JP7579503B2 - アクチュエータおよびアクチュエータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータおよびアクチュエータの製造方法に関する。

特許５７１４２００号には、２つの電極間にポリマが挟まれたジェネレータおよびトランスデューサが開示されている。同公報で開示されるジェネレータおよびトランスデューサでは、２つの電極に電圧が印加されることによって生じる電極間の蓄積電荷のクーロン力によって、電極が引き合い、ポリマが変形し、電極間に変位を発生するとされている。

特開２０１２－１６１９５７号公報には、低耐熱性の基材上に高温処理を施したセラミック膜を転写する方法が開示されている。同公報では、例えば、支持体上にポリイミド膜を形成する。ポリイミド膜の上に金属アルコキシドや金属塩化物塩などの金属塩の溶液を塗布した後、５００℃以上に加熱し、焼成する。これによって、ポリイミド膜上に酸化チタンや酸化インジウムスズなどのセラミック膜が形成される。そして、セラミック膜がプラスチック等の低耐熱性の基材上に転写されている。

特許５７１４２００号 特開２０１２－１６１９５７号公報

特許５７１４２００号に開示された構成では、アクチュエータで得られる変位はポリマの圧縮変形を伴う。かかる変形では、アクチュエータとしてより大きな変位が得られにくい。また、用途によっては、アクチュエータは軽量化が求められる。

ところで、アクチュエータとして取り出される仕事量は、発生する力と、変位量の大きさが重要な性能となりうる。本発明者の知見では、誘電弾性体を一対の電極で挟んだアクチュエータでは、発生する力と変位量の大きさとの間には、背反する関係がある。発生する力Ｆは、Ｆ＝ＱＥ＝（ＣＶ）×（Ｖ／ｄ）で表される。ここで、Ｑ：蓄積電荷、Ｅ：電界強度、Ｃ：誘電弾性体の静電容量、ｄ：電極間距離、V：印加電圧である。つまり、電極間距離ｄは、誘電弾性体の厚さで定まる。大きな変位量を取り出すためには、誘電弾性体の厚さ（≒電極間距離ｄ）を大きくする必要がある。しかし、誘電弾性体の厚さ（≒電極間距離ｄ）を大きくすると、発生する力Ｆは小さくなる。このため、単純に誘電弾性体を一対の電極で挟んだアクチュエータでは、大きな変位量を取り出すことが難しい。また、誘電弾性体として用いられうる誘電エラストマには、高い比誘電率を示す材料が乏しく、十分な性能が得られにくい。本発明者は、かかる観点で、アクチュエータの新規構造を提案する。

ここで開示されるアクチュエータは、ベース電極と、ベース電極に対向する対向電極と、ベース電極に接続された第１端子と、対向電極に接続された第２端子とを備えている。ベース電極は、非金属基材と、非金属基材の対向電極に対向する側面に配置された導電薄膜と、導電薄膜の上に配置された絶縁層とを備えている。第１端子は、導電薄膜に接続されている。対向電極は、第１端子と第２端子に電圧が印加された際に、ベース電極と対向電極との間に作用するクーロン力によって変形可能な可撓性を有する導電体からなる。かかるアクチュエータによれば、ベース電極が非金属基材で構成されるので、軽量化が図られる。また、アクチュエータの駆動に、絶縁層の大きな圧縮変形を伴わないため、発生するクーロン力に対して、大きな変位量が得られ得る。

ベース電極は、順に向かい合うように配置された複数並べられていてもよい。対向電極は、ベース電極の間に配置されていてもよい。

また、ベース電極は、対向電極に対向する側面に凹凸形状を有する非金属基材と、凹凸形状を覆う導電薄膜と、導電薄膜を覆う絶縁層とを備えていてもよい。

絶縁層は、セラミックスの薄膜であってもよい。絶縁層は、ペロブスカイト構造を有していてもよい。絶縁層が不織布であってもよい。導電薄膜と絶縁層との間に導電ペーストまたは導電ゲルが配置されていてもよい。導電薄膜と絶縁層との間に硬化した導電材料が配置されていてもよい。導電薄膜が、金属薄膜であってもよい。対向電極は、導電材を含有したエラストマで構成されていてもよい。

アクチュエータは、導電薄膜と対向電極とに電圧を印加する電源と、導電薄膜および対向電極と電源との接続と切断とを切り替える第１スイッチと、をさらに備えていてもよい。また、アクチュエータは、第１スイッチを操作する制御装置をさらに備えていてもよい。また、アクチュエータは、電源を介在させずに、導電薄膜と対向電極とを電気的に接続する接続配線と、接続配線に設けられ、接続配線によって導電薄膜と対向電極とが電気的に接続された状態と、接続配線が切断された状態とを切り替える第２スイッチとを備えていてもよい。また、アクチュエータは、第１スイッチが接続されたときに第２スイッチが切断され、かつ、第１スイッチが切断されたときに第２スイッチが接続されるように構成された制御装置をさらに備えていてもよい。

他の形態として、アクチュエータは、導電薄膜を接地させる第１接地線と、対向電極を接地させる第２接地線と、第１接地線に設けられ、第１接地線の接続と切断を切り替える第３スイッチと、第２接地線に設けられ、第２接地線の接続と切断を切り替える第４スイッチとをさらに備えていてもよい。かかるアクチュエータは、第１スイッチが接続されたときに第３スイッチと第４スイッチとがそれぞれ切断され、かつ、第１スイッチが切断されたときに第３スイッチと第４スイッチとがそれぞれ接続されるように構成された制御装置をさらに備えていてもよい。

アクチュエータの製造方法は、予め定められた形状に成形された非金属基材を準備する工程と、非金属基材の予め定められた領域の表面に導電薄膜を配置する工程と、導電薄膜の上に絶縁層を配置する工程とを含んでいてもよい。かかるアクチュエータの製造方法によれば、アクチュエータの軽量化が図られる。

ここで、絶縁層が、セラミックスの薄膜で用意されてもよい。この場合、導電薄膜の上に絶縁層を配置する工程において、セラミックスの薄膜が導電薄膜の上に配置されてもよい。また、セラミックスの薄膜は、不織布であってもよい。導電薄膜またはセラミックスの薄膜の少なくとも一方に、導電ペーストまたは導電ゲルが塗布されてもよい。そして、当該セラミックスの薄膜が当該導電薄膜の上に配置されてもよい。さらに導電ペーストまたは導電ゲルを硬化させる工程を有していてもよい。

図１は、アクチュエータ１０の模式図である。 図２は、アクチュエータ１０の模式図である。 図３は、アクチュエータ１０を模式的に示す斜視図である。 図４は、アクチュエータ１０を模式的に示す斜視図である。 図５は、他の形態に係るアクチュエータ１０Ａを示す模式図である。 図６は、他の形態に係るアクチュエータ１０Ａを示す模式図である。 図７は、他の形態に係るアクチュエータ１０Ｂを示す模式図である。 図８は、他の形態に係るアクチュエータ１０Ｃを示す模式図である。 図９は、アクチュエータ１０の模式図である。 図１０は、アクチュエータ１０の模式図である。 図１１は、他の実施形態にかかるアクチュエータ１０Ｄを模式的に示す断面図である。 図１２は、他の実施形態にかかるアクチュエータ１０Ｄを模式的に示す断面図である。 図１３は、他の実施形態にかかるアクチュエータ１０Ｅを模式的に示す断面図である。 図１４は、他の実施形態にかかるアクチュエータ１０Ｅを模式的に示す断面図である。

以下、ここで開示されるアクチュエータの一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。

〈アクチュエータ１０〉
図１および図２は、アクチュエータ１０の模式図である。図３および図４は、アクチュエータ１０を模式的に示す斜視図である。なお、図３と図４では、それぞれ電源５０，スイッチ５２および制御装置６０などの図示が省略されている。図１および図３では、それぞれスイッチ５２がＯＦＦの状態が示されている。図２および図４では、それぞれスイッチ５２がＯＮの状態が示されている。アクチュエータ１０は、図１に示されているように、ベース電極１１と、対向電極１２とを備えている。図１および図２に示されているように、ベース電極１１に接続された第１端子３１と、対向電極１２に接続された第２端子３２とを備えている。図１および図２に示された形態では、ベース電極１１のうち少なくとも対向電極１２に対向する面は、凹凸形状を有している。さらに、ベース電極１１のうち少なくとも対向電極１２に対向する面は、絶縁層１１ｃで覆われている。対向電極１２は、ベース電極１１に対向するように配置されている。対向電極１２は、ベース電極１１と対向電極１２との間に電圧を印加した際に生じるクーロン力によって変形可能な可撓性を有する導電体からなる。図１および図２に示された形態では、対向電極１２は、可撓性を有するプレート状の導電体からなる。

〈ベース電極１１〉
ベース電極１１は、図１および図２に示されているように、非金属基材１１ａと、導電薄膜１１ｂと、絶縁層１１ｃとを備えている。

〈非金属基材１１ａ〉
非金属基材１１ａは、例えば、セラミックスやプラスチックで用意されてもよい。セラミックスで用意される場合には、焼成されたセラミックスで用意されてもよい。また、プラスチックで用意される場合には、所要の剛性を備えているとよい。ここで、非金属基材１１ａとしてセラミックスやプラスチックに用いられる材料は、ベース電極１１としての所要の機械的強度が確保される材料が選択されるとよい。かかるセラミックス材料には、例えば、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。また、非金属基材１１ａとして用いられるプラスチック材料には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられうる。また、非金属基材１１ａとして用いられるプラスチック材料は、ガラス繊維や炭素繊維などを含む繊維強化プラスチックであってもよい。

〈導電薄膜１１ｂ〉
導電薄膜１１ｂは、非金属基材１１ａの対向電極１２に対向する側面に配置されている。導電薄膜１１ｂは、例えば、導電性の良い金属材料からなる金属薄膜であるとよい。金属薄膜に用いられる材料としては、例えば、銅やアルミなどが挙げられる。また、金属薄膜には、酸化されにくい材料として、白金や金が用いられてもよい。かかる導電薄膜１１ｂとして金属薄膜は、例えば、非金属基材１１ａの対向電極１２に対向する側面にスパッタリングやＣＶＤ法（化学的気相法）などの成膜方法によって形成されているとよい。第１端子３１は、かかる導電薄膜１１ｂに電気的に導通するように接続されているとよい。なお、導電薄膜１１ｂとして、ここでは金属薄膜が例示されているが、導電薄膜１１ｂは金属薄膜に限定されない。導電薄膜１１ｂは、導電性を有するシート状の材料でもよい。導電性を有するシート状の材料からなる導電薄膜１１ｂは、後述する導電ゲルで作製されてもよい。

〈絶縁層１１ｃ〉
絶縁層１１ｃは、導電薄膜の上に配置されている。絶縁層１１ｃは、例えば、高誘電体セラミック薄膜で形成されているとよい。ベース電極１１と対向電極１２との間の絶縁性は、かかる絶縁層１１ｃによって、確実に確保されるとよく。また、絶縁層１１ｃによって、ベース電極１１に溜った電荷が確実に、維持されるとよい。このような観点において、絶縁層１１ｃには、セラミックスからなる強誘電体が用いられうる。セラミックスからなる強誘電体は、例えば、ペロブスカイト構造を有していてもよい。

ペロブスカイト構造を有する強誘電体としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３），チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３），チタン酸ジルコン鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３），チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３），チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３），チタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３）ニオブ酸カリウムナトリウム（（ＮａＫ）ＮｂＯ_３）などが挙げられる。なお、絶縁層１１ｃに用いられる材料は、ここで例示されるものに限定されない。上述のようなベース電極１１の導電薄膜１１ｂと対向電極１２との間に大きなクーロン力を得るとの観点において適当な材料が採用されうる。また、適当な添加剤を含む複合材料でもよい。例えば、チタン酸バリウムは、ＣａＺｒＯ_３やＢａＳｎＯ_３などの物質が固溶されていてもよい。

チタン酸バリウムは、比誘電率が１０００～１００００前後と高い強誘電体の代表的な材料である。チタン酸ジルコン酸鉛は比誘電率が５００～５０００であり、チタン酸ストロンチウムは比誘電率が２００～５００である。絶縁層１１ｃには、このように比誘電率が高い材料を採用することができる。なお、比誘電率を例示しているが、同じ材料でも、厚さや結晶構造や、結晶構造の緻密さや測定条件（例えば、温度）や測定装置などによって比誘電率が変動しうる。絶縁層１１ｃは、アクチュエータ１０の予め定められた使用環境に応じて所要の性能を有するものであればよい。なお、ここでは、絶縁層１１ｃに用いられる材料の好適な例として、ペロブスカイト構造を有する強誘電体を例示している。絶縁層１１ｃに用いられる材料は、特段の言及がない限りにおいて、ペロブスカイト構造を有する強誘電体に限定されない。この実施形態では、絶縁層１１ｃは、チタン酸バリウムで構成されている。ここでは、絶縁層１１ｃを例に説明されている。他の形態の絶縁層についても、ここで例示される材料が適宜に用いられる。

絶縁層１１ｃは、所要の比誘電率を有しているとよい。かかる絶縁層１１ｃによって、ベース電極１１と対向電極１２との間に電圧が印加されたときに、ベース電極１１と対向電極１２との間に所要のクーロン力が発生する。絶縁層１１ｃの比誘電率は、例えば、セラミックス、例えば、ファインセラミックスが採用されることによって、絶縁層１１ｃの比誘電率を１０００以上とすることができる。ここで例示される比誘電率の測定には、例えば、Radiant Technologies社（米国）の強誘電体測定装置であるプレシジョンＬＣＩＩが用いられうる。また、絶縁層１１ｃの比誘電率は、温度や、測定用の電流の周波数や、絶縁層を形成する材料の結晶構造などに依存する傾向がある。絶縁層１１ｃの比誘電率は、例えば、２３℃程度の常温、１００Ｈｚ～１０００Ｈｚで予め定められた周波数によって測定するとよい。絶縁層１１ｃは、アクチュエータ１０の予め定められた使用環境に応じて、所要の比誘電率を発揮するものが用いられるとよい。

ここでは、ベース電極１１は、非金属基材１１ａを基材としている。絶縁層１１ｃにセラミック薄膜が採用されている。セラミック薄膜は焼成する必要があり、その際、高温で処理される。非金属基材１１ａに、絶縁層１１ｃとしてのセラミック薄膜を焼成するのに要する所要の耐熱性能を有する材料が用いられている場合には、非金属基材１１ａの上に導電薄膜１１ｂを形成し、その上に絶縁層１１ｃとなるセラミック薄膜の素材粒子を載せて、焼成してもよい。しかし、非金属基材１１ａが所要の耐熱性を有さない場合には、かかる方法は採用できない。

非金属基材１１ａが所要の耐熱性を有さない場合には、非金属基材１１ａの上に導電薄膜１１ｂを形成する。絶縁層１１ｃは、非金属基材１１ａとは別体で形成したものを用意し、導電薄膜１１ｂの上に配置してもよい。絶縁層１１ｃとなるセラミック薄膜を別体で用意する方法としては、特開２０１２－１６１９５７号公報で開示されるように、低耐熱性基材の上に高温処理を施したセラミック膜を転写する方法が採用されうる。例えば、支持体上にポリイミド膜を形成する。ポリイミド膜の上に、強誘電体として代表的なチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）の金属塩のゲル溶液を用意し、支持体の上に形成されたポリイミド膜に塗布する。その後、５００℃以上に加熱し、焼成する。これによって、ポリイミド膜の上にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）のセラミック膜が形成される。そして、かかるチタン酸バリウムのセラミック膜が、非金属基材１１ａの上に形成された導電薄膜１１ｂの上に転写されるとよい。ここで、チタン酸バリウムの焼成温度は、大凡５５０℃である。チタン酸バリウムのセラミック膜を作製する際に用いられるポリイミドは、チタン酸バリウムの焼成温度に対する所要の耐熱性を有しているとよい。チタン酸バリウムのセラミック膜を作製する際に用いられるポリイミドは、例えば、大凡６００℃程度の耐熱性を有しているとよい。

かかる絶縁層１１ｃは、所要の緻密さを有するとよく、また、薄ければ薄いほど、ベース電極１１の導電薄膜１１ｂと、対向電極１２との電極間距離が近くなる。絶縁層１１ｃが薄ければ薄いほど、ベース電極１１と対向電極１２とに電圧が印加された際に高いクーロン力が生じる。また、絶縁層１１ｃは、ベース電極１１と対向電極１２とに電圧が印加された際に、ベース電極１１に溜った電荷の漏れが小さいほどよい。ベース電極１１と対向電極１２との間に大きなクーロン力を得るとの観点において、絶縁層１１ｃは、リーク電流（換言すれば、電荷の漏れ）が少なく、絶縁破壊強度が高く、かつ、ベース電極１１の導電薄膜１１ｂを薄く覆っているとよい。かかる観点において、絶縁層１１ｃは、例えば、ポリイミド膜のような耐熱性を有する膜の上にセラミックスの薄膜として形成され、焼成された後で、導電薄膜１１ｂの上に転写されるものでもよい。なお、絶縁層１１ｃの形成方法は、上述した方法に限定されない。絶縁層１１ｃの形成方法には、絶縁層１１ｃに用いられる材料に応じ、リーク電流（換言すれば、電荷の漏れ）が少なく、かつ、絶縁破壊強度が高くなるように適当な薄膜形成方法が適宜に採用されうる。

〈対向電極１２〉
対向電極１２は、ベース電極１１に対向し、かつ、柔軟な（可撓性を有する）導電体からなる。詳しくは、この実施形態では、対向電極１２は、図１に示されているように、絶縁層１１ｃが介在した状態でベース電極１１に対向している。図２に示されているように、ベース電極１１と対向電極１２との間に電圧が印加されている状態では、ベース電極１１との間に作用するクーロン力によって、対向電極１２は、ベース電極１１にくっつくように変形する。図１に示されているように、ベース電極１１と対向電極１２との間に電圧が印加されていない状態では、クーロン力が作用しない。このため、対向電極１２は、形状が戻る。対向電極１２は、クーロン力が作用しない状態において、形状が戻るように所要の弾性力を備えているとよい。

かかる観点で、対向電極１２は、例えば、導電ゴムや導電ゲルなどで形成されうる。この実施形態では、対向電極１２には、導電ゴムが採用されている。対向電極１２に採用される導電ゴムは、導電材を混ぜ合わせて成形したエラストマであるとよい。ここで導電材には、カーボンブラックやアセチレンブラックやカーボンナノチューブの微粉末や、銀や銅の金属微粉末、シリカやアルミナなど絶縁体にスパッタなどで金属をコートしたコアシェル構造の導電体微粉末が挙げられる。導電ゲルとしては、例えば、３次元ポリマーマトリックスの中に、水や保湿剤などの溶媒、電解質、添加剤などを保持させた機能性ゲル材料が採用されうる。このようなゲル材料には、例えば、積水化成品工業株式会社のテクノゲル（登録商標）が採用されうる。

また、対向電極１２は、ベース電極１１に沿って弾性変形しうる板ばねで構成されていてもよい。例えば、シート状の薄い板ばねでもよい。この場合、対向電極１２は、金属で構成されていてもよい。このように、対向電極１２は、適度な可撓性を有する部材が採用されてもよい。また、対向電極１２は、粘弾性体や弾塑性体でもよい。この場合、対向電極１２は、例えば、弾性域とみなせる範囲で使用されればよい。ここでは、対向電極１２を例に説明されている。他の形態の対向電極についても、ここで例示される材料が適宜に用いられる。

このようにアクチュエータ１０のベース電極１１は、非金属基材１１ａと、非金属基材１１ａの対向電極１２に対向する側面に配置された導電薄膜１１ｂと、導電薄膜１１ｂの上に配置された絶縁層１１ｃとを備えている。このアクチュエータ１０では、ベース電極１１の基材が、非金属材料で構成されている。このため、基材全体が金属で構成されている場合に比べて、ベース電極１１が軽量に作製される。電源５０に接続された第１端子３１は、ベース電極１１の導電薄膜１１ｂに接続されている。第２端子３２は、対向電極１２に接続されている。第１端子３１と第２端子３２とは、配線５１を通じて電源５０に接続されている。配線５１には、スイッチ５２が設けられている。スイッチ５２には、例えば、スイッチング素子が用いられる。

スイッチ５２がＯＦＦの状態の状態では、図１および図３に示されているように、対向電極１２は、ベース電極１１の対向する面に全体としてくっついていない。図２および図４に示されているように、スイッチ５２がＯＮの状態では、ベース電極１１と対向電極１２との間に作用するクーロン力によって、対向電極１２は、ベース電極１１に引きつけられ、ベース電極１１の対向する面に合せて変形するとともに、ベース電極１１にくっつく。スイッチ５２がＯＦＦの状態では、クーロン力がなくなり、対向電極１２の形状が戻り、対向電極１２はベース電極１１から離れる。このように、図１および図２に示されたアクチュエータ１０では、スイッチ５２がＯＮの状態と、スイッチ５２がＯＦＦの状態とで、対向電極１２が変形し、これに応じて駆動する。スイッチ５２のＯＮ、ＯＦＦは、制御装置６０によって切り替えられるとよい。

かかるアクチュエータ１０によれば、第１端子３１と第２端子３２に電圧が印加された際に、ベース電極１１と対向電極１２との間に作用するクーロン力によって、対向電極１２が変形する。アクチュエータ１０は、対向電極１２の変形に伴い駆動する。アクチュエータ１０の駆動に、絶縁層１１ｃの大きな圧縮変形を伴わないため、発生するクーロン力に対して、大きな変位量が得られ得る。

アクチュエータ１０の絶縁層１１ｃには、セラミックの薄膜が用いられている。金属の基材の上にセラミックの薄膜を形成する場合、焼成時の熱膨張率の差に起因して、セラミックスの薄膜に亀裂が生じる場合がある。この実施形態では、アクチュエータ１０の絶縁層１１ｃは、基材１１ａおよび導電薄膜１１ｂとは別体で作製されている。このため、絶縁層１１ｃに亀裂が生じにくい。また、基材１１ａや導電薄膜１１ｂは、絶縁層１１ｃを焼成する際の熱処理の影響を受けない。このため、基材１１ａや導電薄膜１１ｂに用いられる材料の選定に、自由度が得られる。例えば、基材１１ａには、絶縁層１１ｃの焼成温度よりも低い温度で溶融する材料、例えば、プラスチックを用いることができる。

図５および図６は、他の形態に係るアクチュエータ１０Ａを示す模式図である。図５では、アクチュエータ１０Ａのスイッチ５２がＯＦＦの状態が示されている。図６では、アクチュエータ１０Ａのスイッチ５２がＯＮの状態が示されている。アクチュエータ１０Ａでは、図５および図６に示されているように、複数のベース電極１１が、順に向かい合うように並べられている。複数のベース電極１１のうち隣接するベース電極１１の間に、対向電極１２がそれぞれ配置されている。この場合、ベース電極１１の基材１１ａのうち対向電極１２に対向する面は、導電薄膜１１ｂで覆われており、さらに絶縁層１１ｃで覆われているとよい。そして、複数のベース電極１１を並列に接続する第１配線３１ａを有していてもよい。また、複数の対向電極１２を並列に接続する第２配線３２ａを有していてもよい。

図６に示されているように、スイッチ５２がＯＮの状態でベース電極１１と対向電極１２との間に電圧が印加されている状態では、ベース電極１１との間に作用するクーロン力によって、対向電極１２は、ベース電極１１にくっつくように変形する。図５に示されているように、スイッチ５２がＯＦＦの状態でベース電極１１と対向電極１２との間に電圧が印加されていない状態では、クーロン力が作用しない。このため、対向電極１２は、形状が戻り、ベース電極１１の間隔が広がる。

この実施形態では、ベース電極１１の非金属基材１１ａは、対向電極１２に対向する側面に、それぞれ凹凸形状を有している。導電薄膜１１ｂは、非金属基材１１ａの凹凸形状を覆っている。絶縁層１１ｃは、さらに導電薄膜１１ｂを覆っている。対向電極１２は、スイッチ５２がＯＮの状態でベース電極１１の凹凸形状に沿って変形し、ベース電極１１にくっつく。ここで、向かい合うベース電極１１の凹凸形状は互いに嵌まり合う形状を有している。このため、スイッチ５２がＯＮの状態でベース電極１１の凹凸形状に沿って対向電極１２が変形し、ベース電極１１にくっつくと、向かい合うベース電極１１の凹凸形状が嵌まり合い、ベース電極１１の間隔が狭くなる。また、スイッチ５２がＯＦＦの状態でベース電極１１と対向電極１２との間に電圧が印加されていない状態では、クーロン力が作用しない。このため、対向電極１２は、形状が戻り、向かい合うベース電極１１の間隔が広がる。ここで向かい合うベース電極１１の変位がアクチュエータ１０の変位量として得られる。

図７は、他の形態に係るアクチュエータ１０Ｂを示す模式図である。図８は、他の形態に係るアクチュエータ１０Ｃを示す模式図である。図７に示されているように、対向電極１２は、波板形状でもよい。また、図８に示されているように、アクチュエータ１０Ｃの対向電極１２は、板ばねでもよい。これらの場合、図７および図８に示されているように、ベース電極１１は、対向電極１２に対向する面が平坦であってもよい。このように、ベース電極１１や対向電極１２の形状は種々変更されうる。

例えば、対向電極１２が、波板形状である場合には、図７に示されているように、この際、スイッチ５２がＯＦＦになると、クーロン力がなくなり、対向電極１２の形状が波板形状に復元する。対向電極１２の形状が復元することによって、一対のベース電極１１の間隔が広げられる。スイッチ５２がＯＮになると、図示は省略するが、ベース電極１１と対向電極１２との間にクーロン力が作用する。このとき、対向電極１２が変形し、対向電極１２がベース電極１１にくっつく。このため、ベース電極１１の間隔が狭くなる。

また、図８に示されているように、対向電極１２は、板ばねでもよい。この場合、対向電極１２は、図８に示されているように、跳ね上がる部位１２ａを有していてもよい。跳ね上がる部位１２ａは、スリット１２ｂによって、対向電極１２において切り離されており、スリット１２ｂによって形成された穴１２ｃに収まりうる。この場合、スイッチ５２がＯＦＦになると、クーロン力がなくなり、対向電極１２の形状が復元し、跳ね上がる部位１２ａによって、対向電極１２を挟むベース電極１１の間隔が広がる。これに対して、スイッチ５２がＯＮになると、図示は省略するが、ベース電極１１と対向電極１２との間にクーロン力が作用する。このとき、対向電極１２が変形し、対向電極１２がベース電極１１にくっつく。このため、ベース電極１１の間隔が狭くなる。このとき、跳ね上がる部位１２ａは、スリット１２ｂによって形成された穴１２ｃに収まる。かかる対向電極１２の変形によって、対向電極１２を挟むベース電極１１の間隔が狭くなる。また、スイッチ５２がＯＦＦになると、クーロン力がなくなり、対向電極１２が復元する。対向電極１２が復元すると、図８に示されているように、跳ね上がる部位１２ａが跳ね上がり、対向電極１２を挟むベース電極１１の間隔が広くなる。

このように、対向電極１２およびベース電極１１の形状は、種々変更されうる。何れの場合も、アクチュエータ１０は、ベース電極１１間の距離の変化を変位量として出力することができる。アクチュエータ１０は、絶縁層１１ｃの圧縮変形による制限を受けにくく大きな変位量が得られ得る。この場合も、ベース電極１１は、非金属基材１１ａと、非金属基材１１ａの対向電極１２に対向する側面に配置された導電薄膜１１ｂと、導電薄膜１１ｂの上に配置された絶縁層１１ｃとを備えているとよい。

次に、ベース電極１１の構造について、他の形態をさらに説明する。

ここで、図９および図１０は、アクチュエータ１０の模式図である。図９および図１０では、アクチュエータ１０は、より単純化されて図示されている。図９では、アクチュエータ１０Ａのスイッチ５２がＯＦＦの状態が示されている。図１０では、アクチュエータ１０Ａのスイッチ５２がＯＮの状態が示されている。なお、図９および図１０は、アクチュエータ１０の模式図であり、実際のアクチュエータを必ずしも示していない。以下、図９および図１０を参照しつつ、特に、アクチュエータ１０のベース電極１１の他の形態を説明する。

例えば、アクチュエータ１０のベース電極１１の基材１１ａには、金属で導通性を有する材料が用いられてもよい。この場合、導電薄膜１１ｂが設けられず、基材１１ａの上に絶縁層１１ｃが配置されてもよい。しかし、このような金属の基材１１ａの上で、絶縁層１１ｃとなるセラミックスの薄膜を焼成すると、絶縁層１１ｃに亀裂が生じる場合がある。基材１１ａに用いられた金属と、絶縁層１１ｃに用いられたセラミックスとの熱膨張率の大きな違いがある。例えば、チタン酸バリウムの熱膨張率は、大凡５×１０^－６／Ｋである。銅の熱膨張率は、大凡１６．８×１０^－６／Ｋである。アルミニウムの熱膨張率は、大凡２３×１０^－６／Ｋである。ステンレス（ＳＵＳ４１０）の熱膨張率は、大凡１０．４×１０^－６／Ｋである。ここで挙げる熱膨張率は、線熱膨張率である。金属からなる基材１１ａとセラミックスからなる絶縁層１１ｃとでは、熱膨張率が大きく異なる。かかる熱膨張率の違いにより、熱膨張率が小さく薄膜で形成されたセラミックスの薄膜からなる絶縁層１１ｃは、焼成時に、金属の基材１１ａの膨張に追従できない。このため、セラミックスの薄膜からなる絶縁層１１ｃに亀裂が生じる場合がある。

このような亀裂を抑制するため、ベース電極１１の基材１１ａは、例えば、絶縁層１１ｃに用いられるセラミックスと同程度の熱膨張率を有する材料が用いられていてもよい。例えば、ベース電極１１の基材１１ａは、焼成前のセラミックスの原料粉末を成形した成形体で用意されてもよい。その上に、導電薄膜１１ｂとしての金属薄膜が成膜される。次に、導電薄膜１１ｂとしての金属薄膜の上に、絶縁層１１ｃとなる高誘電体セラミックスの粉末が所定の厚さで敷き詰められる。絶縁層１１ｃとなる高誘電体セラミックスは、ゲル形態で所定の厚さで、導電薄膜１１ｂとしての金属薄膜の上に塗布されてもよい。ここで基材１１ａと絶縁層１１ｃとには、同程度の熱膨張率の材料が用いられていてもよい。基材１１ａと絶縁層１１ｃとが、同程度の熱膨張率の材料が用いられていると、絶縁層１１ｃが焼成される際に、焼成にされる際の熱処理に起因して絶縁層１１ｃに亀裂が生じにくくなる。

例えば、絶縁層１１ｃにチタン酸バリウムに用いられる場合には、基材１１ａには、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などが用いられるとよい。ここで、チタン酸バリウムの熱膨張率は、大凡５×１０^－６／Ｋである。シリコン（Ｓｉ）の熱膨張率は、大凡３．９×１０^－６／Ｋである。炭化ケイ素（ＳｉＣ）の熱膨張率は、大凡４．４×１０^－６／Ｋである。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱膨張率は、大凡４．６×１０^－６／Ｋである。これらは、基材１１ａに金属が用いられる場合に比べて、チタン酸バリウムとの熱膨張率の差が小さく抑えられる。このように、絶縁層１１ｃにチタン酸バリウムに用いられる場合には、基材１１ａには、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などが選定されてもよい。このように、絶縁層１１ｃにチタン酸バリウムに用いられる場合には、基材１１ａには、好ましくは３×１０^－６／Ｋ以上、より好ましくは３．５×１０^－６／Ｋ以上、また、好ましくは７×１０^－６／Ｋ以下、より好ましくは６．５×１０^－６／Ｋ以下の線熱膨張率を有する材料が選定されるとよい。

このように基材１１ａには、セラミックス材料が用いられていてもよい。この場合、絶縁層１１ｃに用いられるセラミックス材料と、熱膨張率の差が小さければ小さいほどよい。また、基材１１ａの上に配置される導電薄膜１１ｂとしては、金属薄膜が採用されているとよい。特に、焼成の際の熱処理において酸化されにくい材料が選定されるとよい。かかる観点において、導電薄膜１１ｂには、白金や金が用いられるとよい。白金や金は、酸化されにくいので、焼成の際に、絶縁層１１ｃとして用いられるチタン酸バリウムから酸素原子を奪いにくい。このため、焼成の際に、チタン酸バリウムの結晶構造を劣化させにくい。

本発明者の知見では、例えば、シリコン（Ｓｉ）の基材の上に導電薄膜として白金の薄膜を１５０ｎｍ～２００ｎｍの厚さで成膜する。次に、チタン酸バリウムの絶縁層を１５０ｎｍ～２００ｎｍの厚さで成膜し、焼成したところ、チタン酸バリウムからなる絶縁層には亀裂や剥離などが確認されなかった。かかる構造をアクチュエータ１０のベース電極１１に適用するとよい。

また、絶縁層１１ｃは、セラミックスの不織布で用意され、焼成されてもよい。例えば、絶縁層１１ｃとなるセラミックスの薄膜は、金属基材１１ａの上に形成されてもよい。つまり、導電薄膜１１ｂを配置せず、金属基材１１ａの上に、不織布の形態で用意されたセラミックスの不織布を絶縁層１１ｃとして配置して、焼成してもよい。この場合、不織布の形態で用意されているので、繊維形態であり、多少動くことができる。このため、焼成にされる際の熱処理に起因して絶縁層１１ｃに亀裂が生じにくい。なお、セラミックスの不織布は、絶縁層１１ｃとして、所要の緻密さを有するとよく、また、薄ければ薄いほどよい。かかるセラミックスの不織布を得る方法として、電解紡糸法が挙げられる。電解紡糸法によれば、細いセラミックス素材の繊維によって構成された薄く緻密な不織布のシートが得られる。

さらにベース電極１１の他の形態として、絶縁層１１ｃとなるセラミックスの薄膜は、基材１１ａや導電薄膜１１ｂとは別体で作製され、かつ、焼成され、基材１１ａや導電薄膜１１ｂの上に配置されてもよい。この場合、絶縁層１１ｃが、基材１１ａや導電薄膜１１ｂとは別体で作製されるので、絶縁層１１ｃを焼成する際の熱処理において、絶縁層１１ｃに亀裂が生じにくい。例えば、絶縁層１１ｃとなるセラミックスの薄膜は、焼成された後、金属基材１１ａの上に配置されてもよい。つまり、導電薄膜１１ｂを配置せず、金属基材１１ａの上に、焼成されたセラミックスの薄膜を絶縁層１１ｃとして配置してもよい。

また、絶縁層１１ｃとなるセラミックスの薄膜は、基材１１ａや導電薄膜１１ｂとは別体で作製されることによって、基材１１ａには、プラスチックのような非金属基材１１ａが用いられうる。この場合、同形状であれば、基材１１ａに金属材料が用いられる場合に比べて軽量化が図られる。この場合、ベース電極１１の絶縁層１１ｃは、焼成されたセラミックスの不織布で構成されていてもよい。

セラミックスの不織布は、例えば、チタン酸バリウムの焼成温度に対する所要の耐熱性を有するポリイミドの上に作製されるとよい。そして、ポリイミドの上にセラミックスの不織布を作製し、そのままポリイミドの上で焼成するとよい。また、セラミックスの不織布が作製されるポリイミドの形状は、絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂの形状に、予め合わせられているとよい。これによって、絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂの形状に合った、セラミックスの不織布が焼成された状態で得られる。

このように焼成されたセラミックスの薄膜を絶縁層１１ｃは、基材１１ａや導電薄膜１１ｂとは別体で設けられてもよい。焼成されたセラミックスの薄膜は、絶縁層１１ｃとして、基材１１ａや導電薄膜１１ｂの上に配置される。この際、基材１１ａや導電薄膜１１ｂと、絶縁層１１ｃとしての焼成されたセラミックスの薄膜との間に、微細な隙間が生じる。隙間は、セラミックスの薄膜が、不織布の形態であるか否かにかかわらず生じうる。かかる隙間には空気が入り込むので、基材１１ａや導電薄膜１１ｂと対向電極１２との間の比誘電率を低下させる。

そこで、絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂと、絶縁層１１ｃとの間に、導電性を有するペーストやゲルが配置されてもよい。この場合、絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂと、絶縁層１１ｃとの隙間は、導電性を有するペーストやゲルによって埋められる。このため、当該隙間に空気が入り込まない。このため、ベース電極１１と対向電極１２との間の比誘電率が著しく低下することが防止され、アクチュエータ１０に安定した性能が得られ得る。

導電性を有するペーストやゲルは、絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂと、絶縁層１１ｃとの隙間を埋めることができる形態であるとよい。導電材には、カーボンブラックやアセチレンブラックやカーボンナノチューブの微粉末や、銀や銅の金属微粉末、シリカやアルミナなど絶縁体にスパッタなどで金属をコートしたコアシェル構造の導電体微粉末が挙げられる。導電性ペーストは導電材料の粒子をポリマ等のバインダー樹脂の溶液に分散させて用意されるとよい。ペースト溶媒には、所要の粘性を有する適当な溶媒が採用されうる。導電ゲルとしては、例えば、３次元ポリマーマトリックスの中に、水や保湿剤などの溶媒、電解質、添加剤などを保持させた機能性ゲル材料が採用されうる。このようなゲル材料には、例えば、積水化成品工業株式会社のテクノゲル（登録商標）が採用されうる。

なお、導電性を有するペーストやゲルは、絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂの上に予め定められた厚さで塗られるとよい。そして、焼成されたセラミックスの薄膜からなる絶縁層１１ｃがかかる導電性を有するペーストやゲルの上に転写されるとよい。絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂと、絶縁層１１ｃとの隙間を埋めた状態で硬化させてもよい。つまり、基材１１ａや導電薄膜１１ｂと絶縁層１１ｃとの間に、硬化した導電材料が配置されていてもよい。ここで、絶縁層１１ｃとして用いられる焼成されたセラミックスの薄膜は、上述したようにポリイミドの膜の上に成形されてもよい。これにより、絶縁層１１ｃが配置される基材１１ａや導電薄膜１１ｂと、絶縁層１１ｃとの間に空気が入り込みにくくなり、ベース電極１１と対向電極１２との間の比誘電率が著しく低下することが防止され、アクチュエータ１０に安定した性能が得られ得る。

また、ここで提案されるアクチュエータ１０の製造方法では、例えば、上述のように予め定められた形状に成形された非金属基材１１ａを準備する工程と、非金属基材１１ａの予め定められた領域の表面に導電薄膜１１ｂを配置する工程と、導電薄膜１１ｂの上に絶縁層１１ｃを配置する工程とが含まれている（図９参照）。

絶縁層１１ｃは、セラミックスの薄膜で用意されてもよい。この場合、導電薄膜１１ｂの上に絶縁層１１ｃを配置する工程において、セラミックスの薄膜が導電薄膜１１ｂの上に配置されてもよい。また、絶縁層１１ｃを構成するセラミックスの薄膜は、不織布であってもよい。また、導電薄膜１１ｂまたは絶縁層１１ｃを構成するセラミックスの薄膜の少なくとも一方に、導電ペーストまたは導電ゲルが塗布された状態で、導電薄膜１１ｂの上にセラミックスの薄膜が配置されてもよい。そして、かかる導電ペーストまたは導電ゲルを硬化させる工程を有していてもよい。なお、セラミックスの薄膜が、不織布の形態である場合には、導電ペーストまたは導電ゲルは、対向電極１２に導通しない程度に薄く塗られているとよい。また、導電ペーストまたは導電ゲルは、不織布の形態のセラミックスの薄膜に含浸し過ぎない程度に、所要の粘性を備えているとよい。

ところで、ここで開示されたアクチュエータは、上述したように、スイッチ５２がＯＮの状態では、絶縁層１１ｃを介して、ベース電極１１の導電薄膜１１ｂと対向電極１２との間にクーロン力が作用する。かかるクーロン力によって、対向電極１２は、ベース電極１１の導電薄膜１１ｂに引きつけられ、ベース電極１１に合せて変形するとともに、ベース電極１１にくっつく（図２参照）。スイッチ５２がＯＦＦの状態で、クーロン力がなくなると、対向電極１２の形状が戻り、対向電極１２はベース電極１１から離れる（図１参照）。スイッチ５２がＯＮの状態からＯＦＦの状態になったときに、速やかにクーロン力がなくなると、対向電極１２の形状が速やかに戻り、対向電極１２はベース電極１１から速やかに離れるようになり、応答速度が向上する。

〈アクチュエータ１０Ｄ〉
応答速度を向上させるとの観点では、スイッチ５２がＯＮの状態からＯＦＦの状態になったときに、速やかにクーロン力がなくなることが望ましい。なお、ここでは、図１および図２に示された形態を例にしてさらなる変形例を説明する。かかる変形例で示されたアクチュエータの形態は、図１および図２で示された形態に限定されず、種々の形態に適用されうる。図１１および図１２は、他の実施形態にかかるアクチュエータ１０Ｄを模式的に示す断面図である。図１１および図１２に示されたアクチュエータ１０Ｄにおいて、図１に示されたアクチュエータ１０と同一の作用を奏する部材・部位には同じ符号が付されており、適宜に重複する説明は省略する。図１１は、アクチュエータ１０Ｄの第１スイッチ５２がＯＮの状態、換言すると、ベース電極１１と対向電極１２とがくっついた状態が示されている。図１２は、アクチュエータ１０Ｄの第１スイッチ５２がＯＦＦの状態、換言すると、ベース電極１１と対向電極１２とが離れた状態が示されている。

図１１および図１２に示されたアクチュエータ１０Ｄは、ベース電極１１と、対向電極１２と、電源５０と、第１スイッチ５２と、接続配線５５と、第２スイッチ５６と、第１制御装置６０と、第２制御装置６２とを備えている。

電源５０は、ベース電極１１の導電薄膜１１ｂと対向電極１２とに電圧を印加する装置である。第１スイッチ５２は、導電薄膜１１ｂおよび対向電極１２と、電源５０との接続と切断とを切り替えるスイッチである。この実施形態では、電源５０と第１スイッチ５２とは、それぞれ配線５１に設けられている。配線５１は、ベース電極１１の導電薄膜１１ｂに接続された第１端子３１と、対向電極１２に接続された第２端子３２とを電源５０に接続するための配線である。第１制御装置６０は、第１スイッチ５２の接続と切断とを操作する制御装置である。

接続配線５５は、電源５０を介在させずに、ベース電極１１と対向電極１２とを電気的に接続する配線である。この実施形態では、接続配線５５は、図１１および図１２に示されているように、導電薄膜１１ｂに接続された第１端子３１と、対向電極１２に接続された第２端子３２とを電源５０に接続する配線５１に対して、電源５０をバイパスするように設けられている。なお、接続配線５５は、配線５１とは別に、導電薄膜１１ｂに接続された第１端子３１と、対向電極１２に接続された第２端子３２とを接続するように設けられていてもよい。また、接続配線５５は、第１端子３１と第２端子３２とのうち、何れか一方、または、両方を介さずに、導電薄膜１１ｂと対向電極１２とを接続するように設けられていてもよい。

第２スイッチ５６は、接続配線５５に設けられている。第２スイッチ５６は、接続配線５５によって導電薄膜１１ｂと対向電極１２とが電気的に接続された状態と、接続配線５５が切断された状態とを切り替えるスイッチである。第２制御装置６２は、第２スイッチ５６の接続と切断とを操作する制御装置である。

第１制御装置６０と第２制御装置６２とは、図１１に示されているように、第１スイッチ５２が接続されたときに第２スイッチ５６が切断されるように構成されているとよい。さらに、第１制御装置６０と第２制御装置６２とは、図１２に示されているように、第１スイッチ５２が切断されたときに第２スイッチ５６が接続されるように構成されているとよい。

このアクチュエータ１０Ｄは、第１スイッチ５２が接続されると、導電薄膜１１ｂおよび対向電極１２に電圧が印加され、ベース電極１１と対向電極１２とがくっつく。第１スイッチ５２が切断されると、導電薄膜１１ｂおよび対向電極１２に印加されていた電圧がなくなり、さらにクーロン力が解消されるとベース電極１１と対向電極１２とが離れる。

かかるアクチュエータ１０Ｄで第１スイッチ５２がＯＮの状態では、図１１に示されているように、導電薄膜１１ｂと対向電極１２とがそれぞれ帯電しており、導電薄膜１１ｂと対向電極１２とにクーロン力を生じている。そして、第１スイッチ５２が接続された状態（ＯＮの状態）から切断された状態（ＯＦＦの状態）になったときに、図１２に示されているように、第２スイッチ５６が接続されて導電薄膜１１ｂと対向電極１２とが電気的に接続されるとよい。導電薄膜１１ｂと対向電極１２とが電気的に接続されると、導電薄膜１１ｂの帯電と対向電極１２の帯電とがそれぞれ速やかに解消される。このため、導電薄膜１１ｂと対向電極１２との間に作用するクーロン力が速やかに解消され、対向電極１２の形状が速やかに戻り、対向電極１２がベース電極１１から速やかに離れる。このように、第２スイッチ５６が設けられていることによって、第１スイッチ５２が接続された状態（ＯＮの状態）から切断された状態（ＯＦＦの状態）になったときに、ベース電極１１と対向電極１２とが離れる際の応答速度が速くなる。

アクチュエータ１０Ｄは、第１スイッチ５２が接続されたときに第２スイッチ５６が切断され、かつ、第１スイッチ５２が切断されたときに第２スイッチ５６が接続されるように構成された制御装置６０，６２を備えている。図１１および図１２に示された形態では、アクチュエータ１０Ｄは、第１制御装置６０によって第１スイッチ５２が電気的に操作されるように構成されている。また、第２制御装置６２によって第２スイッチ５６が電気的に操作されるように構成されている。このため、第１スイッチ５２と第２スイッチ５６が、電気的に素早く操作され、さらにタイミングが合わせられる。ここで、第１制御装置６０と第２制御装置６２とは、それぞれ別々の制御装置で実現されてもよいし、１つの制御装置で実現されてもよい。第１制御装置６０と第２制御装置６２とは、例えば、１つのマイコンで実現することができる。

ここで、制御装置は、このアクチュエータを含む装置の種々の電気的な処理を行う装置でありうる。制御装置は、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって具現化されうる。具体的には、制御装置の各機能は、制御装置を構成する各コンピュータの演算装置（プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）とも称される）や記憶装置（メモリーやハードディスクなど）によって処理される。例えば、制御装置の各構成は、コンピュータによって具現化されるデータを予め定められた形式で記憶するデータベース、データ構造、予め定められたプログラムに従って所定の演算処理を行う処理モジュールなどとして、または、それらの一部として具現化されうる。また、図示は省略するが、制御装置は、複数の制御装置が協働するものでもよい。例えば、制御装置は、ＬＡＮケーブルや無線回線やインターネットなどを通じて、他のコンピュータとデータ通信可能に接続されていてもよい。制御装置の処理は、このような他のコンピュータと協働で行われてもよい。例えば、制御装置に記憶される情報または一部の情報を、外部のコンピュータが記憶してもよいし、制御装置が実行する処理または処理の一部を、外部のコンピュータが実行してもよい。

〈アクチュエータ１０Ｅ〉
図１３および図１４は、他の実施形態にかかるアクチュエータ１０Ｅを模式的に示す断面図である。図１３および図１４に示されたアクチュエータ１０Ｅにおいて、図１に示されたアクチュエータ１０と同一の作用を奏する部材・部位には同じ符号が付されており、適宜に重複する説明は省略する。図１３は、アクチュエータ１０ＥのスイッチがＯＮの状態が示されている。図１４は、アクチュエータ１０ＥのスイッチがＯＦＦの状態が示されている。

図１３および図１４に示されたアクチュエータ１０Ｅは、第３制御装置６３と、第４制御装置６４と、第１接地線７１と、第２接地線７２と、第３スイッチ７３と、第４スイッチ７４とを備えている。また、アクチュエータ１０Ｅは、上述した第１スイッチ５２と、第１制御装置６０とを備えている。

第１接地線７１は、導電薄膜１１ｂを接地させる電気配線である。第３スイッチ７３は、第１接地線７１に設けられており、第１接地線７１の接続と切断とを切り替えるスイッチである。第３制御装置６３は、第３スイッチ７３を操作し、導電薄膜１１ｂの接地を制御する装置である。

第２接地線７２は、対向電極１２を接地させる電気配線である。第４スイッチ７４は、第２接地線７２に設けられており、第２接地線７２の接続と切断とを切り替えるスイッチである。第４制御装置６４は、第４スイッチ７４を操作し、対向電極１２の接地を制御する装置である。

第１制御装置６０と第３制御装置６３と第４制御装置６４とは、第１スイッチ５２が接続されたときに第３スイッチ７３と第４スイッチ７４とがそれぞれ切断されるように構成されている。さらに、第１制御装置６０と第３制御装置６３と第４制御装置６４とは、第１スイッチ５２が切断されたときに第３スイッチ７３と第４スイッチ７４とがそれぞれ接続されるように構成されている。

このアクチュエータ１０Ｅは、図１３に示されているように、第１スイッチ５２が接続されると、導電薄膜１１ｂおよび対向電極１２に電圧が印加され、ベース電極１１と対向電極１２とがくっつく。かかるアクチュエータ１０Ｅで第１スイッチ５２がＯＮの状態では、導電薄膜１１ｂと対向電極１２とがそれぞれ帯電しており、絶縁層１１ｃを介して導電薄膜１１ｂと対向電極１２とにクーロン力を生じている。第１スイッチ５２が切断されると、導電薄膜１１ｂおよび対向電極１２に印加されていた電圧がなくなり、さらにクーロン力が解消されるとベース電極１１と対向電極１２とが離れる。

アクチュエータ１０Ｅでは、第１スイッチ５２が接続された状態（ＯＮの状態）から切断された状態（ＯＦＦの状態）になったときに、図１４に示されているように、第３スイッチ７３と第４スイッチ７４が接続されて導電薄膜１１ｂと対向電極１２とがそれぞれ接地される。導電薄膜１１ｂと対向電極１２とがそれぞれ接地されると、導電薄膜１１ｂの帯電と対向電極１２の帯電とがそれぞれ速やかに解消される。このため、導電薄膜１１ｂと対向電極１２との間に作用するクーロン力が速やかに解消され、対向電極１２の形状が速やかに戻り、対向電極１２がベース電極１１から速やかに離れる。このように、第３スイッチ７３と第４スイッチ７４が設けられていることによって、第１スイッチ５２が接続された状態（ＯＮの状態）から切断された状態（ＯＦＦの状態）になったときに、ベース電極１１と対向電極１２とが離れる際の応答速度が速くなる。

このようにアクチュエータ１０Ｅは、第１スイッチ５２が接続されたときに第３スイッチ７３と第４スイッチ７４とがそれぞれ切断され、かつ、第１スイッチ５２が切断されたときに第３スイッチ７３と第４スイッチ７４とがそれぞれ接続されるように構成された制御装置６０，６３，６４を備えている。図１３および図１４に示された形態では、アクチュエータ１０Ｅは、第１制御装置６０によって第１スイッチ５２が電気的に操作されるように構成されている。また、第３制御装置６３によって第３スイッチ７３が電気的に操作されるように構成されている。さらに、第４制御装置６４によって第４スイッチ７４が電気的に操作されるように構成されている。このため、第１スイッチ５２と第３スイッチ７３と第４スイッチ７４が、電気的に素早く操作され、さらに各スイッチの動作タイミングが適切に調整される。ここで、第１制御装置６０と第３制御装置６３と第４制御装置６４とは、それぞれ別々の制御装置で実現されてもよいし、１つまたは２つの制御装置で実現されてもよい。第１制御装置６０と第３制御装置６３と第４制御装置６４とは、例えば、１つまたは２つのマイコンで実現することができる。アクチュエータは、ここで例示されるように、さらに複雑な構造を備えうる。アクチュエータは、予め定められたプログラムに基づいて制御装置で操作されることによって、より複雑な動作が可能になる。

以上、ここで開示されるアクチュエータおよびアクチュエータの製造方法について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられたアクチュエータおよびアクチュエータの製造方法の実施形態などは、本発明を限定しない。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ アクチュエータ
１１ ベース電極
１１ａ 基材（金属基材、非金属基材）
１１ｂ 導電薄膜
１１ｃ 絶縁層
１２ 対向電極
１２ａ 跳ね上がる部位
１２ｂ スリット
１２ｃ 穴
３１ 第１端子
３１ａ 第１配線
３２ 第２端子
３２ａ 第２配線
５０ 電源
５１ 配線
５２ スイッチ（第１スイッチ）
５５ 接続配線
５６ 第２スイッチ
６０ 制御装置（第１制御装置）
６２ 第２制御装置
６３ 第３制御装置
６４ 第４制御装置
７１ 第１接地線
７２ 第２接地線
７３ 第３スイッチ
７４ 第４スイッチ

Claims (19)

1. ベース電極と、
   前記ベース電極に対向する対向電極と、
   前記ベース電極に接続された第１端子と、
   前記対向電極に接続された第２端子と
   を備え、
   前記ベース電極は、
   非金属基材と、
   前記非金属基材の前記対向電極に対向する側面に配置された導電薄膜と、
   前記導電薄膜の上に配置された絶縁層と
   を備え、
   前記第１端子は、前記導電薄膜に接続されており、
   前記対向電極は、
   前記第１端子と前記第２端子に電圧が印加された際に、前記ベース電極と前記対向電極との間に作用するクーロン力によって変形可能な可撓性を有する導電体からなり、
   前記ベース電極は、順に向かい合うように配置された複数並べられており、
   前記対向電極は、前記ベース電極の間に配置されており、
   前記ベース電極は、
   前記対向電極に対向する側面に凹凸形状を有する非金属基材と、
   前記凹凸形状を覆う導電薄膜と、
   前記導電薄膜を覆う絶縁層と
   を備え、
   前記ベース電極と前記対向電極との間に電圧が印加された場合には、作用するクーロン力によって、前記対向電極は、前記ベース電極に引きつけられ、前記ベース電極の対向する面に合せて変形するとともに、前記ベース電極にくっつき、
   前記ベース電極と前記対向電極との間への電圧の印加が停止された場合には、クーロン力がなくなり、前記対向電極の形状が戻り、前記対向電極は前記ベース電極から離れる、
   アクチュエータ。
2. 前記絶縁層がセラミックスの薄膜である、請求項１に記載されたアクチュエータ。
3. 前記絶縁層は、ペロブスカイト構造を有する、請求項２に記載されたアクチュエータ。
4. 前記絶縁層が不織布である、請求項１から３までの何れか一項に記載されたアクチュエータ。
5. 前記導電薄膜と前記絶縁層との間に導電ペーストまたは導電ゲルが配置された、請求項１から４までの何れか一項に記載されたアクチュエータ。
6. 前記導電薄膜と前記絶縁層との間に硬化した導電材料が配置された、請求項１から５までの何れか一項に記載されたアクチュエータ。
7. 前記導電薄膜が、金属薄膜である、請求項１から６までの何れか一項に記載されたアクチュエータ。
8. 前記対向電極は、導電材を含有したエラストマで構成されている、請求項１から７までの何れか一項に記載されたアクチュエータ。
9. 前記導電薄膜と前記対向電極とに電圧を印加する電源と、
   前記導電薄膜および前記対向電極と前記電源との接続と切断とを切り替える第１スイッチと、
   をさらに備えた、請求項１から８までの何れか一項に記載されたアクチュエータ。
10. 前記第１スイッチを操作する制御装置をさらに備えた、請求項９に記載されたアクチュエータ。
11. 前記電源を介在させずに、前記導電薄膜と前記対向電極とを電気的に接続する接続配線と、
    前記接続配線に設けられ、前記接続配線によって前記導電薄膜と前記対向電極とが電気的に接続された状態と、前記接続配線が切断された状態とを切り替える第２スイッチとを備えた、請求項９に記載されたアクチュエータ。
12. 前記第１スイッチが接続されたときに前記第２スイッチが切断され、かつ、前記第１スイッチが切断されたときに前記第２スイッチが接続されるように構成された制御装置をさらに備えた、請求項１１に記載されたアクチュエータ。
13. 前記導電薄膜を接地させる第１接地線と、
    前記対向電極を接地させる第２接地線と、
    前記第１接地線に設けられ、前記第１接地線の接続と切断を切り替える第３スイッチと、
    前記第２接地線に設けられ、前記第２接地線の接続と切断を切り替える第４スイッチと
    をさらに備えた、請求項１０に記載されたアクチュエータ。
14. 前記第１スイッチが接続されたときに前記第３スイッチと前記第４スイッチとがそれぞれ切断され、かつ、前記第１スイッチが切断されたときに前記第３スイッチと前記第４スイッチとがそれぞれ接続されるように構成された制御装置をさらに備え、請求項１３に記載されたアクチュエータ。
15. 予め定められた形状に成形された非金属基材を準備する工程と、
    前記非金属基材の予め定められた領域の表面に導電薄膜を配置する工程と、
    前記導電薄膜の上に絶縁層を配置する工程と
    を含む、アクチュエータの製造方法。
16. 前記絶縁層が、セラミックスの薄膜で用意され、
    前記導電薄膜の上に絶縁層を配置する工程において、前記セラミックスの薄膜が前記導電薄膜の上に配置される、請求項１５に記載されたアクチュエータの製造方法。
17. 前記セラミックスの薄膜が、不織布である、請求項１６に記載されたアクチュエータの製造方法。
18. 前記導電薄膜または前記セラミックスの薄膜の少なくとも一方に、導電ペーストまたは導電ゲルが塗布され、かつ、前記セラミックスの薄膜が前記導電薄膜の上に配置される、請求項１７に記載されたアクチュエータの製造方法。
19. 前記導電ペーストまたは導電ゲルを硬化させる工程を有する、請求項１８に記載されたアクチュエータの製造方法。

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