JPWO2011114965A1 - 高分子アクチュエータを用いた駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポリマーにイオン液体が含まれた高分子アクチュエータを駆動する際に、曲げ癖を防止でき、内部でのイオン液体の偏りを解消できるようにする。【解決手段】 アクチュエータ３２は、電解質層３３と第１の電極層３４と第２の電極層３５を有している。電解質層３３はポリマーとその内部に含まれたイオン液体とで構成されている。第１の電極層３４がプラス側の電圧が印加されると、破線で示す駆動状態に変形して、突出部材が駆動される。突出部材が駆動される駆動期間以外のときに、第１の電極層３４がマイナス側となる逆電圧が与えられて、アクチュエータ３２の曲げ癖などが矯正される。【選択図】図４

Description

本発明は、イオン液体を含むポリマーで形成された高分子アクチュエータの駆動装置に係り、特に、アクチュエータの一方向への曲げ癖を解消でき、またイオン液体の染み出しなどを防止できる駆動装置に関する。

高分子アクチュエータの構造の一つとして、イオン液体とポリマーを含む電解質層の両側に電極層が設けられたものが知られている。電極層の間に電圧を印加すると、ポリマー内のイオンの移動や偏りにより、２つの表面に応力差が生じて、撓み変形が発生する。

以下の特許文献１と特許文献２には、高分子アクチュエータの電極層に与えられる電圧の制御方法に関する発明が開示されている。

特許文献１に記載された発明では、高分子アクチュエータに駆動電圧を与えている駆動期間中に、高周波の反転電圧が間欠的に与えられる。これにより、陽イオンの不必要な電気分解を抑制し、耐久性を向上させようというものである。

特許文献２に記載された発明は、高分子アクチュエータを駆動する駆動期間中に、駆動電圧が間欠的に与えられる。これにより、変位の後の戻り減少を抑制するというものである。

特開２００９−７７５７８号公報 特開２００９−５４３６号公報

高分子アクチュエータの一方向の撓み変形によって、突出部材などの被駆動部材を動作させる駆動装置は、高分子アクチュエータに突出方向への変形癖が付きやすく、また撓み変形の際に凸側となる表面に、イオン液体の偏りおよび染み出しが生じやすいという問題がある。

特許文献１と特許文献２に記載の発明は、共に高分子アクチュエータを変形させる駆動期間内において、印加電圧を変化させている。このように、駆動期間内でのみ印加電圧を変化させる制御を、一方向への撓み変形によって被駆動部材を動作させる駆動装置に適用したとしても、高分子アクチュエータの駆動方向への変形の癖などを十分に解消できないおそれがある。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、高分子アクチュエータを使用した駆動装置において、駆動方向への変形癖を矯正でき、イオン液体の染み出しなどを防止しやすい駆動装置を提供することを目的としている。

本発明は、イオン液体を含むポリマーで形成されて第１の表面と第２の表面に電極層が設けられた高分子アクチュエータを有し、前記高分子アクチュエータの一部が固定され、前記電極層の間に駆動電圧が印加されて前記第１の表面が凹状となる向きに撓み変形したときに、前記高分子アクチュエータによって被駆動部材が動作させられる駆動装置あって、
前記被駆動部材が動作させられている駆動期間以外のときに、前記電極層の間に前記駆動電圧と逆向きの逆電圧が印加されることを特徴とするものである。

本発明の駆動装置は、高分子アクチュエータの一方向の撓み変形で被駆動部材が駆動されるものである。駆動期間以外のときに、高分子アクチュエータに駆動方向と逆向きの逆電圧を与えることで、駆動方向への曲げ癖を防止しやすくなり、またイオン液体の偏りを防止しやすくなる。

例えば、前記被駆動部材が突出部材であり、前記高分子アクチュエータの自由端によって前記突出部材が筐体の表面から突出させられるものである。

複数の突出部材が筐体の表面から突出させられるものは、点字セルなどのドット表示装置として使用される。

ただし、本発明の駆動装置は、携帯機器などで、接触操作部や操作釦を必要なときに筐体の表面から突出させる操作装置、一時的に表示装置を筐体の表面から突出させる表示装置、操作機構などを切換えるモード切換え装置などに使用することも可能である。

例えば、本発明は、電源が投入されたときに、前記逆電圧を与えて、前記高分子アクチュエータを前記第２の表面が凹状となる向きに撓ませる矯正期間が設けられる。または、前記突出部材を押し出す動作が完了した後に、前記逆電圧を与えて、前記高分子アクチュエータを前記第２の表面が凹状となる向きに撓ませる矯正期間が設けられる。

この場合に、前記矯正期間が駆動期間の長さに応じて設定されることが好ましい。また、前記矯正期間が、前記駆動期間の長さを累積した時間に応じて設定されることが好ましい。

例えば、矯正期間は、駆動期間と同じ時間、または駆動期間を累積したのと同じ時間またはその時間以上に設定される。

本発明では、前記矯正期間は、前記電極層の間に、一定の大きさの前記逆電圧が継続して与えられるものであってもよい。

あるいは、前記矯正期間は、前記電極層の間に一定の大きさの前記逆電圧が間欠的に与えられる。または、前記矯正期間は、前記電極層の間に印加される前記逆電圧の大きさが変化させられる。さらに前記矯正期間は、前記逆電圧が印加させられるとともに、前記駆動電圧と同じ向きの電圧が一時的に印加されるものであってもよい。

上記のように、突出部材を駆動していない期間に、高分子アクチュエータを駆動方向と逆向きに撓み変形させることで、駆動方向への曲げ癖を矯正できるようになる。

また、前記矯正期間中に、前記高分子アクチュエータを加熱すると、曲げ癖の矯正を効率よく行えるようになる。

本発明は、前記駆動期間以外のときに、絶対値が定格電圧以上となる前記逆電圧が短時間だけ与えられるものである。

上記のように、絶対値が定格電圧以上となる前記逆電圧が短時間だけ与えられると、高分子アクチュエータの内部でのイオン液体の偏りや染み出しを抑制しやすくなる。

本発明は、前記逆電圧を与える時間を、装置に設けられた電源の電流供給能力に応じて変更することが好ましい。

例えば、電源の電流供給能力が低下したときに、逆電圧を与える時間を短くしたり、逆電圧を与える回数を少なくする。これにより、電源の消耗を抑制できる。

また、本発明は前記逆電圧を与える処理は、装置に設けられたバッテリーを充電している期間に行うことが好ましい。

特に、絶対値が定格電圧以上となる前記逆電圧が短時間だけ間欠的に与える処理は、バッテリーの充電期間に行うことが、バッテリーの消費電力の消耗を抑制できる点で好ましい。

本発明の駆動装置は、高分子アクチュエータの駆動方向への曲げ癖を矯正しやすくなり、またポリマー内のイオン液体の偏りや、染み出しなどを防止しやすくなる。

高分子アクチュエータを使用した駆動装置の実施の形態であるドット表示装置の分解斜視図、 複数の突出部材と高分子アクチュエータとの配置を示す平面図、 ドット表示装置の部分断面図、 高分子アクチュエータの構造と動作を示す説明図、 駆動回路の説明図、 高分子アクチュエータの駆動制御の説明図、 高分子アクチュエータの駆動制御の説明図、 高分子アクチュエータの駆動制御の説明図、 高分子アクチュエータの駆動制御の説明図、 高分子アクチュエータの駆動制御の説明図、 高分子アクチュエータの駆動制御の説明図、

図１には、本発明の高分子アクチュエータの駆動装置の一実施の形態としてドット表示装置１が示されている。このドット表示装置１は視覚障害者に情報を与える点字セルとして使用される。

図１に示すように、ドット表示装置１は、下ケース１０と上ケース２０とが重ね合わされて薄型の筐体が構成される。筐体の厚さ方向の中心部に、ドット駆動部３０が配置されている。ドット駆動部３０は下部配線基板４０と上部配線基板５０とで挟まれて筐体の内部に収納されている。下ケース１０と上ケース２０は共に合成樹脂材料で形成されており、複数の固定ねじによって互いに固定されている。

図２に示すように、ドット駆動部３０には被駆動部材である複数の突出部材３１が設けられている。突出部材３１は、合成樹脂材料で形成されている。図３に示すように、突出部材３１は、突出方向であるＺ１方向に向く先端部が曲面形状の接触部３１ａであり、退行方向であるＺ２方向に向く基端部が突出押圧力を受ける被押圧部３１ｂである。突出部材３１の胴回りの中間部にはＺ１−Ｚ２方向に所定の幅寸法を有する嵌合溝３１ｃが形成されている。

図１に示すように、上ケース２０には、複数の穴２１が上下に貫通して形成されている。図３に示すように、上ケース２０に形成された穴２１は、突出部材３１がＺ１−Ｚ２方向へ移動できる直径寸法を有している。穴２１には、Ｚ１−Ｚ２方向の中間部で、内周面から内側に突出するリング状の支持リブ２１ａが一体に形成されている。突出部材３１が、上ケース２０の内側から穴２１内へＺ１方向へ向けて強く挿入されると、嵌合溝３１ｃと支持リブ２１ａとが凹凸嵌合し、突出部材３１が穴２１から抜け落ちないようになる。また、突出部材３１は、嵌合溝３１ｃの幅寸法の範囲内で、穴２１の内部において、Ｚ１−Ｚ２方向へ動くことができる。

図１に示すように、上ケース２０の表面は、指で接触する接触面２０ａである。前記穴２１は６個が１組となって、接触面２０ａに開口している。６個の穴２１で第１の表示部Ｄ１が構成され、同じく６個の穴２１で第２の表示部Ｄ２が構成され、同様に第３の表示部Ｄ３、第４の表示部Ｄ４、第５の表示部Ｄ５、および第６の表示部Ｄ６が構成されている。

図２に示すように、ドット駆動部３０では、６個の突出部材３１で第１のドットマトリクスＭ１が構成され、第１のドットマトリクスＭ１を構成するそれぞれの突出部材３１が、第１の表示部Ｄ１のそれぞれの穴２１に装着されている。同じく第２のドットマトリクスＭ２を構成する６個の突出部材３１が、第２の表示部Ｄ２の６箇所の穴２１に装着されている。同様に、第３のドットマトリクスＭ３、第４のドッマトリクスＭ４，第５のドットマトリクスＭ５および第６のドットマトリクスＭ６を構成する突出部材３１が、第３の表示部Ｄ３、第４の表示部Ｄ４、第５の表示部Ｄ５および第６の表示部Ｄ６の６箇所の穴２１に装着されている。

１組のドットマトリクスで１文字の点字が表示される。指を上ケース２０の接触面２０ａに沿ってＸ１方向へ摺動させるときに、６文字の点字情報を得ることができる。

図２に示すように、第１のドットマトリクスＭ１では、Ｙ１−Ｙ２方向に延びる第１の縦列Ｖ１と第２の縦列Ｖ２のそれぞれに、突出部材３１が３個ずつ配置されている。したがって、Ｘ１−Ｘ２方向である横列Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３には、それぞれ突出部材３１が２個ずつ配列されていることになり、第１のドットマトリクスＭ１は６個の突出部材３１を有している。縦列Ｖ１，Ｖ２での突出部材３１の配列は等ピッチで、横列Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３での突出部材３１の配列も等ピッチであり、縦列の配列ピッチと横列の配列ピッチは同じである。突出部材３１の配列は、第２のドットマトリクスＭ２、第３のドットマトリクスＭ３などにおいても同じである。

図２に示すように、それぞれのドットマトリクスＭ１，Ｍ２，Ｍ３，・・・に、６個の突出部材３１のそれぞれに一対一で対応するアクチュエータ３２が設けられている。アクチュエータ３２は、その配置場所毎に３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆの異なる符合を付して区別しているが、全てのアクチュエータ３２は同じ構造でありまた形状と寸法が全て同じである。

図４に、アクチュエータ３２の構造が断面図で示されている。アクチュエータ３２は、高分子アクチュエータであり、板形状の電解質層３３と、電解質層３３のＺ１側に積層された第１の電極層３４と、電解質層３３のＺ２側に積層された第２の電極層３５を有している。電解質層３３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）などのポリマーにイオン液体（電解液）が含まれて構成されている。第１の電極層３４と第２の電極層３５は、前記ポリマーにイオン液体が含まれ、さらに導電フィラーが含まれている。導電フィラーは、カーボンナノチューブなどの炭素材料で構成される。

アクチュエータ３２は、第１の電極層３４の板表面３４ａがＺ１側の表面に現れ、第２の電極層３５の板表面３５ａがＺ２側の表面に現れている。アクチュエータ３２は、板表面３４ａと板表面３５ａの長さ寸法と幅寸法が、厚さ寸法よりも十分に大きい板形状である。

例えば、電解質層３３に含まれる陽イオンが陰イオンよりも大きい場合に、第１の電極層３４と第２の電極層３５との間に電位差を与え、第１の電極層３４をプラス側にすると、陽イオンが第２の電極層３５側に偏って分布し、第２の電極層３５側がより大きく膨潤する。このとき、図４に示すように、アクチュエータ３２は、Ｚ１側が凹状となるように撓み変形する。それぞれのアクチュエータ３２は、基端部３６が固定され、自由端である先端部３７が、突出部材３１の被押圧部３１ｂに対向している。アクチュエータ３２が図４に破線で示すように撓むと、先端部３７によって突出部材３１が持ち上げられ、図３において破線で示すように、突出部材３１の接触部３１ａが上ケース２０の接触面２０ａよりもＺ１方向へ突出する。

図２では、第１のドットマトリクスＭ１内での６個のアクチュエータ３２の分類と配置を示している。これは、他のドットマトリクスＭ２，Ｍ３，・・・においても同じである。

図２に示すように、第１の縦列Ｖ１の中間に位置する突出部材３１に対向しているのが第１の中間アクチュエータ３２ａで、第２の縦列Ｖ２の中間に位置する突出部材３１に対向しているのが第２の中間アクチュエータ３２ｂである。第１の縦列Ｖ１のＹ１側の端部に位置する突出部材３１に対向しているのが第１の端部アクチュエータ３２ｃであり、第１の縦列Ｖ１のＹ２側の端部に位置する突出部材３１に対向しているのが第２の端部アクチュエータ３２ｄである。第２の縦列Ｖ２では、Ｙ１側の端部の突出部材３１に対向しているのが第３の端部アクチュエータ３２ｅであり、Ｙ２側の端部の突出部材３１に対向しているのが第４の端部アクチュエータ３２ｆである。

図２に示すように、第１の中間アクチュエータ３２ａの基端部３６から先端部３７に延びる中心線は、第１の縦列Ｖ１と０度を越え９０度未満の角度θを介して斜めに延びている。そして、第１の中間アクチュエータ３２ａの基端部３６は、第１の端部アクチュエータ３２ｃおよび第２の端部アクチュエータ３２ｄのＸ１側の側辺よりもさらにＸ１側に突出している。同様に、第２の中間アクチュエータ３２ｂの中心線も、第２の縦列Ｖ２に対して角度θで傾いている。第２の中間アクチュエータ３２ｂの基端部３６は、第３の端部アクチュエータ３２ｅおよび第４の端部アクチュエータ３２ｆのＸ２側の側辺よりもさらにＸ２側に突出している。

そして、隣り合うドットマトリクスどうしでは、第１の中間アクチュエータ３２ａと第２の中間アクチュエータ３２ｂとがＹ方向に並んで配置されている。

図１に示す上部配線基板５０は、合成樹脂フィルムをベースとする可撓性基板である。上部配線基板５０の中央部にＸ方向に長い切欠き部５２が形成されている。上部配線基板５０には、前記切欠き部５２の内部に向けて一体に延びる第１の中間接続部５３ａと第２の中間接続部５３ｂが形成されている。第１の中間接続部５３ａと第２の中間接続部５３ｂは、Ｘ方向に間隔を空けて形成されている。上部配線基板５０には、切欠き部５２のＹ１側の縁部から切欠き部５２に向けて突出する第１の端部接続部５３ｃと第３の端部接続部５３ｅが形成されている。同様に、切欠き部５２のＹ２側の縁部には、第２の端部接続部５３ｄと第４の端部接続部５３ｆが形成されている。

図３に示すように、前記上部配線基板５０のそれぞれの接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆの先部の下側（Ｚ２側）に、電極部５５が設けられている。また上部配線基板５０の下面には、それぞれの電極部５５に繋がるリード配線がパターン形成されている。

図１に示す下部配線基板４０は、樹脂フィルムで形成された可撓性基板である。下部配線基板４０は上部配線基板５０と上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に対称な構造である。下部配線基板４０には中央部に切欠き部４２が形成されている。下部配線基板４０から切欠き部４２内に第１の中間接続部４３ａと第２の中間接続部４３ｂが一体に延びている。切欠き部４２のＹ１側には、第１の端部接続部４３ｃと第３の端部接続部４３ｅが形成され、Ｙ２側には、第２の端部接続部４３ｄと第４の端部接続部４３ｆが設けられている。

図３に示すように、下部配線基板４０のそれぞれの中間接続部４３ａ，４３ｂおよび端部接続部４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆの先部の上側（Ｚ１側）に、電極部４５が設けられている。また、下部配線基板４０の上面に、それぞれの電極部４５に繋がるリード配線がパターン形成されている。

図１に示すように、下ケース１０には、それぞれの表示部Ｄ１，Ｄ２，・・・毎に６個ずつ配列する弾性部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが形成されている。それぞれの弾性部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、基部が下ケース１０と一体に形成され、自由端が上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に弾性変形可能である。それぞれの弾性部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆの自由端に下部押圧部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆが上向きに一体に形成されている。

上ケース２０の下面には、下ケース１０の下部押圧部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆに個別に対向する上部押圧部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが下向きの突出して一体に形成されている。これらのうち１つの上部押圧部２５ｄが図３に示されている。

ドット表示装置１の組み立て作業は、最初に全ての突出部材３１が上ケース２０の穴２１にそれぞれ装着される。

その後、ドット駆動部３０を構成するアクチュエータ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆとその両側に位置する位置決め部材３８，３９が、下部配線基板４０と上部配線基板５０とで挟まれる。さらに下ケース１０と上ケース２０とで挟まれ、下ケース１０と上ケース２０とが固定ねじによって、複数箇所で固定される。

図３に示すように、組み立てが完了すると、第２の端部アクチュエータ３２ｄの基端部３６が、下部配線基板４０の第２の端部接続部４３ｄの先部の電極部４５と、上部配線基板５０の第２の端部接続部５３ｄの先部の電極部５５とで挟まれる。さらに下ケース１０の弾性部１２ｄの先部の下部押圧部１３ｄと、上ケース２０の上部押圧部２５ｄとで挟まれる。第２の端部アクチュエータ３２ｄの基端部３６とその上下に位置する電極部４５，５５は、弾性部１２ｄの弾性力を受けて、下部押圧部１３ｄと上部押圧部２５ｄとで安定的に保持される。

図３に示すように、第２の端部アクチュエータ３２ｄは、基端部３６が保持されているとともに、自由端である先端部３７が、突出部材３１の被押圧部３１ｂに接触している。下ケース１０と上ケース２０の内部には、基端部３６が保持された第２の端部アクチュエータ３２ｄが、上方向（Ｚ１方向）に撓み変形できる上部空間２０ｂと、下方向（Ｚ２方向）に撓み変形できる下部空間１０ｂとが設けられている。

他のアクチュエータ３２の保持構造は、図３に示した第２の端部アクチュエータ３２ｄの保持構造と同じである。

すなわち、第１の中間アクチュエータ３２ａの基端部３６は、下部配線基板４０の第１の中間接続部４３ａに設けられた電極部４５と、上部配線基板５０の第１の中間接続部５３ａに設けられた電極部５５とで挟まれ、さらに、下ケース１０の下部押圧部１３ａと上ケース２０の上部押圧部２５ａとで挟持されて保持される。第１の中間アクチュエータ３２ａの先端部３７が突出部材３１の被押圧部３１ｂに接触している。そして、第１の中間アクチュエータ３２ａは、下ケース１０と上ケース２０の内部で上下に撓み変形可能である。

第２の中間アクチュエータ３２ｂの基端部３６は、下部配線基板４０の第２の中間接続部４３ｂの電極部４５と、上部配線基板５０の第２の中間接続部５３ｂの電極部５５に挟持され、さらに、下ケース１０の下部押圧部１３ｂと上ケース２０の上部押圧部２５ｂとで挟持される。同様に、第１の端部アクチュエータ３２ｃ、第３の端部アクチュエータ３２ｅ、第４の端部アクチュエータ３２ｆは、下部配線基板４０の端部接続部４３ｃ，４３ｅ，４３ｆの電極部４５と、上部配線基板５０の端部接続部５３ｃ，５３ｅ，５３ｆの電極部５５で挟まれ、さらに下ケース１０の下部押圧部１３ｃ，１３ｅ，１３ｆと上ケース２０の上部押圧部２５ｂ，２５ｅ，２５ｆとで挟持される。

図５に、それぞれのアクチュエータ３２に電圧を与える電源回路６１が示されている。この電源回路６１はＨブリッジであり、スイッチ動作を行う４つの能動素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が設けられている。制御部６２によって、４つの能動素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が選択されて切換えられることで、アクチュエータ３２の第１の電極層３４と第２の電極層３５とに電圧が印加される。この電源回路６１は、全てのアクチュエータ３２に個別に設けられている。

前記ドット表示装置１の動作は、図１に示す表示部Ｄ１の穴２１に位置する第１のドットマトリクスＭ１を構成する突出部材３１を選択して突出させる。その制御は、第１のドットマトリクスＭ１に位置する６個のアクチュエータ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆのいずれかを選択し、通電することで行われる。図４に示すように、選択されたアクチュエータ３２の第１の電極層３４と第２の電極層３５とに電圧を与え、第１の電極層３４側をプラス側の電位とすることで、陽イオンが第２の電極層３５側へ移動し、第２の電極層３５側が膨潤して、アクチュエータ３２が破線で示す向きに撓み変形する。この撓み力で、突出部材３１が上ケース２０の接触面２０ａから突出する。１つの表示部Ｄ１の６個のドットのいずれかを突出させることで、点字の１文字が表現される。

同様に、第２の表示部Ｄ２に位置する第２のドットマトリクスＭ２を駆動して、１文字の点字表示を行う。これを表示部Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６においても同様に行い、接触面２０ａを指で例えばＸ１方向へなぞることで、６文字分の点字情報を得ることができる。表示部Ｄ６の点字情報までを読み取った後に、表示を切り替えて表示部Ｄ１ないしＤ６に新たな点字情報を表示させ、再び指をＸ１方向へなぞり、これを繰り返すことで、視覚障害者などに長い点字情報を与えることが可能になる。

図６以下は、アクチュエータ３２への電圧印加の制御例を示している。図６以下では、第１の電極層３４にプラス側の電位が与えられ、第２の電極層３５にマイナス側の電位が与えられる駆動電圧の印加を「＋Ｖ」で示し、第１の電極層３４にマイナス側の電位が与えられ、第２の電極層３５にプラス側の電位が与えられる逆電圧の印加を「−Ｖ」で示している。

図６に示す制御例では、電源が投入された後でドット表示装置１の動作が開始する前に、第１の矯正期間Ｔ１が設定される。第１の矯正期間Ｔ１では、制御部６２によって全ての電源回路６１が制御され、全てのアクチュエータ３２に対し、逆電圧「−Ｖ」が与えられる。全てのアクチュエータ３２は、図４の破線とは逆向きで、第２の電極層３５の板表面３５ａが凹状となる向きに撓み変形する。このとき、それぞれのアクチュエータ３２の先端部３７は、突出部材３１から離れて下ケース１０側に向けて変位する。

図６では、第１の矯正期間Ｔ１の後に、いずれか選択されたアクチュエータ３２に駆動電圧「＋Ｖ」が与えられる。この駆動期間をＴ２で示している。駆動期間Ｔ２では、図４に示すように、アクチュエータ３２は第１の電極層３４の板表面３４ａが凹状となる向きに撓み変形し、先端部３７で突出部材３１が押され、突出部材３１の接触部３１ａが、上ケース２０の接触面２０ａから突出する。また、駆動期間Ｔ２が経過した後に、第２の矯正期間Ｔ３が設けられ、アクチュエータ３２に逆電圧「−Ｖ」が与えられて、アクチュエータ３２は、先端部３７がＺ２方向へ向くように変形させられる。

図６に示すように、駆動期間Ｔ２の終了と連続して第２の矯正期間Ｔ３に移行する。または駆動期間Ｔ２が経過した後に、駆動期間Ｔ２よりも短い時間を空けてから第２の矯正期間Ｔ３に移行してもよい。

電源投入直後に第１の矯正期間Ｔ１を設けて、アクチュエータ３２を駆動方向と逆向きに変形させることで、アクチュエータ３２を構成するポリマーの駆動方向への曲げ癖を矯正することができる。全てのアクチュエータ３２に第１の矯正期間Ｔ１を設けることで、駆動されていない突出部材３１が上ケース２０の接触面２０ａから突出していたとしても、これを矯正することができる。

また、駆動期間Ｔ２の後に第２の矯正期間Ｔ３を設けることで、駆動期間Ｔ２中において図４で破線で示すように、駆動方向への曲げ癖が発生しても、直ちにこれを除去することができる。

ここで、曲げ癖とは、アクチュエータ３２を構成しているポリマーに機械的な曲げ応力が残留する場合と、第１の電極層３４と第２の電極層３５との間での陽イオンと陰イオンの偏りが解消されずに、イオンの偏りに起因して内部に応力が残る場合の双方を意味する。

矯正期間Ｔ１とＴ３で逆電圧「−Ｖ」を印加させ、ポリマーを駆動時とは逆の向きに強制的に曲げ変形させることで、ポリマーの機械的な応力の残留を解消できる。また駆動期間Ｔ２とは逆の電圧「−Ｖ」を印加させることで、アクチュエータ３２の内部でのイオン液体の偏りを解消でき、突状に曲げられたアクチュエータの表面にイオン液体が滲み出るなどの問題も解消できるようになる。

図６に示す第１の矯正期間Ｔ１と第２の矯正期間Ｔ３は、駆動期間Ｔ２の長さに応じて設定することが好ましい。駆動期間Ｔ２が長くなったときには、矯正期間Ｔ３を長めに確保することにより駆動方向への曲げ癖を解消しやすくなり、駆動していない突出部材３１が操作面２０ａから突出するのを防止できるようになる。また、矯正期間Ｔ３は、その直前の駆動期間Ｔ２と同じ時間、またはそれ以上の時間であることが好ましい。

第１の矯正期間Ｔ１は、電源が投入されてから装置全体が動作完了の状態になるまでのいわゆる起動時間にあわせて設定される。例えば数ミリ秒から数秒に設定される。

図２に示すように、ドットマトリクスに設けられた複数の突出部材３１がアクチュエータによって選択的に駆動される装置では、いずれかのアクチュエータが駆動されているときに他のアクチュエータが駆動されていないことが多い。このような場合に、いずれかのアクチュエータが駆動されている駆動期間Ｔ２に、休止しているアクチュエータについて矯正期間Ｔ３を設定して、逆電圧−Ｖを印加する制御が可能である。それぞれのアクチュエータ毎に、駆動期間Ｔ２と矯正期間Ｔ３を積算し、アクチュエータ毎に駆動期間Ｔ２と矯正期間Ｔ３のどちらかが極端に長くなる偏りが生じないように、矯正期間Ｔ３の時間が調整されることが好ましい。

図７に示す制御例では、電源投入後の第１の矯正期間Ｔ４と、駆動期間Ｔ２の直後に設けられる第２の矯正期間Ｔ５において、アクチュエータ３２に逆電圧「−Ｖ」が短時間で間隔を空けて間欠的に印加される。この制御例では、矯正期間Ｔ４，Ｔ５において、アクチュエータ３２の電解質層３３内に電圧を断続的に与えることができ、イオンの偏りを防止し、イオンを均一に分散させやすくなる。この場合も、矯正期間Ｔ４とＴ５のそれぞれの長さを、駆動期間Ｔ２に応じて設定することが好ましい。例えば、駆動期間Ｔ２が長くなった場合には矯正期間Ｔ４とＴ５を長く設定する。このときの矯正期間Ｔ５は駆動期間Ｔ２と同じ時間に設定してもよいし、駆動期間Ｔ２よりも長くしてもよい。さらには、矯正期間Ｔ４とＴ５のそれぞれにおいて、パルス状の逆電圧「−Ｖ」を印加する累積時間（逆電圧のパルス長の累積時間）も、駆動期間Ｔ２に応じて設定することが好ましい。

図８に示す制御例では、電源投入時や駆動期間Ｔ２の直後に、矯正期間Ｔ６が設定される。この矯正期間Ｔ６では、アクチュエータ３２にパルス状の逆電圧「−Ｖ」が間隔を空けて間欠的に与えられる。またパルス状の逆電圧「−Ｖ」の休止期間のうちのＰ１，Ｐ２で示す期間に、駆動電圧「＋Ｖ」と同じ極性の電圧が与えられる。期間Ｐ１，Ｐ２の電圧の大きさは駆動期間Ｔ２での駆動電圧「＋Ｖ」と同じでもよいが、駆動電圧「＋Ｖ」よりも低いことが好ましい。また、駆動電圧「＋Ｖ」のパルスの休止期間の全てにおいて期間Ｐ１，Ｐ２と同じ電圧が与えられてもよい。

図８の制御例では、矯正期間Ｔ６において、電解質層３３に作用する電位差の極性を交互に変えることができるため、イオンの偏りを均一化しやすくなる。

図９に示す制御例では、電源投入時や駆動期間Ｔ２の直後に、矯正期間Ｔ７が設定される。この矯正期間Ｔ７では、逆電圧「−Ｖ」の大きさが段階的に変化させられている。

図１０に示す制御例では、アクチュエータ３２の駆動期間Ｔ２以外の期間に、電極層３４と電極層３５との間に逆電圧「−Ｖａ」の短時間ＴａのパルスＰａ，Ｐａが与えられる。逆電圧「−Ｖａ」の絶対値は、アクチュエータを駆動する定格電圧「＋Ｖ」の絶対値よりも十分に大きく、絶対値が１．５倍以上または２倍以上である。また１つのパルスＰａの長さＴａは、０．１秒未満である。

このように、駆動側と逆向きの大きな電圧を与えることで、アクチュエータ３２の内部のイオンの偏り、およびイオン液体の偏りを矯正し、イオン液体が第２の電極３５側に偏ったり、第２の電極層３５の板表面３５ａから滲み出るのを防止する効果を高くできる。また絶対値が定格電圧以上の大きさの逆電圧「−Ｖａ」を与える時間を０．１秒未満の短時間とすることで、高電圧による電気分解が促進されるのを阻止しやすくなる。

なお、携帯機器などのように電池容量に制限がある装置では、電池残量が少なくなったときに、前記のいずれかの逆電圧を与える処理を行わないようにあるいはその期間を短縮するように制御できる。

例えば、図７、図８、図９の制御例において、電池残量が少なくなった場合に、駆動期間Ｔ２の直前に設定される矯正期間を短くしたり、矯正期間を設けずに制御することもできる。この間に、駆動期間および短く設定した矯正期間を累積して記憶してき、電池が交換されたりＡＣアダプタがつながれたりして電源の電流供給能力が回復したときに、記憶していた駆動期間や矯正期間の累積時間に応じて、矯正期間を設定することができる。

また、機器のバッテリーを充電している期間中は、十分に電流を供給できることができるため、前記のいずれかの逆電圧を与える処理を優先的に行うことができる。充電器などにセットされて機器が使用されないことが予測されるときには、累積した駆動期間に応じた矯正期間を十分に確保することができる。特に、図１０に示すように絶対値が定格電圧以上の大きさの逆電圧「−Ｖａ」を間欠的に与える制御や、図７、図８のような逆電位の間欠的なパルス電圧を与える制御は、第１の電極層３４と第２の電極層３５との間に瞬時に流れる電流が多くなり、電流の消費量が大きくなる。よって、図１０または図７，８に示す制御は、バッテリーの充電期間などに行われることが好ましい。

また、それぞれのアクチュエータ３２にヒータを併設し、図１１に示すように、アクチュエータ３２に逆電圧「−Ｖ」を印加する矯正期間Ｔ８のときに、ヒータへの通電期間Ｔｈを設けて、アクチュエータ３２を加熱してもよい。加熱状態で矯正動作を行うことで、曲げ癖やイオンの偏りを短時間で矯正しやすくなる。

１ ドット表示装置
１０ 下ケース
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ 弾性部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ 下部押圧部
２０ 上ケース
２１ 穴
３０ ドット駆動部
３１ 突出部材
３２ アクチュエータ
３２ａ 第１の中間アクチュエータ
３２ｂ 第２の中間アクチュエータ
３２ｃ 第１の端部アクチュエータ
３２ｄ 第２の端部アクチュエータ
３２ｅ 第３の端部アクチュエータ
３２ｆ 第４の端部アクチュエータ
３３ 電解質層
３４ 第１の電極層
３５ 第２の電極層
３６ 基端部
３７ 先端部
４０ 下部配線基板
４３ａ 第１の中間接続部
４３ｂ 第２の中間接続部
４３ｃ 第１の端部接続部
４３ｄ 第２の端部接続部
４３ｅ 第３の端部接続部
４３ｆ 第４の端部接続部
４５ 電極部
５０ 上部配線基板
５３ａ 第１の中間接続部
５３ｂ 第２の中間接続部
５３ｃ 第１の端部接続部
５３ｄ 第２の端部接続部
５３ｅ 第３の端部接続部
５３ｆ 第４の端部接続部
５５ 電極部
Ｄ 表示部
Ｍ ドットマトリクス
Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８ 矯正期間
Ｔ２ 駆動期間

特許文献２に記載された発明は、高分子アクチュエータを駆動する駆動期間中に、駆動電圧が間欠的に与えられる。これにより、変位の後の戻り現象を抑制するというものである。

図１に示す下部配線基板４０は、合成樹脂フィルムで形成された可撓性基板である。下部配線基板４０は上部配線基板５０と上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に対称な構造である。下部配線基板４０には中央部に切欠き部４２が形成されている。下部配線基板４０から切欠き部４２内に第１の中間接続部４３ａと第２の中間接続部４３ｂが一体に延びている。切欠き部４２のＹ１側には、第１の端部接続部４３ｃと第３の端部接続部４３ｅが形成され、Ｙ２側には、第２の端部接続部４３ｄと第４の端部接続部４３ｆが設けられている。

図１に示すように、下ケース１０には、それぞれの表示部Ｄ１，Ｄ２，・・・毎に６個ずつ配列する弾性部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが形成されている。それぞれの弾性部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、基端部が下ケース１０と一体に形成され、自由端が上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に弾性変形可能である。それぞれの弾性部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆの自由端に下部押圧部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆが上向きに一体に形成されている。

矯正期間Ｔ１とＴ３で逆電圧「−Ｖ」を印加させ、ポリマーを駆動時とは逆の向きに強制的に曲げ変形させることで、ポリマーの機械的な応力の残留を解消できる。また駆動期間Ｔ２とは逆の電圧「−Ｖ」を印加させることで、アクチュエータ３２の内部でのイオン液体の偏りを解消でき、凸状に曲げられたアクチュエータの表面にイオン液体が滲み出るなどの問題も解消できるようになる。

図６に示す第１の矯正期間Ｔ１と第２の矯正期間Ｔ３は、駆動期間Ｔ２の長さに応じて設定することが好ましい。駆動期間Ｔ２が長くなったときには、矯正期間Ｔ３を長めに確保することにより駆動方向への曲げ癖を解消しやすくなり、駆動していない突出部材３１が接触面２０ａから突出するのを防止できるようになる。また、矯正期間Ｔ３は、その直前の駆動期間Ｔ２と同じ時間、またはそれ以上の時間であることが好ましい。

図１０に示す制御例では、アクチュエータ３２の駆動期間Ｔ２以外の期間に、電極層３４と電極層３５との間に逆電圧「−Ｖａ」の短時間ＴａのパルスＰａ，Ｐａが与えられる。逆電圧「−Ｖａ」の絶対値は、アクチュエータ３２を駆動する定格電圧「＋Ｖ」の絶対値よりも十分に大きく、絶対値が１．５倍以上または２倍以上である。また１つのパルスＰａの長さＴａは、０．１秒未満である。

このように、駆動側と逆向きの大きな電圧を与えることで、アクチュエータ３２の内部のイオンの偏り、およびイオン液体の偏りを矯正し、イオン液体が第２の電極層３５側に偏ったり、第２の電極層３５の板表面３５ａから滲み出るのを防止する効果を高くできる。また絶対値が定格電圧以上の大きさの逆電圧「−Ｖａ」を与える時間を０．１秒未満の短時間とすることで、高電圧による電気分解が促進されるのを阻止しやすくなる。

Claims (14)

1. イオン液体を含むポリマーで形成されて第１の表面と第２の表面に電極層が設けられた高分子アクチュエータを有し、前記高分子アクチュエータの一部が固定され、前記電極層の間に駆動電圧が印加されて前記第１の表面が凹状となる向きに撓み変形したときに、前記高分子アクチュエータによって被駆動部材が動作させられる駆動装置あって、
   前記被駆動部材が動作させられている駆動期間以外のときに、前記電極層の間に前記駆動電圧と逆向きの逆電圧が印加されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記被駆動部材が突出部材であり、前記高分子アクチュエータの自由端によって前記突出部材が筐体の表面から突出させられる請求項１記載の駆動装置。
3. 電源が投入されたときに、前記逆電圧を与えて、前記高分子アクチュエータを前記第２の表面が凹状となる向きに撓ませる矯正期間が設けられる請求項１または２記載の駆動装置。
4. 前記被駆動部材の動作が完了した後に、前記逆電圧を与えて、前記高分子アクチュエータを前記第２の表面が凹状となる向きに撓ませる矯正期間が設けられる請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置。
5. 前記矯正期間が駆動期間の長さに応じて設定される請求項３または４記載の駆動装置。
6. 前記矯正期間が、前記駆動期間の長さを累積した時間に応じて設定される請求項５記載の駆動装置。
7. 前記矯正期間は、前記電極層の間に、一定の大きさの前記逆電圧が継続して与えられる請求項３ないし６のいずれかに記載の駆動装置。
8. 前記矯正期間は、前記電極層の間に一定の大きさの前記逆電圧が間欠的に与えられる請求項３ないし６のいずれかに記載の駆動装置。
9. 前記矯正期間は、前記電極層の間に印加される前記逆電圧の大きさが変化させられる請求項３ないし６のいずれかに記載の駆動装置。
10. 前記矯正期間は、前記逆電圧が印加させられるとともに、前記駆動電圧と同じ向きの電圧が一時的に印加される請求項３ないし６のいずれかに記載の駆動装置。
11. 前記矯正期間中に、前記高分子アクチュエータを加熱する請求項３ないし１０のいずれかに記載の駆動装置。
12. 前記駆動期間以外のときに、絶対値が定格電圧以上となる前記逆電圧を短時間だけ与える処理が行われる請求項１または２記載の駆動装置。
13. 前記逆電圧を与える時間を、装置に設けられた電源の電流供給能力に応じて変更する請求項１または２記載の駆動装置。
14. 前記逆電圧を与える処理は、装置に設けられたバッテリーを充電している期間に行う請求項１または２記載の駆動装置。

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