄膜は、柔軟性に乏しく割れやすい。そのため、連続的に屈曲と伸展を繰り返し行うと、変形が制限された領域と自由に変形できる領域の境界部においては、酸化シリコン膜のような硬い膜にクラックが生じ得る。クラックが生じた場合には、混入した異物との接触や動作中における他の素子との接触などによって、短絡の不具合が発生する。加えて、固定治具と高分子アクチュエータとの間には異物が混入しやすく、この箇所では異物混入による短絡が発生しやすい。

また、封止樹脂層を厚くすることで高分子アクチュエータの変位量を抑えると絶縁膜のクラックは抑制されるが、封止樹脂層の厚みが高分子アクチュエータ素子の屈曲動作の妨げとなり、十分な屈曲性能を発揮することが難しくなる。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、クラックを抑制しつつ、屈曲性能を高くできる高分子アクチュエータ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、クラックを抑制しつつ、屈曲性能を高くできる高分子アクチュエータ素子を複数備える高分子アクチュエータ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の高分子アクチュエータ素子は、イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、一面に配置された第１電極層（１１）と、他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）と、高分子アクチュエータの端部であって、第１電極層と第２電極層とが向き合う方向に沿って設けられ、第１電極層の上および第２電極層の上にそれぞれ配置された２つの電極取出部（３０）と、２つの電極取出部を介して高分子アクチュエータの端部を挟むように配置された固定治具（３１）と、第１電極層、第２電極層および固定治具の少なくとも一部を覆うように配置された絶縁性粒子（４０ａ）のみからなる絶縁膜（４０）と、を備える。このような構成において、固定治具は、電極取出部のうち高分子アクチュエータと反対側の面を覆っており、絶縁膜は、高分子アクチュエータのうち固定治具により挟まれた部分と前固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）として、第１電極層、第２電極層および固定治具のうち少なくとも前記境界部を含む領域を覆っている。

このように、高分子アクチュエータを粒子からなる絶縁膜で第１電極層、第２電極層および固定治具のうち少なくとも境界部を含む領域を覆うことで、屈曲動作による絶縁膜のクラック発生およびこれによる動作中の短絡発生を抑制できる。また、粒子からなる絶縁膜であることから、屈曲および伸展の動作において絶縁膜がその妨げとなりにくい。そのため、クラックを抑制しつつ、屈曲性能の高い高分子アクチュエータとできる。

請求項６に記載の高分子アクチュエータ装置は、請求項１ないし５のいずれか１つの高分子アクチュエータ素子と、高分子アクチュエータ素子に給電するための給電配線（３２）と、を備える。このような構成において、高分子アクチュエータ素子を駆動部として複数有し、給電配線は、高分子アクチュエータ素子のうち電極取出部（３０）に接続されている。

このように、複数の高分子アクチュエータ素子を駆動部として複数配置し、給電配線により複数の高分子アクチュエータ素子を駆動することで、高分子アクチュエータを所望の変形をさせることで、風量制御や光反射制御などに使用できる高分子アクチュエータ装置とすることができる。

請求項７に記載の高分子アクチュエータ素子の製造方法は、イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、一面に配置された第１電極層（１１）と、他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）を用意することと、電極取出部（３０）を介して固定治具（３１）により高分子アクチュエータを挟むことと、高分子アクチュエータおよび固定治具に絶縁性粒子（４０ａ）のみからなる絶縁膜（４０）を形成することと、を含む。そして、絶縁膜を形成することにおいては、高分子アクチュエータのうち固定治具に挟まれた部分と固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）とし、高分子アクチュエータおよび固定治具のうち、少なくとも境界部を含む領域に絶縁膜を形成する。

このように、電解質層、２つの電極層を備える高分子アクチュエータを用意し、治具に挟み、絶縁性粒子からなる絶縁膜で覆う工程とすることにより、より簡便に必要な部位へ絶縁膜を形成することができる。このような製造方法により、クラックを抑制しつつ、屈曲性能の高い高分子アクチュエータ素子を製造することができる。

請求項８に記載の高分子アクチュエータ装置の製造方法は、イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、一面に配置された第１電極層（１１）と、他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）を用意することと、高分子アクチュエータを複数配置することと、電極取出部（３０）と給電配線（３２）とを介して固定治具（３１）により複数の高分子アクチュエータを挟むことと、複数の高分子アクチュエータおよび固定治具に絶縁性粒子（４０ａ）のみからなる絶縁膜（４０）を形成することと、を含む。そして、絶縁膜を形成することにおいては、高分子アクチュエータのうち固定治具に挟まれた部分と固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）とし、複数の高分子アクチュエータおよび固定治具のうち、少なくとも境界部を含む領域に絶縁膜を形成する。

このように、高分子アクチュエータの電解質層、２つの電極層を形成し、治具に挟み込んだ後に粒子からなる絶縁膜で覆う工程とすることにより、より簡便に必要な部位へ絶縁膜を形成することができる。このような製造方法により、クラックを抑制しつつ、屈曲性能の高い高分子アクチュエータを製造することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の高分子アクチュエータ素子の断面図である。高分子アクチュエータの内部構成の断面図である。電解質層の内部構成の断面図である。第１実施形態の高分子アクチュエータ素子の動作を示す図である。第１実施形態の高分子アクチュエータ素子の屈曲動作を示す図である。第１実施形態の高分子アクチュエータ素子の固定治具の断面図である。第２実施形態の風量制御装置を示す斜視図である。第２実施形態の風量制御装置を分解した場合における各構成部材を示した斜視図である。第２実施形態の上部固定治具および下部固定治具における電極取出部と給電配線の配置例を示した斜視図である。第２実施形態の風量制御装置の一部を拡大した斜視図である。第２実施形態の風量制御装置の水平方向における断面図である。第２実施形態の風量制御装置の垂直方向における断面図である。隣り合う高分子アクチュエータ素子の動作中の短絡を示す図である。第２実施形態の風量制御装置の製造工程を示す図である。第３実施形態の光反射制御装置を示す斜視図である。第３実施形態の光反射制御装置の光反射部を示す斜視図である。第３実施形態の光反射制御装置の光反射部が変形した様子を示す斜視図である。第３実施形態の光反射制御装置の光反射部に別途反射シートを設けた例を示す斜視図である。第３実施形態の光反射制御装置の変形例を示す斜視図である。光反射制御装置の変形例の電極引出部の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態の高分子アクチュエータ素子Ｓ１について、図１〜図３を参照して述べる。図２では、図１で示した破線領域Ｒにおける高分子アクチュエータ２０の断面を示している。本実施形態の高分子アクチュエータ素子Ｓ１は、例えば小型エアコンの風の流路における風量制御の駆動部などに適用されるものである。

図１に示すように、本実施形態にかかる高分子アクチュエータ素子Ｓ１は、電解質層１０と、第１電極層１１と、第２電極層１２とを備える高分子アクチュエータ２０と、２つの電極取出部３０と、固定治具３１と、絶縁膜４０とを備えている。

まず、本実施形態の高分子アクチュエータ素子Ｓ１の構成要素である高分子アクチュエータ２０について説明する。高分子アクチュエータ２０は、例えば一面と他面が表裏の関係にある板状に形成され、一面側に第１電極層１１が設けられ、他面側に第２電極層１２が設けられている。そして、第１電極層１１と第２電極層１２との間には、電解質層１０が設けられている。また、第１電極層１１、第２電極層１２および電解質層１０の厚みについては、例えば２００〜３００μｍであり、高分子アクチュエータ２０の厚みについては、例えば１ｍｍ程度である。そして、この高分子アクチュエータ２０は、第１電極層１１と第２電極層１２との間に所望の電位差を発生させることで使用される。

図２に示すように、第１電極層１１および第２電極層１２は、金属微粒子１１ａ、１２ａが集まって構成されている。具体的には、第１電極層１１および第２電極層１２は、それぞれ、後述するイオン液体１０ａとポリマー１０ｂとの混合体１０ｃ中に、金属微粒子１１ａ、１２ａを混合することで構成されている。

金属微粒子１１ａ、１２ａは、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの金属で構成されている。なお、金属微粒子１１ａ、１２ａは、導電性があれば、金属酸化物や金属窒化物などの金属化合物で構成されていてもよい。

図２に示すように、金属微粒子１１ａ、１２ａは、周囲が樹脂層１１ｂ、１２ｂによってコーティングされている。樹脂層１１ｂ、１２ｂは、例えばポリビニルピロリドンなどの樹脂材料で構成されている。金属微粒子１１ａ、１２ａが樹脂層１１ｂ、１２ｂでコーティングされているため、金属微粒子１１ａ、１２ａは、凝集することなく、単に互いに近接して集まっている。なお、樹脂層１１ｂ、１２ｂは、金属微粒子１１ａ、１２ａを完全には覆っていない。そのため、金属微粒子１１ａ、１２ａの電極の構成材料としての機能が維持されている。

また、図２に示すように、第１電極層１１および第２電極層１２には、金属微粒子１１ａ、１２ａに加えて、添加剤１１ｃ、１２ｃが添加されている。添加剤１１ｃ、１２ｃは、本実施形態では、モンモリロナイトで構成されている。添加剤１１ｃ、１２ｃを添加することにより、高分子アクチュエータ２０の発生力を変えることなく、第１電極層１１および第２電極層１２のヤング率を高めることが可能となる。これにより、高分子アクチュエータ２０に電圧が印加されていないときの剛性を高めることができる。

前述したように、金属微粒子１１ａ、１２ａは、互いに単に近接した状態で配置されている。このため、金属微粒子１１ａ、１２ａの間の隙間に混合体１０ｃが形成され、この混合体１０ｃ中に後述するイオン液体１０ａが入り込める状態となっている。

なお、金属微粒子１１ａ、１２ａの粒径については任意であるが、イオン液体１０ａがより多く入り込めるように、金属微粒子１１ａ、１２ａの粒径が１μｍ以下であることが好ましい。また、第１電極層１１および第２電極層１２が構成する電極の厚みを効果的に厚くできるように、金属微粒子１１ａ、１２ａの粒径を２０ｎｍ以上にすると好ましい。

図３に示すように、電解質層１０は、イオン液体１０ａおよびポリマー１０ｂの混合体１０ｃ中に添加剤１０ｄが含まれた構成とされている。

イオン液体１０ａは、高分子アクチュエータ２０の駆動に用いられる物質であり、第１電極層１１と第２電極層１２との間に電位差が発生したときにポリマー１０ｂと添加剤１０ｄとの間の隙間を移動する移動媒体である。本実施形態では、電解質層１０におけるイオン液体１０ａの体積占有率は、４０％以上７０％以下とされている。

イオン液体１０ａとしては、例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムチオシアン酸を用いることができる。このようなイオン液体１０ａは、混合体１０ｃ中においてイオン分解された状態で存在し、化学式１で示されるような１−エチル−３−メチルイミダゾリウムにて構成される陽イオンと、化学式２で示されるようなチオシアン酸にて構成される陰イオンとなっている。本実施形態では、イオン液体１０ａとして１−エチル−３−メチルイミダゾリウムチオシアン酸を挙げたが、揮発することがない液体であれば材質は問わない。

ポリマー１０ｂは、イオン液体１０ａの移動を可能とする媒体である。また、ポリマー１０ｂの表面は、負に帯電している。そして、ポリマー１０ｂは、例えば、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロスルホン酸、ポリビリニデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリマーで構成される。

これらのうち、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロスルホン酸はＳＯ_３ ⁻を含むため表面が負に帯電している。一方、ＰＶＤＦ、ＰＭＭＡは負に帯電していない。しかし、ポリマー１０ｂをＰＶＤＦ、ＰＭＭＡで構成した場合であっても、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロスルホン酸のＳＯ_３ ⁻に相当する構成をポリマー１０ｂに加えることにより、ポリマー１０ｂの表面を負に帯電させることができる。

添加剤１０ｄは、等電点が７以下の絶縁物であり、本実施形態では、シリカにより構成されている。シリカの等電点が４程度であって、イオン液体１０ａのｐＨが７程度であるため、添加剤１０ｄは、電解質層１０において負に帯電している。また、添加剤１０ｄは、直径が１μｍ以上かつ電解質層１０の厚み以下とされている。

添加剤１０ｄは、イオン液体１０ａが移動する経路壁面の負の帯電量を増加させて、陽イオンと陰イオンの両方がマイナス側の電極層に移動する電気浸透流を促進する役割を果たすとともに、第１電極層１１と第２電極層１２との間の絶縁を保つ役割を果たす。なお、添加剤１０ｄを、等電点がイオン液体１０ａのｐＨ以下の他の絶縁物で構成してもよい。

イオン液体１０ａ中では、ポリマー１０ｂと添加剤１０ｄとの間に隙間が存在している。そのため、イオン液体１０ａがポリマー１０ｂと添加剤１０ｄとの間の隙間を通って、マイナス側の電極層へ移動することが可能となっている。

ここで、高分子アクチュエータ２０の動作原理について、図４を参照して説明する。図４では、高分子アクチュエータ２０のうち第１電極層１１や第２電極層１２に所定の電圧を印加した場合における高分子アクチュエータ２０の動きを示している。

図４に示すように、第１電極層１１および第２電極層１２に対して電圧を印加していない状態においては、高分子アクチュエータ２０は変形することなく平坦な状態となる。

そして、第１電極層１１に対して正電圧を印加すると共に第２電極層１２を接地電位にすると、ポリマー１０ｂと添加剤１０ｄとの間の隙間を移動経路としてイオン液体１０ａがマイナス側、すなわち第２電極層１２側に移動して、金属微粒子１２ａの間に入り込む。

イオン液体１０ａが入り込んだ分、金属微粒子１２ａの間が広がって第２電極層１２が膨張するため、第２電極１２側が凸形状、第１電極１１側が凹形状となるように高分子アクチュエータ２０が変形する。

同様に、第２電極層１２に対して正電圧を印加すると共に第１電極層１１を接地電位にすると、ポリマー１０ｂと添加剤１０ｄとの間の隙間を移動経路としてイオン液体１０ａがマイナス側、すなわち第１電極層１１側に移動して、金属微粒子１１ａの間に入り込む。

イオン液体１０ａが入り込んだ分、金属微粒子１１ａの間が広がって第１電極層１１が膨張するため、第１電極１１側が凸形状、第２電極１２側が凹形状となるように高分子アクチュエータ２０が変形する。このように高分子アクチュエータ２０に電圧を印加することにより、高分子アクチュエータ素子Ｓ１が屈曲と伸展の動作をする。

次に、電極取出部３０および固定治具３１について説明する。電極取出部３０は、図１に示すように、高分子アクチュエータ２０のうち第１電極層１１および第２電極層１２に接して設けられ、第１電極層１１および第２電極層１２が向き合う方向に沿って、高分子アクチュエータ２０を挟むように対向して配置されている。電極取出部３０は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属材料で構成されている。

なお、電極取出部３０は、導電性の材料であれば他の材料であってもよい。電極取出部３０には、図示しない給電用の配線が接続されている。この配線材料は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属材料で構成されるが、導電性の材料であれば他の材料により構成されていてもよい。

電極取出部３０の面積については、特に制限はないが、後述する固定治具３１からはみ出さない程度の大きさに留めることが好ましい。また、電極取出部３０は、高分子アクチュエータ２０のうち固定治具３１により挟まれた部分と高分子アクチュエータ２０のうち固定治具３１からはみ出す部分との境界を境界部２０ａとした場合、境界部２０ａから固定治具３１側に向かって離れて配置されるとより好ましい。高分子アクチュエータ２０が屈曲の動作を行う際、上記の配置とすることで高分子アクチュエータ２０に電極取出部３０による余計な負荷がかからなくなり、動作が安定するためである。

具体的には、例えば第１電極層１１に正電圧を印加して高分子アクチュエータ２０を屈曲させる場合に、電極取出部３０が高分子アクチュエータ２０の境界部２０ａを覆うように配置されていると、電極取出部３０が第１電極層１１に食い込むような形となる。このような負荷がかかる状態で屈曲・伸展の動作が繰り返されると、第１電極層１１にクラックなどの欠陥が生じ、第１電極層１１に給電できなくなるなどの不具合が発生するおそれがある。しかし、電極取出部３０を高分子アクチュエータ２０の境界部２０ａよりも固定治具３１側に離れて配置すると、高分子アクチュエータ２０が屈曲した状態であっても、第１電極層１１は電極取出部３０に食い込む前に固定治具３１に接触する。つまり、固定治具３１によって高分子アクチュエータ２０の屈曲が制限される結果、第１電極層１１が電極取出部３０に食い込まなくなり、上記の不具合を防ぐことでその動作が安定する。これは、第２電極層１２についても同様である。

固定治具３１は、電極取出部３０を介して高分子アクチュエータ２０の一部を固定するものであり、例えば絶縁性の樹脂材料などにより構成されている。

次に、絶縁膜４０について説明する。絶縁膜４０は、絶縁性粒子４０ａを含み、高分子アクチュエータ２０の少なくとも境界部２０ａおよびこれに近接する部分を覆うように形成されている。高分子アクチュエータ２０の第１電極層１１および第２電極層１２が異物や他の素子などに接触して短絡することを防ぐためである。

具体的には、高分子アクチュエータ２０の動作説明で説明したように、高分子アクチュエータ２０が屈曲と伸展の動作を繰り返すと、高分子アクチュエータ２０のうち自由に屈曲できる領域と固定治具３１により屈曲が制限された領域との境界線が生じる。固定治具３１のうち高分子アクチュエータ２０の自由端部２０ｃ側の２つの端面を繋ぐ平面を境界面として、境界面と電解質層１０、第１電極層１１および第２電極層１２とが交差する部分が、図１中に一点鎖線で示した境界部２０ａとなる。この境界部２０ａ付近の第１電極層１１および第２電極層１２の屈曲動作による伸縮の差が最も大きく、クラック等の欠陥が生じやすい。このような欠陥が生じた場所に導電性の異物が混入して接触すると、短絡の不具合が発生する。そこで、あらかじめ欠陥が生じやすい場所に絶縁膜４０を形成し、導電性の異物などの接触を防ぐことで、上記のような短絡の不具合を抑制できる。

また、絶縁膜４０を高分子アクチュエータ素子Ｓ１の全面を覆うように形成する場合には、高分子アクチュエータ２０の屈曲と伸展の動作に追従できる絶縁膜４０を形成する必要がある。具体的には、絶縁膜４０の伸縮率が、高分子アクチュエータ２０の変位率より高いことが好ましく、特に７．９％以上であるとより好ましい。このような伸縮率の絶縁膜４０とすることで、高分子アクチュエータ２０の動作による絶縁膜４０のクラックを抑制でき、高分子アクチュエータ２０の短絡をより効果的に抑制できる。

ここで、絶縁膜４０の伸縮率について、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）では、第２電極層１２に正電圧を印加した際における高分子アクチュエータ２０の屈曲と、電位差を発生させていない伸展とを示している。図５（ｂ）では、第１電極層１１に正電圧を印加した際における高分子アクチュエータ２０の屈曲と、電位差を発生させていない伸展とを示している。また、図５（ａ）、（ｂ）では、いずれも、屈曲した状態を実線で示し、伸展した状態を破線で示しており、高分子アクチュエータ素子Ｓ１のうち高分子アクチュエータ２０以外の部分については省略している。

高分子アクチュエータ２０において、固定治具３１ａ、３１ｂで挟まれた側の端部２０ｂ（以下「固定端部２０ｂ」という。）から固定部２０ｂの反対側の端部２０ｃ（以下「自由端部２０ｃ」という。）までの電位を印加した際の変形を考える。この場合において、電解質層１０、第１電極層１１および第２電極層１２全ての厚みがほぼ同じ高分子アクチュエータ２０であるとき、固定端部２０ｂから自由端部２０ｃまでの曲率は、およそ一定のまま変形する。この状態において、固定端部２０ｂにおける端面を含む平面と、自由端部２０ｃにおける端面を含む平面とのなす角が９０度になる程度まで変位（以下「９０度変位」という。）することが好ましい。変位が小さすぎると、高分子アクチュエータ素子Ｓ１の駆動における屈曲の制御範囲が狭くなり、変位が大きすぎると、高分子アクチュエータ２０が固定治具３１により食い込むことで負荷が大きくなり、高分子アクチュエータ素子Ｓ１の消耗が早くなりかねないためである。

ここで、伸縮率とは、動作させていない状態、すなわち伸展状態における第１電極層１１の長さＬ１とし、動作させた状態、すなわち屈曲状態において伸びた第１電極層１１の長さＬ２として、Ｌ２がＬ１に対して伸びた長さのＬ１に対する割合をいう。なお、以下においては、第１電極層１１が伸縮する場合を例に説明するが、第２電極層１２についても第１電極層１１の考え方と同様である。

具体的には、伸展状態におけるＬ１を１０ｍｍ、屈曲状態におけるＬ２を１１ｍｍとした場合、伸びた長さが１ｍｍであるため、伸縮率については（１１−１０）÷１０×１００＝１０％となる。

より具体的に説明すると、伸展した状態における高分子アクチュエータ２０の固定端部２０ｂから自由端部２０ｃまでの第１電極層１１の長さＬ１を１０ｍｍ、高分子アクチュエータ２０の厚みを１ｍｍとする。そして、図５（ａ）のように、第１電極層１１に正電圧を印加して曲率一定で９０度変位した状態を考える。

この場合、固定端部２０ｂの厚み方向の中心部と自由端部２０ｃの厚み方向の中心部とを、高分子アクチュエータ２０の変形に沿って曲率一定の状態で繋げた線の長さＬ３が１０ｍｍとなる。このとき、曲率が一定であることからＬ３の部分は、半径Ｒ１の円の円周の１／４と考えることができる。また、この際の伸びた第１電極層１１の長さＬ２は、半径Ｒ１に高分子アクチュエータ２０の厚みの半分である０．５ｍｍを足した半径Ｒ２、すなわち半径Ｒ２＝Ｒ１＋０．５ｍｍの円の円周の１／４と考えることができる。これを計算すると、Ｒ１が６．３６ｍｍ、Ｒ２が６．８６ｍｍ、Ｌ３が１０．７９ｍｍとなる。つまり、この場合の第１電極層１１の伸縮率は、（１０．７９−１０）÷１０×１００＝７．９％となる。これは、図５（ｂ）に示すように、高分子アクチュエータ２０を９０度変位した場合における第２電極層１２の伸縮率についても同様である。

よって、高分子アクチュエータ素子Ｓ１を曲率一定で９０度変位させた場合には、７．９％以上の伸縮率の絶縁膜４０であれば、高分子アクチュエータ２０の屈曲と伸展によるクラックを抑えることができることになる。特に、高分子アクチュエータ素子Ｓ１の全面に絶縁膜４０を形成する場合に、このように絶縁膜４０の伸縮率を調整するとよい。

なお、絶縁膜４０を高分子アクチュエータ２０と電極取出部３０との接触部位以外の全面に形成してもよいが、図１に示すように、例えば絶縁膜４０を高分子アクチュエータ２０、固定治具３１のうち境界部２０ａ付近の領域に部分的に形成するほうが好ましい。短絡を抑制できる効果の高い位置に絶縁膜４０が形成されていればよく、絶縁膜４０を形成する部位が少ないほど屈曲性能の高い高分子アクチュエータ２０となり、動作時の消費電力を少なくできるからである。また、境界部２０ａ付近に絶縁膜４０を形成したほうがよい理由については、混入したゴミ等の異物が最も溜まりやすく、これによる短絡が最も発生しやすい位置が境界部２０ａ付近であり、境界部２０ａ付近に絶縁膜４０を形成することが最も短絡抑制に効果が高いからである。

絶縁膜４０を後述する絶縁性粒子４０ａにより構成するのは、粒子によって構成された膜では粒子同士の境界が存在することにより、高分子アクチュエータ２０の動作に追従しやすく、クラックが発生しにくいためである。

なお、ここでの絶縁膜４０とは、絶縁性粒子４０ａを含み、絶縁性粒子４０ａ同士の境界を有するように形成された絶縁膜を意味する。すなわち、絶縁膜４０における絶縁性粒子４０ａについては、下地が露出しないように被覆した状態であってもよく、下地が部分的に露出するように点在する状態であってもよい。また、絶縁膜４０は、絶縁性粒子４０ａ以外の樹脂材料や金属酸化物などの絶縁性材料を含んで構成されていてもよいし、絶縁性粒子４０ａのみで構成されていてもよい。

絶縁性粒子４０ａは、例えばシリカ、絶縁性樹脂などの公知の絶縁性材料により構成されている。絶縁性粒子４０ａの粒径については、特に制限はないが、１０〜１０００μｍであることが好ましい。粒径１０μｍ未満の絶縁性粒子４０ａを使用すると、高分子アクチュエータ２０の一面または他面に対して垂直な面、すなわち側面に導電性の異物が付着した場合、絶縁性粒子４０ａが小さすぎて第１電極層１１と第２電極層１２との短絡を防ぐことができなくなる。一方、粒径１０００μｍを超える絶縁性粒子４０ａを使用すると、このような絶縁性粒子４０ａの大きさや重さが高分子アクチュエータ２０の動きを阻害してしまい、高分子アクチュエータ２０の屈曲性能を低下させてしまう。

絶縁性粒子４０ａは、形状に特に制限はなく、例えば球状、四角柱状や三角錐状など様々な形状であってもよい。電解質層１０で説明したようにイオン液体１０ａを揮発しない液体を使用することで、絶縁性粒子４０ａを高分子アクチュエータ２０からのイオン液体１０ａの揮発を抑制しやすい絶縁膜４０が形成しやすい形状に限定する必要がなくなるからである。

次に、高分子アクチュエータ素子Ｓ１の製造方法について説明する。

このように構成される高分子アクチュエータ２０は、例えば次のようにして製造される。

まず、イオン液体１０ａおよびポリマー１０ｂの混合体１０ｃに金属微粒子１１ａを混合した液体を平坦面の上にキャストし、平坦な膜状となるようにする。そして、例えば６０℃程度の温度で溶媒を揮発させる。これにより第１電極層１１が形成される。

次に、第１電極層１１の上に、混合体１０ｃを含む液体をキャストし、平坦な膜状となるようにする。本実施形態では、第１電極層１１の上に、イオン液体１０ａおよびポリマー１０ｂの混合体１０ｃ中に添加剤１０ｄを混合した液体をキャストする。そして、例えば６０℃程度の温度で、第１電極層１１の上にキャストされた液体の溶媒を揮発させる。これにより、第１電極層１１と電解質層１０が積層された構造が形成される。

このとき、電解質層１０におけるイオン液体１０ａの体積占有率が４０％以上７０％以下となるように、混合するイオン液体１０ａの量を調整する。また、ポリマー１０ｂと添加剤１０ｄとの間にイオン液体１０ａの移動経路を形成するために、第１電極層１１の上にキャストされた液体を攪拌する。このとき、超音波分散機を用いた攪拌や、長時間の攪拌を行わず、例えば回転式の攪拌機を用いた５分程度の攪拌にとどめ、添加剤１０ｄとイオン液体１０ａとが、例えば顕微鏡観察で識別できる程度に分けられた状態を保つ。

さらに、電解質層１０の上に、イオン液体１０ａおよびポリマー１０ｂの混合体１０ｃに金属微粒子１２ａを混合した液体をキャストし、平坦な膜状となるようにする。そして、例えば６０℃程度の温度で、電解質層１０の上にキャストされた液体の溶媒を揮発させる。これにより、第１電極層１１と電解質層１０の上に第２電極層１２が積層された構造が形成される。このようにして、本実施形態の高分子アクチュエータ素子Ｓ１の構成要素である高分子アクチュエータ２０が製造される。

次に、電極取出部３０を備える固定治具３１を用意する。電極取出部３０については、例えば金属ワイヤや金属テープなどによりなる配線を固定治具３１に取り付けることで形成することができる。取り付けについては、例えば固定治具３１に図示しない溝を形成し、この溝に金属ワイヤなどをはめ込む方法などが挙げられる。

また、電解質層１０のうち電極取出部３０で挟まれる部分については、電解質層１０の他の部分よりも厚くしてもよい。これにより、電極取出部３０により挟まれた後であっても、当該挟まれる部分における第１電極層１１と第２電極層１２との間を広くすることができ、当該挟まれる部分における短絡の発生を抑制できる。

なお、電極取出部３０を固定治具３１に形成する方法については、特に制限はなく、上記以外にも蒸着やスパッタなどにより薄膜として形成するなどの他の方法であってもよい。

固定治具３１については、樹脂材料を用いて成形する場合には、例えば射出成形などにより所望の形とすることができる。また、固定治具３１には、既に所望の形に成形された樹脂部材を用いてもよい。さらに、固定治具３１は、図１の上下方向の上側と下側でそれぞれ分離された２部材で構成されていてもよいし、上下が一体として構成されていてもよい。

固定治具３１に設けられる電極取出部３０や給電配線などについては、上記のように形成してもよいし、射出成型等で電極取出部３０等と一体的に形成してもよい。また、既に電極取出部３０や給電配線などを備えた固定治具３１を用いてもよい。

次に、高分子アクチュエータ２０の一部を電極取出部３０を備えた固定治具３１で挟んで固定する。具体的には、例えば固定治具３１に上側と下側の２つを有するものを用いる場合、高分子アクチュエータ２０、固定治具３１を固定して挟むための第１型と第２型からなる成形型を用意する。そして、例えば上側の固定治具３１を第１型、下側の固定治具３１および高分子アクチュエータ２０を第２型に配置する（以下、それぞれ「上部固定治具３１ａ」、「下部固定治具３１ｂ」という。）。そして、第１型と第２型とを押圧することで高分子アクチュエータ２０を固定治具３１に固定する。上部固定治具３１ａと下部固定治具３１ｂとの固定については、高分子アクチュエータ２０が外れないように固定される方法であれば特に制限はなく、様々な方法を取ることができる。例えばピンやクリップなどの留め具となる部位を設けてこれらをかみ合わせるも方法であってもよいし、熱で固定治具３１を部分的に溶融して接合する方法であってもよいし、接合剤を用いる方法であってもよい。

次に、固定治具３１および高分子アクチュエータ２０に絶縁膜４０を形成する。具体的には、固定治具３１に固定された高分子アクチュエータ２０に、例えば絶縁性粒子４０ａを含んだ溶液をスプレー塗布により成膜し、乾燥させて絶縁膜４０を形成する。この際、境界部２０ａを含む領域の高分子アクチュエータ２０、固定治具３１に絶縁膜４０を形成するが、境界部２０ａを含んだ領域であれば一部または全部に絶縁膜４０を形成してもよい。

なお、絶縁膜４０の形成方法については、特に制限はなく、スプレー塗布以外にディップ法や蒸着法などの他の方法を用いることもできるが、特にスプレー塗布による方法が好ましい。ディップ法や蒸着法などの方法であっても絶縁膜４０を形成できるものの、高分子アクチュエータ素子Ｓ１の形状や大きさにより形成条件の制約が大きい一方、スプレー塗布ではそのような制約が少なく、より簡便に絶縁膜４０を形成できるからである。

このように高分子アクチュエータ２０のうち屈曲と伸展の動作による変形量が大きい境界部２０ａを含む領域に、絶縁性粒子４０ａにより構成される絶縁膜４０を形成する。絶縁性粒子４０ａにより構成されている絶縁膜４０は、高分子アクチュエータ２０の変形に追従しやすいため、クラックが発生しにくい。このような構成とすることで、クラックを抑制しつつ、屈曲性能の高い高分子アクチュエータ素子Ｓ１とすることができる。

なお、絶縁膜４０のクラック発生を抑制することにより、導電性の異物混入などによる短絡発生が抑制され、電極取出部３０の配置を適宜調整することにより、さらに短絡発生を抑制できる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例について、図６を参照して説明する。図６では、固定治具３１の端部のうち高分子アクチュエータ２０側であって、高分子アクチュエータ２０が屈曲した際に高分子アクチュエータ２０と接触しうる部分が面取りされている例を示している。固定治具３１をこのような形状とすることで、高分子アクチュエータ２０の動作を安定させることができる。

具体的には、電極取出部３０の配置の説明と同様に、高分子アクチュエータ２０が屈曲する際に固定治具３１に接触すると、固定治具３１が高分子アクチュエータ２０の第１電極層１１または第２電極層１２に食い込む形となる。このような場合に、固定治具３１の端部の先端が尖った角の形状であるとき、第１電極層１１または第２電極層１２に負荷がかかりやすく、クラック等の不具合が生じやすくなる。そこで、固定治具３１の端部のうち高分子アクチュエータ２０と接触しうる部分を面取りすることで、第１電極層１１および第２電極層１２の負荷を低減して不具合発生を抑制し、高分子アクチュエータ２０の動作を安定化できる。

なお、ここでいう面取りとは、図６に示すように固定治具３１の端部に曲面を形成するＲ加工だけでなく、固定治具３１の端部が尖った形状とならないように加工することを指す。例えば固定治具３１のうち高分子アクチュエータ２０の自由端部２０ｃ側の端部の角の尖った部分を切り落としてテーパ面を形成するような加工をしてもよい。このように、固定治具３１の端部が尖った形状とならないのであれば、他の面取り加工をしてもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態の風量制御装置Ｓ２について、図７を参照して述べる。図７では、図７における上下方向として、風量制御装置Ｓ２を構成する下部固定治具３１ｂのうち高分子アクチュエータ２０により隠されている部分を破線で示している。

本実施形態の風量制御装置Ｓ２は、第１実施形態の高分子アクチュエータ素子Ｓ１を駆動部とし、例えば自動車等の車両に設けられる小型エアコンにおいて風の流路に設置され、風量制御部として適用されるものである。具体的には、風量制御装置Ｓ２を駆動させていないときには、図７のように風の流路を遮断するように高分子アクチュエータ素子Ｓ１が風の流路を塞いでいる。一方、風量制御装置Ｓ２を駆動させたときには、高分子アクチュエータ素子Ｓ１が屈曲することで、風が流動できる隙間が形成される。つまり、高分子アクチュエータ素子Ｓ１を駆動させた際の変形量を制御することで風が流動できる隙間を制御でき、当該隙間を通過する風量を制御できる風量制御部となる。なお、風は、図７の紙面の裏側から風量制御装置Ｓ２を通じて流れる。

本実施形態の風量制御装置Ｓ２は、第１実施形態の高分子アクチュエータ素子Ｓ１を複数個並べて配置されて１つの装置を構成する点が該高分子アクチュエータ素子Ｓ１と相違する。本実施形態の風量制御装置Ｓ２については、この相違点を主に説明する。

本実施形態の風量制御装置Ｓ２は、１枚の平板状の高分子アクチュエータ板２１が分割され、図７では図示しない電極取出部３０および給電配線３２を備える格子形状の上部固定治具３１ａおよび下部固定治具３１ｂにより、挟まれることで構成されている。そして、高分子アクチュエータ板２１が固定治具３１ａ、３１ｂにより挟まれた後に、例えばレーザーカットなどにより後述する複数の高分子アクチュエータ２１１、２１２、２１３に分割される。このように分割された高分子アクチュエータ２１１、２１２、２１３とこれを挟む固定治具３１ａ、３１ｂとにより、高分子アクチュエータ素子Ｓ１を複数個構成することとなる。その結果、風量制御装置Ｓ２は、複数の高分子アクチュエータ素子Ｓ１が並ぶように配置されて構成されている。なお、給電配線３２は、例えば銅などの電気伝導率の高い金属材料などであり、電極取出部３０と同様にワイヤやテープ状などのものを使用してもよく、スパッタや蒸着などにより形成される薄膜としてもよい。

次に、風量制御装置Ｓ２の構成部材である固定治具３１ａ、３１ｂ、高分子アクチュエータ２０Ａ、電極取出部３０および給電配線３２について、図８、図９を参照して説明する。図９（ａ）では、上部固定治具３１ａを示し、図９（ｂ）では、下部固定治具３１ｂを示し、これらの固定治具３１a、３１ｂのうち電極取出部３０および給電配線３２については破線で示している。なお、図９では、固定治具３１ａ、３１ｂの一部を示しており、繰り返しとなる構造の部分については省略している。

上部固定治具３１ａは、図８（ａ）に示すように梯子状の枠体である。高分子アクチュエータ板２１は、図８（ｂ）に示すように、切断された結果、複数の高分子アクチュエータ２１１、２１２、２１３に分割されている。下部固定治具３１ｂは、図８（ｃ）に示すように格子状の枠体である。これらの固定治具３１ａ、３１ｂは、高分子アクチュエータ板２１の一部を挟んで固定するものである。

上部固定治具３１ａについては梯子状の格子をなしており、下部固定治具３１ｂについては網目状の格子をなしており、それぞれ縦横の格子によりなる。ここで、図８の紙面左右方向を横方向として、固定治具のなす平面上であって横方向と垂直な方向を縦方向とする。このとき、固定治具３１a、３１ｂのうち縦方向に沿って配置されている格子を縦格子、横方向に沿って配置されている格子を横格子とする。

上部固定治具３１ａは、本実施形態では、縦格子３１ａａと横格子３１ａｂにより構成された枠体である。縦格子３１ａａが横方向に沿って互いに距離を空けて複数個並んでおり、２つの横格子３１ａｂがこれら複数個の縦格子３１ａａの縦方向の両端をつなぐように設けられている。

上部固定治具３１ａには、図９（ａ）に示すように、電極取出部３０と給電配線３２が高分子アクチュエータ板２１側に設けられている。電極取出部３０については、縦格子３１ａａに沿って設けられ、給電配線３２については横格子３１ａｂに沿って設けられ、電極取出部３０に接続されている。

下部固定治具３１ｂは、本実施形態では、上部固定治具３１ａと同様に、縦格子３１ｂａと横格子３１ｂｂにより構成された枠体である。縦格子３１ｂａが横方向に沿って互いに距離を空けて複数個並んで配置されており、横格子３１ｂｂが縦格子３１ｂａのうち縦方向の両端をつなぐように２つ設けられている。また、縦方向の両端に配置された該２つの横格子３１ｂｂの間に、別の横格子３１ｂｂが複数個並んで配置され、これら全ての横格子３１ｂｂが縦方向に沿って互いに距離を空けて配置されている。さらに横格子３１ｂｂのうち縦格子３１ｂａ同士の間に、図８（ｃ）に示すように突起部３１ｂｃが複数個設けられている。この突起部３１ｂｃは、固定治具３１ａの縦格子３１ａａの間から突き出るように配置された半円形の部材である。これにより、固定治具３１ａ、３１ｂに挟まれた高分子アクチュエータ板２１は、下部固定治具３１ｂの突起部３１ｂｃにより押し上げられることとなり、複数のアーチを有する形状となる。

下部固定治具３１ｂには、図９（ｂ）に示すように、電極取出部３０と給電配線３２が高分子アクチュエータ板２１側に設けられている。電極取出部３０については、横格子３１ｂｂのうち縦方向の両端に位置する２つの横格子３１ｂｂに沿って設けられるとともに、突起部３１ｂｃのうち高分子アクチュエータ板２１と接する部分に設けられている。そして、下部固定治具３１ｂには、これらの電極取出部３０をつなぐように給電配線３２が当該２つの横格子３１ｂｂに沿って設けられている。

なお、固定治具３１ａ、３１ｂに設けられた電極取出部３０、給電配線３２については、高分子アクチュエータ板２１に給電して駆動させることができるのであれば、上記の配置のほか、他の配置とすることもできる。また、電極取出部３０と給電配線３２とが一体的に形成されたものであってもよい。

風量制御装置Ｓ２における高分子アクチュエータ板２１が、上記のように、突起部３１ｂｃにより部分的に押し上げられているため、当該押し上げられた部分については、押し上げられた方向へ弓形に曲がってアーチを描くような形状となっている。そして、高分子アクチュエータ２０が、上記の高分子アクチュエータ板２１の分割により、アーチ形状の山の頂点の部分で分断されている。その結果、高分子アクチュエータ板２１は、３種の異なる形状を有する高分子アクチュエータ２１１、２１２、２１３に分割されている。そして、風量制御装置Ｓ２は、これらの高分子アクチュエータ２１１、２１２、２１３が横方向に並んで配置されている。

高分子アクチュエータ２１１は、アーチの左半分の形状をなしており、横方向の左端に配置されている（以後、「分割アクチュエータ２１１」という。）。高分子アクチュエータ２１２は、アーチの右半分の形状をなしており、横方向の右端に配置されている（以後、「分割アクチュエータ２１２」という。）。高分子アクチュエータ２１３は、分割アクチュエータ２１１に相当するアーチの左半分の形状と、分割アクチュエータ２１２に相当するアーチの右半分の形状とが連結された形状をなしている（以後、「連結アクチュエータ２１３」という。）。また、連結アクチュエータ２１３は、分割アクチュエータ２１１に相当する部位が右半分、分割アクチュエータ２１２に相当する部位が左半分となるように連結されている。連結アクチュエータ２１３は、分割アクチュエータ２１１、２１２の間において横方向に複数個並んで配置されている。そして、風量制御装置Ｓ２は、縦方向については、同じ高分子アクチュエータ同士、すなわち分割アクチュエータ２１１同士、分割アクチュエータ２１２同士、連結アクチュエータ２１３同士が複数個並んで配置されている。

つまり、電極取出部３０および給電配線３２を備えた固定治具３１ａ、３１ｂにより挟まれた高分子アクチュエータ板２１が分割された結果、複数の高分子アクチュエータ素子Ｓ１が縦横方向に並んで配置される。このように複数の高分子アクチュエータ素子Ｓ１が並んで配置されることにより、全体として風量制御装置Ｓ２が構成されている。

次に、風量制御装置Ｓ２を構成する高分子アクチュエータ素子Ｓ１について、より詳細に図１０、図１１、図１２を参照して説明する。図１０では、図７に示した破線領域Ｒを拡大したものを示している。図１１では、図１０における一点鎖線ＸＩ−ＸＩの断面を示しており、図１２では、図１０における一点鎖線ＸＩＩ−ＸＩＩの断面を示している。

図９、図１１に示すように、例えば上部固定治具３１ａの縦格子３１ａａのうち横方向の両端に位置する縦格子３１ａａには、縦格子３１ａａに沿って連続した電極取出部３０が１つ設けられている。そして、その他の縦格子３１ａａには縦格子３１ａａに沿って連続した電極取出部３０が２つ並んで設けられている。

連結アクチュエータ２１３のうち第１電極層１１は、図１１で示すように、２つ設けられた電極取出部３０の間であらかじめ分割された分割部１１ａが設けられている。これにより、連結アクチュエータ２１３のアーチ部分の右半分および左半分を構成する領域の第１電極層１１にそれぞれ異なる電位を印加でき、連結アクチュエータ２１３のアーチ部分について左右を別個に変形させることが可能となる。なお、分割部１１ａについては、固定治具３１ａ、３１ｂに対して固定する前に、例えばトムソン刃などによる切れ込みを入れたり、レーザーで部分的にカットしたりするなどの方法など様々な方法により設けられる。ただし、連結アクチュエータ２１３をアーチ部分について左右を別個に変形させる必要がない場合には、分割部１１ａを設けなくてもよい。さらに、連結アクチュエータ２１３の左半分に相当する寸法に合わせた高分子アクチュエータ、連結アクチュエータ２１３の右半分に相当する寸法に合わせた高分子アクチュエータを別個作製し、これらを連結アクチュエータ２１３の代わりに用いてもよい。

図１１に示すように、固定治具３１ａ、３１ｂおよび分割アクチュエータ２１２、連結アクチュエータ２１３のうち境界部２０ａ付近の領域については、絶縁性粒子４０ａを含む絶縁膜４０が形成されている。さらに、絶縁膜４０は、図１１に示すように境界部２０ａ付近の領域および高分子アクチュエータ板２１が切断された端部の領域を含む領域に部分的に形成されることがより好ましい。隣り合う高分子アクチュエータ素子Ｓ１同士のうち一方の第１電極層１１と他方の第２電極層１２とが、後述する図１３のように接触することによる短絡を抑制しつつ、屈曲性能の高い高分子アクチュエータ装置Ｓ２となるからである。なお、絶縁膜４０は、高分子アクチュエータ板２１および固定治具３１ａ、３１ｂの全面に形成されていてもよい。

図１２に示すように、例えば下部固定治具３１ｂの横格子３１ｂｂのうち縦方向の両端に位置する横格子３１ｂｂに沿って連続した電極取出部３０が１つ設けられている。そして、横方向に並べられた分割アクチュエータ２１１、２１２、連結アクチュエータ２１３のうち切断された端部を含む領域に、絶縁膜４０が形成されている。

次に、図１３では、隣り合う高分子アクチュエータ素子Ｓ１同士のうちの一方の第１電極層１１と他方の第２電極層１２とが接触した短絡を示している。高分子アクチュエータ２０同士の隙間が十分にあるときにはこのような短絡は発生しないが、隙間を広げすぎると風を高分子アクチュエータ２０により完全に遮断できないため、風量を低く制御しづらい。そのため、隣り合う高分子アクチュエータ２０同士の隙間を狭くする必要がある。この際、隣り合う一方の第１電極層１１と他方の第２電極層１２が図１３のように接触して短絡するおそれがある。そこで、このような短絡を抑制するために図１１、１２に示したように、高分子アクチュエータ板２１のうち切断により生じた端部を含む領域にも絶縁膜４０を形成することが好ましい。

次に、本実施形態の風量制御装置Ｓ２の製造方法について、図１４を参照して説明する。

まず、図１４（ａ）に示すように、例えば図示しない電極取出部３０および給電配線３２を備えた固定治具３１ａ、３１ｂおよび高分子アクチュエータ板２１を用意する。また、必要に応じて、高分子アクチュエータ板２１に、例えばトムソン刃などにより切れ込みを入れて、第１電極層１１に分割部１１ａを設けてもよい。

次に、上記第１実施形態で述べたように、例えば固定治具３１を固定して挟むための第１型と第２型からなる成形型を用いた方法などにより、図１４（ｂ）に示すように高分子アクチュエータ板２１を固定治具３１ａ、３１ｂに挟んで固定する。

次に、例えばレーザーカットなどにより固定された高分子アクチュエータ板２１を任意の大きさに分割して、図１４（ｃ）に示すように複数の高分子アクチュエータ２０とする。その後、絶縁性粒子４０ａを含む絶縁材料を、例えばスプレー塗布により塗布して乾燥することにより絶縁膜４０を形成する。

このような製造方法とすることにより、高分子アクチュエータ素子Ｓ１を並べて複数配置しつつ、複数の高分子アクチュエータ素子Ｓ１および固定治具３１ａ、３１ｂにまとめて簡便な方法で風量制御装置Ｓ２を製造することができる。また、高分子アクチュエータ２０を固定治具３１ａ、３１ｂに固定した後に、絶縁膜４０を形成することにより、固定する際の位置合わせなどを考慮する必要がなくなる。そして、高分子アクチュエータ２０の変形による絶縁膜４０のクラックを抑制しつつ、屈曲性能の高い風量制御装置Ｓ２とすることができる。

また、従来の風量制御装置では、剛直な平面板をモータ等で駆動して当該平面板を開閉して通風孔の面積を制御することで風量を制御している。そのため、当該平面板の開閉動作のための空間を確保するために広くせざるを得ず、従来の風量制御装置を用いてエアコン等を小型化することが難しかった。これに対して、板の形状が直接変形する本実施形態の風量制御装置Ｓ２を用いることにより、平面板による通風孔の面積制御では必要であった開閉動作のための空間が不要となるため、エアコン等を小型化することが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態の光反射制御装置Ｓ３について、上記第１実施形態との相違点を中心に図１５〜図１８を参照して述べる。光反射制御装置Ｓ３は、後述する複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄが形成された高分子アクチュエータパネル２２を２枚重ね合わせて１枚の板状の装置とする点が第１実施形態とは異なる。本実施形態の光反射制御装置Ｓ３は、例えばヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」という。）における光反射部材などに適用されるものである。

図１６〜図１８では、図１５に示した光反射制御装置Ｓ３のうち２つの高分子アクチュエータパネル２２により構成された光を反射する光反射部５０を示している。また、図１５では、電極取出部３０、給電配線３２の構成を省略し、図１６〜図１８では、これらに加えて固定治具３１などの他の構成要素を省略している。

本実施形態の光反射制御装置Ｓ３は、図１５に示すように、光反射部５０と、光反射部５０から延設されている後述する電極引出部２２ｅと、図示しない電極取出部３０および給電配線３２を備える固定治具３１により構成されている。

光反射部５０は、図１６、図１７に示すように、複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄを備える高分子アクチュエータパネル２２を２枚用いて構成されている。そして、２枚の高分子アクチュエータパネル２２は、２枚の高分子アクチュエータパネル２２のうち一方に備えられる第１電極層１１と他方に備えられる第２電極層１２とが向かい合うように重ね合わせられることで１枚の板状とされている。

第１電極層１１は、複数本の第１電極層１１ａ〜１１ｄによって構成されている。第１電極層１１ａ〜１１ｄは、電解質層１０の一面側において形成された短冊状のものであり、複数本が所定の間隔で互いに離れて設けられることでストライプ状に配置されている。本実施形態の場合、複数本の第１電極層１１ａ〜１１ｄが所定間隔を空けて平行に配置されており、各第１電極層１１ａ〜１１ｄの幅も等しくされている。

第２電極層１２は、電解質層１０の他面側の全面に渡って形成されている。第２電極層１２については、全面に形成することでパターニングが必要なくなるため、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。また、第２電極層１２をパターニングする場合、第１電極層１１とのアライメントずれが発生し得るが、第２電極層１２を電解質層１０の他面側の全面に形成することで、アライメントずれを防止することも可能となる。

ここで、高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄは、高分子アクチュエータパネル２２のうち複数の第１電極層１１ａ〜１１ｄと第２電極層１２とが対向配置させられた部分に構成されている。具体的には、第１電極層１１ａと第２電極層１２とが対向配置された部分と、それらの間に配置された電解質層１０によって高分子アクチュエータ２２ａが構成されている。第１電極層１１ｂと第２電極層１２とが対向配置された部分と、それらの間に配置された電解質層１０によって高分子アクチュエータ２２ｂが構成されている。第１電極層１１ｃと第２電極層１２とが対向配置された部分と、それらの間に配置された電解質層１０によって高分子アクチュエータ２２ｃが構成されている。第１電極層１１ｄと第２電極層１２とが対向配置された部分と、それらの間に配置された電解質層１０によって高分子アクチュエータ２２ｄが構成されている。

本実施形態の光反射制御装置Ｓ３を構成する高分子アクチュエータパネル２２は、図１６に示すように、四角形状、より詳しくは上面形状が２組の相対する平行な二辺を有する正方形状もしくは長方形板状とされている。各高分子アクチュエータパネル２２は、相対する二組の平行な辺のうちの一組については直線状を保ちつつ、他方の組を湾曲させる機能を有している。このような高分子アクチュエータパネル２２を２枚用意しつつ、互いの湾曲する辺が直交するように重ねることで、図１７に示すように、その中心を固定点Ｏとして四隅が持ち上がるように湾曲させられ、凹面鏡が構成される。

具体的には、本実施形態の高分子アクチュエータパネル２２は、上記のように複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄを備えている。この複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄを独立して変形させることで、凹面鏡の曲率半径、すなわち湾曲度合を調整する。

本実施形態の場合、図１７に示すように、第２電極層１２側を鏡面として用いており、重ね合わせた２枚の高分子アクチュエータパネル２２のうちの少なくとも一方について、第２電極層１２を反射膜として反射率が高い金属膜によって構成している。これにより、高分子アクチュエータパネル２２が変形させられ、反射膜とされた第２電極層１２側が凹まされたときに、第２電極層１２によって凹面鏡を構成することが可能となる。また、第２電極層１２を反射膜としなくても、図１８に示すように、反射率の高い反射シート２３などを光反射部５０の凹面部に張り付けることでこれを反射膜としてもよい。

なお、図示しないが、光反射制御装置Ｓ３を備えたＨＵＤには制御部が備えられており、制御部が各高分子アクチュエータパネル２２の第１電極層１１と第２電極層１２との間の電位差を制御する電位信号を出力することで、凹面鏡の曲率調整が行われる。

また、２枚の高分子アクチュエータパネル２２のうち第１電極層１１ａ〜１１ｄが交差している部分を１画素として、各画素における第１電極層１１と第２電極層１２との間に所定の電位差を発生させることで、複数の画素をそれぞれ任意の変形量に調整できる。これにより、凹面鏡の形状を所望の任意の形状に調整することができ、凹面鏡に入射する光の反射を制御することができる。

２つの高分子アクチュエータパネル２２には、図１５に示すように、電極引出部２２ｅが延設されており、電極引出部２２ｅが図示しない電極取出部３０および給電配線３２を備える固定治具３１により固定されている。ここで、上記第１実施形態で説明したのと同様に、固定治具３１のうち光反射部５０側の端面を結ぶ平面と電極引出部が交差する部分を境界部２２ｆとする。光反射制御装置Ｓ３のうち境界部２２ｆを含む領域に、絶縁性粒子４０ａを含む絶縁膜４０が形成されている。なお、上記第１実施形態、第２実施形態と同様に、光反射制御装置Ｓ３全体に絶縁膜４０を形成してもよいが、少なくとも境界部２２ｆを含む領域に絶縁膜４０を形成すればよい。

また、次に説明するように光反射制御装置Ｓ３の製造工程の最後に絶縁膜４０を形成することが好ましいため、光反射部５０のうち２つの高分子アクチュエータパネル２２が重なり合う界面には絶縁膜４０が設けられていなくてもよい。

すなわち、あらかじめ絶縁膜４０を設けた高分子アクチュエータパネル２２を２枚重ね合わせて、光反射制御装置Ｓ３を製造した場合であっても光反射部５０を駆動できる。しかし、高分子アクチュエータパネル２２の駆動により、高分子アクチュエータパネル２２同士の界面に存在する一方に備えられた絶縁膜４０と他方に備えられた絶縁膜４０とが互いに擦り合わせられ、擦り切れるなどの損傷につながるおそれがある。そこで、このような不具合の発生を防ぐため、光反射部５０のうち２つの高分子アクチュエータパネル２２が重なり合う界面には、絶縁膜４０をあえて設けなくてもよい。

次に、本実施形態の光反射制御装置Ｓ３の製造方法について説明する。

２つの高分子アクチュエータパネル２２を用意する。これらの高分子アクチュエータパネル２２には、他方の高分子アクチュエータパネル２２と重なり合う領域からはみ出るように電極引出部２２ｅが延設されている。そして、これら２つの高分子アクチュエータパネル２２のうち一方の第１電極層１１と他方の第２電極層１２とが直交するように重ね合わせ、１枚の凹面鏡となる光反射部５０を形成する。

次に、第２実施形態の高分子アクチュエータ板２１の固定と同様の手順により、２つの電極引出部２２ｅを電極取出部３０および給電配線３２を備える固定治具３１ａ、３１ｂにより挟んで固定する。そして、第２実施形態の絶縁膜４０の形成と同様の手順により、絶縁性粒子４０ａを含む絶縁材料を例えばスプレー塗布して、固定治具３１ａ、３１ｂ、高分子アクチュエータパネル２２のうち境界部２２ｆを含む領域に絶縁膜４０を形成する。

なお、絶縁膜４０の形成については、２つの高分子アクチュエータパネル２２を固定治具３１により固定した後にスプレー塗布により行うことが好ましい。高分子アクチュエータパネル２２を固定して最終的な形にした後に絶縁膜４０を形成することにより、絶縁膜４０を考慮した位置合わせなどの余分な工程をとることなく、より簡便に、光反射部５０や境界部２２ｆの変形に追従しやすい絶縁膜４０を形成できるためである。

このようにして、直交するように重ね合わせられた２つの高分子アクチュエータパネル２２を備える光反射制御装置Ｓ３を製造できる。これにより、高分子アクチュエータパネル２２の変形による絶縁膜４０のクラックを抑制しつつ、屈曲性能の高い光反射制御装置Ｓ３となる。また、上記第１実施形態、第２実施形態と同様に、境界部２２ｆを含む領域に絶縁膜４０を形成することにより、高分子アクチュエータパネル２２と固定治具３１との間への異物混入による短絡が発生しにくい光反射制御装置Ｓ３となる。

（第３実施形態の変形例）
第３実施形態の変形例である光反射制御装置Ｓ４について、上記の第３実施形態との相違点を中心に、図１９、図２０を参照して説明する。図１９では、光反射部５０の構成については図１６で示したものと同様であり、高分子アクチュエータパネル２２やこれを構成する複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄを省略している。図２０では、図１９に示した一点鎖線ＸＸ−ＸＸにおける断面を示している。

図１９に示すように、光反射制御装置Ｓ４を構成する２つの高分子アクチュエータパネル２２のうち互いの高分子アクチュエータパネル２２が重なり合う領域からはみ出るように電極引出部２２ｇが形成されている。そして、２つの高分子アクチュエータパネル２２が直交させられている光反射部５０の外縁部を固定枠６０に取り付け、光反射部５０を凹面鏡として用いる。そして、高分子アクチュエータパネル２２を構成する複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄの変位量を調整することで、光反射部５０が構成する凹面鏡の曲率半径を制御する。

このような構成において、図１９に示すように、光反射部５０の外側まで延設され、短冊形状とされた電極引出部２２ｇは、光反射部５０を構成する高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄにそれぞれ個別に接続されている。つまり、電極引出部２２ｇについては、高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄの電解質層１０および第２電極層１２と一体的とはしていない。

具体的には、図２０に示すように、電極引出部２２ｇの間に分離溝２２ｈを形成することで固定治具３１側の電極引出部２２ｇを分割している。つまり、３次元形状を構成する光反射部５０以外の部分となる電極引出部２２ｇにおいて、複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄを分割する。これにより、複数の高分子アクチュエータ２２ａ〜２２ｄのうち隣り合う高分子アクチュエータ同士で動きの干渉や制約が加えられないようにできる。

このように光反射制御装置Ｓ３と同様、高分子アクチュエータパネル２２の変形による絶縁膜４０のクラックを抑制しつつ、屈曲性能の高い光反射制御装置Ｓ４とできる。また、少なくとも境界部２２ｆを含む領域に絶縁膜４０を形成することにより、光反射制御装置Ｓ４においても、導電性の異物混入による短絡発生を抑制できる。

（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した半導体装置は、本発明の半導体装置の一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、第１実施形態ないし第３実施形態に用いた高分子アクチュエータ２０、高分子アクチュエータ板２１、高分子アクチュエータパネル２２には、第１実施形態で説明した材料から構成された高分子アクチュエータを一例として示した。しかし、これらの高分子アクチュエータについては、イオン性液体１０ａとして不揮発性の液体を用いるものであればよく、第１実施形態に示した高分子アクチュエータの材料構成に限られず、他の公知の高分子アクチュエータを用いてもよい。

第２実施形態の風量制御装置Ｓ２については、図７では、固定治具３１ａ、３１ｂが横方向と縦方向のなす平面に沿って伸びる格子状をなしており、装置全体として平面的に伸びる構造の例を挙げた。しかし、固定治具３１ａ、３１ｂに例えば曲面など他の形状であるものを使用してもよく、平面的に伸びる固定治具３１ａ、３１ｂにより高分子アクチュエータ２０を固定した後に装置全体を曲げる加工をしてもよい。

第２実施形態の風量制御装置Ｓ２における高分子アクチュエータ板２１については、あらかじめ製造した分割アクチュエータ２１１、２１２、連結アクチュエータ２１３に相当する高分子アクチュエータを代わりに用いてもよい。また、第１実施形態で述べたように高分子アクチュエータを製造し、これを高分子アクチュエータ板２１として使用してもよいし、他の方法で製造されたものを用意して高分子アクチュエータ板２１として使用もよい。

固定治具３１は、必ずしも四角形状でなくともよく、例えば円形状や楕円形状多角形状などの他の形状とすることもできる。

１０電解質層
１１第１電極層
１２第２電極層
２０高分子アクチュエータ
３０電極取出部
３１固定治具
４０ａ絶縁性粒子
４０絶縁膜

Claims

イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、前記一面に配置された第１電極層（１１）と、前記他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）と、
前記高分子アクチュエータの端部であって、前記第１電極層と前記第２電極層とが向き合う方向に沿って設けられ、前記第１電極層の上および前記第２電極層の上にそれぞれ配置された２つの電極取出部（３０）と、
２つの前記電極取出部を介して前記高分子アクチュエータの端部を挟むように配置された固定治具（３１）と、
前記第１電極層、前記第２電極層および前記固定治具の少なくとも一部を覆うように配置された絶縁性粒子（４０ａ）のみからなる絶縁膜（４０）と、を備え、
前記固定治具は、前記電極取出部のうち前記高分子アクチュエータと反対側の面を覆っており、
前記絶縁膜は、前記高分子アクチュエータのうち前記固定治具により挟まれた部分と前記固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）として、前記第１電極層、前記第２電極層および前記固定治具のうち少なくとも前記境界部を含む領域を覆っている高分子アクチュエータ素子。
イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、前記一面に配置された第１電極層（１１）と、前記他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）と、
前記高分子アクチュエータの端部であって、前記第１電極層と前記第２電極層とが向き合う方向に沿って設けられ、前記第１電極層の上および前記第２電極層の上にそれぞれ配置された２つの電極取出部（３０）と、
２つの前記電極取出部を介して前記高分子アクチュエータの端部を挟むように配置された固定治具（３１）と、
前記第１電極層、前記第２電極層および前記固定治具の少なくとも一部を覆うように配置された絶縁性粒子（４０ａ）を含む絶縁膜（４０）と、を備え、
前記固定治具は、前記電極取出部のうち前記高分子アクチュエータと反対側の面を覆っており、
前記絶縁膜は、前記高分子アクチュエータのうち前記固定治具により挟まれた部分と前記固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）として、前記第１電極層、前記第２電極層および前記固定治具のうち少なくとも前記境界部を含む領域を覆っており、
前記電極取出部は、前記高分子アクチュエータが前記固定治具からはみ出す方向と逆方向に向かって、前記境界部から離れて配置されている高分子アクチュエータ素子。
イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、前記一面に配置された第１電極層（１１）と、前記他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）と、
前記高分子アクチュエータの端部であって、前記第１電極層と前記第２電極層とが向き合う方向に沿って設けられ、前記第１電極層の上および前記第２電極層の上にそれぞれ配置された２つの電極取出部（３０）と、
２つの前記電極取出部を介して前記高分子アクチュエータの端部を挟むように配置された固定治具（３１）と、
前記第１電極層、前記第２電極層および前記固定治具の少なくとも一部を覆うように配置された絶縁性粒子（４０ａ）を含む絶縁膜（４０）と、を備え、
前記固定治具は、前記電極取出部のうち前記高分子アクチュエータと反対側の面を覆っており、
前記絶縁膜は、前記高分子アクチュエータのうち前記固定治具により挟まれた部分と前記固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）として、前記第１電極層、前記第２電極層および前記固定治具のうち少なくとも前記境界部を含む領域を覆っており、
前記固定治具のうち前記境界部側の端部のうちの前記高分子アクチュエータ側は、曲面となっている高分子アクチュエータ素子。
前記電極取出部は、前記高分子アクチュエータが前記固定治具からはみ出す方向と逆方向に向かって、前記境界部から離れて配置されている請求項１または３に記載の高分子アクチュエータ素子。
前記固定治具のうち前記境界部側の端部のうちの前記高分子アクチュエータ側は、曲面となっている請求項１または請求項２に記載の高分子アクチュエータ素子。
請求項１ないし５のいずれか１つの高分子アクチュエータ素子と、
前記高分子アクチュエータ素子に給電するための給電配線（３２）と、を備え、
前記高分子アクチュエータ素子を駆動部として複数有し、
前記給電配線は、前記高分子アクチュエータ素子のうち前記電極取出部に接続されている高分子アクチュエータ装置。
イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、前記一面に配置された第１電極層（１１）と、前記他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）を用意することと、
電極取出部（３０）を介して固定治具（３１）により前記高分子アクチュエータを挟むことと、
前記高分子アクチュエータおよび前記固定治具に絶縁性粒子（４０ａ）のみからなる絶縁膜（４０）を形成することと、を含み、
前記絶縁膜を形成することにおいては、前記高分子アクチュエータのうち前記固定治具に挟まれた部分と前記固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）とし、前記高分子アクチュエータおよび前記固定治具のうち、少なくとも前記境界部を含む領域に前記絶縁膜を形成する高分子アクチュエータ素子の製造方法。
イオン性液体（１０ａ）とポリマー（１０ｂ）とを含み、一面と他面とが裏表の関係にある板状の電解質層（１０）と、前記一面に配置された第１電極層（１１）と、前記他面に配置された第２電極層（１２）と、を含む高分子アクチュエータ（２０）を用意することと、
前記高分子アクチュエータを複数配置することと、
電極取出部（３０）と給電配線（３２）とを介して固定治具（３１）により複数の前記高分子アクチュエータを挟むことと、
複数の前記高分子アクチュエータおよび前記固定治具に絶縁性粒子（４０ａ）のみからなる絶縁膜（４０）を形成することと、を含み、
前記絶縁膜を形成することにおいては、前記高分子アクチュエータのうち前記固定治具に挟まれた部分と前記固定治具からはみ出す部分との境界を境界部（２０ａ）とし、複数の前記高分子アクチュエータおよび前記固定治具のうち、少なくとも前記境界部を含む領域に前記絶縁膜を形成する高分子アクチュエータ装置の製造方法。