知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-22
(45)【発行日】2024-01-05
(54)【発明の名称】積層型静電アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
H02N 1/00 20060101AFI20231225BHJP
【ＦＩ】
H02N1/00
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2020101365
(22)【出願日】2020-06-11
(65)【公開番号】P2021197776
(43)【公開日】2021-12-27
【審査請求日】2023-01-05
(73)【特許権者】
【識別番号】310001067
【氏名又は名称】ストローブ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【氏名又は名称】中西 基晴
(74)【代理人】
【識別番号】100119426
【弁理士】
【氏名又は名称】小見山 泰明
(72)【発明者】
【氏名】實吉 敬二
(72)【発明者】
【氏名】泉谷 輝
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 誠
(72)【発明者】
【氏名】奥田 一雄
(72)【発明者】
【氏名】内 富男
(72)【発明者】
【氏名】今井 裕一
【審査官】三澤 哲也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２２９２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８７０３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－２３３８５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－５７３２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７２８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｎ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アクチュエータ部（２ａ，２ｂ，２ｃ）が複数積層された積層型静電アクチュエータ（１）であって、前記アクチュエータ部は、
一方の面に複数の第１接続領域（７ａ１，７ｂ１，７ｃ１）が所定パターンで形成された第１フィルム（３ａ１，３ｂ１，３ｃ１）と、
前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続された第２フィルム（３ａ２，３ｂ２，３ｃ２）であって、当該第１フィルムとは反対側の面に当該第１接続領域の前記パターンと同一パターンの複数の第２接続領域（７ａ２，７ｂ２，７ｃ２）が形成された第２フィルム（３ａ２，３ｂ２，３ｃ２）と、
を有して構成され、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムはいずれも、積層方向（Ｚ）から見て隣り合う接続領域間に幅が実質的に一定の非接続領域（１５）が形成され、
前記アクチュエータ部の前記第１接続領域と当該アクチュエータ部の前記第２接続領域とは、積層方向から見て互いに重ならないように配置され、
重なり合う２つの前記アクチュエータ部（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ）は前記第２接続領域（７ｂ２；７ｃ２）を介して接続され、
前記接続される２つのアクチュエータ部（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ）間のパターンの軸線は積層方向から見て互いに所定角度（θ、θ＝０°を除く）で交差するように当該２つのアクチュエータ部が積層される、積層型静電アクチュエータ（１）。
【請求項2】
請求項１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記アクチュエータ部の各々において、前記第１接続領域の前記パターンの軸線は互いに平行であり、前記第２接続領域の前記パターンの軸線は互いに平行である、積層型静電アクチュエータ。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記アクチュエータ部の各々において、前記第２接続領域の前記パターンの軸線は、前記第１接続領域の前記パターンの軸線と平行である、積層型静電アクチュエータ。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記第１接続領域及び前記第２接続領域の前記パターンはいずれも、実質的に均一な幅を有する直線状に形成されて等間隔に配置される、積層型静電アクチュエータ。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記アクチュエータ部の各々において、積層方向から見て前記第１接続領域は、２つの前記第２接続領域間の非接続領域の中央に位置するように配置される、積層型静電アクチュエータ。
【請求項6】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記積層される２つのアクチュエータ部が形成する平面を積層方向から見るとき、積層の上側の前記アクチュエータ部（２ａ；２ｂ）の前記第１接続領域（７ａ１；７ｂ１）の前記パターンの軸線と積層の下側の前記アクチュエータ部（２ｂ；２ｃ）の前記第２接続領域（７ｂ２；７ｃ２）の前記パターンの軸線とは、少なくとも１箇所で交差する、積層型静電アクチュエータ。
【請求項7】
請求項６に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記第１接続領域及び前記第２接続領域の前記パターンはいずれも、実質的に均一な幅（ｄ）を有する直線状に形成されて等間隔に配置され、
積層の上側の前記アクチュエータ部の前記第１接続領域または下側の前記アクチュエータ部の前記第２接続領域のうちいずれか一方の接続領域のパターンの軸線の、積層方向から見た前記平面における長さをＬとし、当該一方の接続領域における積層方向から見た前記非接続領域間の幅を２×ｌ＋ｄとするとき、
前記接続される２つのアクチュエータ部間の前記パターンの軸線における積層方向から見た前記交差角度θ［ｒａｄ］は、
【数3】
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記積層型静電アクチュエータが伸長するとき、
各アクチュエータ部における前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して当該第１フィルム及び当該第２フィルムの前記非接続領域には空間（１３）が形成され、
積層の上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムと下側の前記アクチュエータ部の前記第２フィルムとが離間して当該第１フィルム及び当該第２フィルムの前記非接続領域には空間（１１）が形成され、
２つの当該空間（１１，１３）は外部との間で流体連通し、
前記積層型静電アクチュエータが伸縮するとき、前記空間と外部との間で流体の流出入を可能とするように構成される、積層型静電アクチュエータ。
【請求項9】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記アクチュエータ部の平面形状は、四角形であり、
重なり合う２つの前記アクチュエータ部は、前記所定角度が９０°で交差するように積層される、積層型静電アクチュエータ。
【請求項10】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記第１フィルムは、絶縁層（２３）、導電層（２１）、絶縁層（２３）の３層構造を含み、
前記第２フィルムは、絶縁層で構成され、
前記第２フィルムは、積層方向から見て、前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続される第１接続面部（８１）と、前記第２接続領域を介して積層方向上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムに接続される第２接続面部（８２）と、当該第１接続領域および当該第２接続領域のいずれも形成されないヒンジ部（１５）と、を有し、
外力により積層方向に引っ張られるとき、前記ヒンジ部が弾性変形して前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に伸長し、
積層される２つの前記アクチュエータ部の前記第１フィルムの間に電圧が印加されるとき、当該２つの第１フィルムが静電引力により互いに引き合い、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に収縮するように構成される、積層型静電アクチュエータ。
【請求項11】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記第１フィルム及び前記第２フィルムはいずれも、絶縁層（２３）、導電層（２１）、絶縁層（２３）の３層構造を含み、
前記第２フィルムは、前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続される第１接続面部（８１）と、前記第２接続領域を介して積層方向上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムに接続される第２接続面部（８２）と、当該第１接続領域および当該第２接続領域のいずれも形成されないヒンジ部（１５）と、を有し、
外力により積層方向に引っ張られるとき、前記ヒンジ部が弾性変形して前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に伸長し、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムの間に電圧が印加されるとき、当該２つのフィルムが静電引力により互いに引き合い、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に収縮するように構成される、積層型静電アクチュエータ。
【請求項12】
請求項１１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記第１フィルムと前記第２フィルムは、長尺なリボン形状を有し、
前記積層型静電アクチュエータは、２つの前記第１フィルムと前記第２フィルムをジグザグ状に折り曲げてそれぞれの長手方向が積層方向から見て互いに９０°で交差するように交互に折り重ねた紙ばね構造を有し、
２つの前記第１フィルム及び前記第２フィルムが積層方向から見て重なった平面において複数の積層された前記アクチュエータ部を形成するともに、平面の外に形成される折り曲げ部が外ヒンジ部（１７）を構成し、
前記外ヒンジ部により、異なる層の前記アクチュエータ部の第１フィルムどうし、または第２フィルムどうしが、互いに一体となっている、積層型静電アクチュエータ。
【請求項13】
請求項１１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、前記第１フィルムと前記第２フィルムは、長尺なリボン形状を有し、
前記積層型静電アクチュエータは、２つの前記第１フィルムと前記第２フィルムを中心からそれぞれ一方向に巻き重ねた偏平な渦巻き状の巻き構造を有し、
２つの前記第１フィルム及び前記第２フィルムが積層方向から見て重なった平面において複数の積層された前記アクチュエータ部を形成するともに、平面の外に形成される折り曲げ部が外ヒンジ部（１７）を構成し、
前記外ヒンジ部により、異なる層の前記アクチュエータ部の第１フィルムどうし、または第２フィルムどうしが、互いに一体となっている、積層型静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層型静電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
全体形状が安定化し、入力と出力の関係について高い再現性を得ることができ、大きな静電力と大きな変位が得られる静電アクチュエータの提供を課題として、互いに対向する複数の平板状の電極に、側壁に連続する空間を含むことにより弾性率を小さくした平板状の誘電体を介在させて積層一体化し、積層された電極は第１電位と第２電位が互い違いに加えられるように電気的に接続し、電極間の電位に応じて電極間の距離が変化するようにした積層型静電アクチュエータに関する公報開示の技術が存在する（特許文献１、図６，７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００７－２５９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、電極間に配置される誘電体に「くの字断面高分子材料シート」や「高分子材料チューブ（円筒形状）」を採用した積層型静電アクチュエータは、構造の曲げ弾性率が材料本体の縦弾性率（ヤング率）と比較して小さいことから、誘電体に静電力が作用したときの変形量を大きくできることが知られている。
【0005】
しかし、かかる構造を有する積層型静電アクチュエータでは、「くの字構造」や「円筒構造」の部材を電極間に配置することが製造上困難であるという課題があった。また、これらの構造では、ある特定の駆動範囲（アクチュエータの駆動範囲）では柔らかく変形し、且つ、その範囲を超えて電極間隔が広がろうとするときに急激に硬くなるというような非線形なばね特性が得られないという課題があった。すなわち、これらの構造のばね定数は、構造が伸びきるまで大きく変化せず、一方で、伸びきった状態では電極との接続部が大変形しているため、応力集中により接続部が破損する恐れがあった。このため、従来構造では、ストロークと発生力がトレードオフの関係にあった。
【0006】
本発明は、積層方向に引っ張られるとき、特定の駆動範囲では充分なストロークと静電引力による収縮力を発揮し、且つ、駆動範囲を超えて電極間隔を広げようとすると急激に硬くなるバネ特性（以下、「好適な非線形ばね特性」と呼ぶ）を有する積層型静電アクチュエータを、簡易な構造で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の積層型静電アクチュエータは、
アクチュエータ部（２ａ，２ｂ，２ｃ）が複数積層された積層型静電アクチュエータ（１）であって、
前記アクチュエータ部は、
一方の面に複数の第１接続領域（７ａ１，７ｂ１，７ｃ１）が所定パターンで形成された第１フィルム（３ａ１，３ｂ１，３ｃ１）と、
前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続された第２フィルム（３ａ２，３ｂ２，３ｃ２）であって、当該第１フィルムとは反対側の面に当該第１接続領域の前記パターンと同一パターンの複数の第２接続領域（７ａ２，７ｂ２，７ｃ２）が形成された第２フィルム（３ａ２，３ｂ２，３ｃ２）と、
を有して構成され、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムはいずれも、積層方向（Ｚ）から見て隣り合う接続領域間に幅が実質的に一定の非接続領域（１５）が形成され、
前記アクチュエータ部の前記第１接続領域と当該アクチュエータ部の前記第２接続領域とは、積層方向から見て互いに重ならないように配置され、
重なり合う２つの前記アクチュエータ部（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ）は前記第２接続領域（７ｂ２；７ｃ２）を介して接続され、
前記接続される２つのアクチュエータ部（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ）間のパターンの軸線は積層方向から見て互いに所定角度（θ、θ＝０°を除く）で交差するように当該２つのアクチュエータ部が積層される。
アクチュエータ部（２ａ，２ｂ，２ｃ）が複数積層された積層型静電アクチュエータ（１）であって、
前記アクチュエータ部は、
一方の面に複数の第１接続領域（７ａ１，７ｂ１，７ｃ１）が所定パターンで形成された第１フィルム（３ａ１，３ｂ１，３ｃ１）と、
前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続された第２フィルム（３ａ２，３ｂ２，３ｃ２）であって、当該第１フィルムとは反対側の面に当該第１接続領域の前記パターンと同一パターンの複数の第２接続領域（７ａ２，７ｂ２，７ｃ２）が形成された第２フィルム（３ａ２，３ｂ２，３ｃ２）と、
を有して構成され、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムはいずれも、積層方向（Ｚ）から見て隣り合う接続領域間に幅が実質的に一定の非接続領域（１５）が形成され、
前記アクチュエータ部の前記第１接続領域と当該アクチュエータ部の前記第２接続領域とは、積層方向から見て互いに重ならないように配置され、
重なり合う２つの前記アクチュエータ部（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ）は前記第２接続領域（７ｂ２；７ｃ２）を介して接続され、
前記接続される２つのアクチュエータ部（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ）間のパターンの軸線は積層方向から見て互いに所定角度（θ、θ＝０°を除く）で交差するように当該２つのアクチュエータ部が積層される。
【0008】
請求項２に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の各々において、前記第１接続領域の前記パターンの軸線は互いに平行であり、前記第２接続領域の前記パターンの軸線は互いに平行である、ことを特徴とすれば、
第１接続領域と第２接続領域のパターンの間隔を簡易に制御できるため構造の安定性が向上し、長寿命化できるので好ましい。また、製作性も向上する。
請求項１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の各々において、前記第１接続領域の前記パターンの軸線は互いに平行であり、前記第２接続領域の前記パターンの軸線は互いに平行である、ことを特徴とすれば、
第１接続領域と第２接続領域のパターンの間隔を簡易に制御できるため構造の安定性が向上し、長寿命化できるので好ましい。また、製作性も向上する。
【0009】
請求項３に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１又は２に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の各々において、前記第２接続領域の前記パターンの軸線は、前記第１接続領域の前記パターンの軸線と平行である、ことを特徴とすれば、
第１接続領域と第２接続領域のパターンの間隔を簡易に制御できるため構造の安定性が向上し、長寿命化できるので好ましい。また、製作性も向上する。
請求項１又は２に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の各々において、前記第２接続領域の前記パターンの軸線は、前記第１接続領域の前記パターンの軸線と平行である、ことを特徴とすれば、
第１接続領域と第２接続領域のパターンの間隔を簡易に制御できるため構造の安定性が向上し、長寿命化できるので好ましい。また、製作性も向上する。
【0010】
請求項４に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１接続領域及び前記第２接続領域の前記パターンはいずれも、実質的に均一な幅を有する直線状に形成されて等間隔に配置される、ことを特徴とすれば、
第１接続領域と第２接続領域を簡易に製作できるので、構造の安定性を向上させることができて好ましい。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１接続領域及び前記第２接続領域の前記パターンはいずれも、実質的に均一な幅を有する直線状に形成されて等間隔に配置される、ことを特徴とすれば、
第１接続領域と第２接続領域を簡易に製作できるので、構造の安定性を向上させることができて好ましい。
【0011】
請求項５に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の各々において、積層方向から見て前記第１接続領域は、２つの前記第２接続領域間の非接続領域の中央に位置するように配置される、ことを特徴とすれば、
伸縮時に非接続領域で発生する応力が平均化され、応力集中が発生しにくくなる。これにより積層型静電アクチュエータの長寿命化が可能となるので好ましい。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の各々において、積層方向から見て前記第１接続領域は、２つの前記第２接続領域間の非接続領域の中央に位置するように配置される、ことを特徴とすれば、
伸縮時に非接続領域で発生する応力が平均化され、応力集中が発生しにくくなる。これにより積層型静電アクチュエータの長寿命化が可能となるので好ましい。
【0012】
請求項６に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記積層される２つのアクチュエータ部が形成する平面を積層方向から見るとき、積層の上側の前記アクチュエータ部（２ａ；２ｂ）の前記第１接続領域（７ａ１；７ｂ１）の前記パターンの軸線と積層の下側の前記アクチュエータ部（２ｂ；２ｃ）の前記第２接続領域（７ｂ２；７ｃ２）の前記パターンの軸線とは、少なくとも１箇所で交差する、ことを特徴とすれば、
平面内の交差により積層の上側のアクチュエータ部の第１フィルムは変形しにくくなり、第２フィルムの非接続領域が主に弾性変形するようになることで各フィルム間で好適な非線形ばね特性を得ることができるので好ましい。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記積層される２つのアクチュエータ部が形成する平面を積層方向から見るとき、積層の上側の前記アクチュエータ部（２ａ；２ｂ）の前記第１接続領域（７ａ１；７ｂ１）の前記パターンの軸線と積層の下側の前記アクチュエータ部（２ｂ；２ｃ）の前記第２接続領域（７ｂ２；７ｃ２）の前記パターンの軸線とは、少なくとも１箇所で交差する、ことを特徴とすれば、
平面内の交差により積層の上側のアクチュエータ部の第１フィルムは変形しにくくなり、第２フィルムの非接続領域が主に弾性変形するようになることで各フィルム間で好適な非線形ばね特性を得ることができるので好ましい。
【0013】
請求項７に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項６に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１接続領域及び前記第２接続領域の前記パターンはいずれも、実質的に均一な幅（ｄ）を有する直線状に形成されて等間隔に配置され、
積層の上側の前記アクチュエータ部の前記第１接続領域または下側の前記アクチュエータ部の前記第２接続領域のうちいずれか一方の接続領域のパターンの軸線の、積層方向から見た前記平面における長さをＬとし、当該一方の接続領域における積層方向から見た前記非接続領域間の幅を２×ｌ＋ｄとするとき、
前記接続される２つのアクチュエータ部間の前記パターンの軸線における積層方向から見た前記交差角度θ［ｒａｄ］は、
を満たす、ことを特徴とすれば、
交差を確実に平面内に実現できるので、積層型静電アクチュエータはより好適な非線形ばね特性を得ることができるので好ましい。
請求項６に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１接続領域及び前記第２接続領域の前記パターンはいずれも、実質的に均一な幅（ｄ）を有する直線状に形成されて等間隔に配置され、
積層の上側の前記アクチュエータ部の前記第１接続領域または下側の前記アクチュエータ部の前記第２接続領域のうちいずれか一方の接続領域のパターンの軸線の、積層方向から見た前記平面における長さをＬとし、当該一方の接続領域における積層方向から見た前記非接続領域間の幅を２×ｌ＋ｄとするとき、
前記接続される２つのアクチュエータ部間の前記パターンの軸線における積層方向から見た前記交差角度θ［ｒａｄ］は、
【数1】
交差を確実に平面内に実現できるので、積層型静電アクチュエータはより好適な非線形ばね特性を得ることができるので好ましい。
【0014】
請求項８に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記積層型静電アクチュエータが伸長するとき、
各アクチュエータ部における前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して当該第１フィルム及び当該第２フィルムの前記非接続領域には空間（１３）が形成され、
積層の上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムと下側の前記アクチュエータ部の前記第２フィルムとが離間して当該第１フィルム及び当該第２フィルムの前記非接続領域には空間（１１）が形成され、
２つの当該空間（１１，１３）は外部との間で流体連通し、
前記積層型静電アクチュエータが伸縮するとき、前記空間と外部との間で流体の流出入を可能とするように構成される、ことを特徴とすれば、
伸縮時に、非接続領域に形成される空間への流体の出入りが自由になり、応答性が向上するので好ましい。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記積層型静電アクチュエータが伸長するとき、
各アクチュエータ部における前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して当該第１フィルム及び当該第２フィルムの前記非接続領域には空間（１３）が形成され、
積層の上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムと下側の前記アクチュエータ部の前記第２フィルムとが離間して当該第１フィルム及び当該第２フィルムの前記非接続領域には空間（１１）が形成され、
２つの当該空間（１１，１３）は外部との間で流体連通し、
前記積層型静電アクチュエータが伸縮するとき、前記空間と外部との間で流体の流出入を可能とするように構成される、ことを特徴とすれば、
伸縮時に、非接続領域に形成される空間への流体の出入りが自由になり、応答性が向上するので好ましい。
【0015】
請求項９に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の平面形状は、四角形であり、
重なり合う２つの前記アクチュエータ部は、前記所定角度が９０°で交差するように積層される、ことを特徴とすれば、
簡易な形状でありながら前記第１フィルムが最も変形しにくく、前記第２フィルムの非接続領域におけるばね力は高次成分（３次成分）の効きが強まり、より好適な非線形ばね特性を得ることができるので好ましい。これにより、アクチュエータの特性が向上する。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ部の平面形状は、四角形であり、
重なり合う２つの前記アクチュエータ部は、前記所定角度が９０°で交差するように積層される、ことを特徴とすれば、
簡易な形状でありながら前記第１フィルムが最も変形しにくく、前記第２フィルムの非接続領域におけるばね力は高次成分（３次成分）の効きが強まり、より好適な非線形ばね特性を得ることができるので好ましい。これにより、アクチュエータの特性が向上する。
【0016】
請求項１０に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルムは、絶縁層（２３）、導電層（２１）、絶縁層（２３）の３層構造を含み、
前記第２フィルムは、絶縁層で構成され、
前記第２フィルムは、積層方向から見て、前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続される第１接続面部（８１）と、前記第２接続領域を介して積層方向上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムに接続される第２接続面部（８２）と、当該第１接続領域および当該第２接続領域のいずれも形成されないヒンジ部（１５）と、を有し、
外力により積層方向に引っ張られるとき、前記ヒンジ部が弾性変形して前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に伸長し、
積層される２つの前記アクチュエータ部の前記第１フィルムの間に電圧が印加されるとき、当該２つの第１フィルムが静電引力により互いに引き合い、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に収縮するように構成される、ことを特徴とすれば、
第１フィルムが有する導電層は変形しにくいため、フィルムの変形に起因した導電層における電気的切断が発生せず、積層型静電アクチュエータの長寿命化が可能となるので好ましい。
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルムは、絶縁層（２３）、導電層（２１）、絶縁層（２３）の３層構造を含み、
前記第２フィルムは、絶縁層で構成され、
前記第２フィルムは、積層方向から見て、前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続される第１接続面部（８１）と、前記第２接続領域を介して積層方向上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムに接続される第２接続面部（８２）と、当該第１接続領域および当該第２接続領域のいずれも形成されないヒンジ部（１５）と、を有し、
外力により積層方向に引っ張られるとき、前記ヒンジ部が弾性変形して前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に伸長し、
積層される２つの前記アクチュエータ部の前記第１フィルムの間に電圧が印加されるとき、当該２つの第１フィルムが静電引力により互いに引き合い、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に収縮するように構成される、ことを特徴とすれば、
第１フィルムが有する導電層は変形しにくいため、フィルムの変形に起因した導電層における電気的切断が発生せず、積層型静電アクチュエータの長寿命化が可能となるので好ましい。
【0017】
請求項１１に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムはいずれも、絶縁層（２３）、導電層（２１）、絶縁層（２３）の３層構造を含み、
前記第２フィルムは、前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続される第１接続面部（８１）と、前記第２接続領域を介して積層方向上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムに接続される第２接続面部（８２）と、当該第１接続領域および当該第２接続領域のいずれも形成されないヒンジ部（１５）と、を有し、
外力により積層方向に引っ張られるとき、前記ヒンジ部が弾性変形して前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に伸長し、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムの間に電圧が印加されるとき、当該２つのフィルムが静電引力により互いに引き合い、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に収縮するように構成される、ことを特徴とすれば、
第１フィルムと第２フィルムとが密に積層し電極間隔が狭まるので、静電引力により互いに引き合う力が向上するので好ましい。
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムはいずれも、絶縁層（２３）、導電層（２１）、絶縁層（２３）の３層構造を含み、
前記第２フィルムは、前記第１接続領域を介して前記第１フィルムに接続される第１接続面部（８１）と、前記第２接続領域を介して積層方向上側の前記アクチュエータ部の前記第１フィルムに接続される第２接続面部（８２）と、当該第１接続領域および当該第２接続領域のいずれも形成されないヒンジ部（１５）と、を有し、
外力により積層方向に引っ張られるとき、前記ヒンジ部が弾性変形して前記第１フィルムと前記第２フィルムとが離間して、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に伸長し、
前記第１フィルム及び前記第２フィルムの間に電圧が印加されるとき、当該２つのフィルムが静電引力により互いに引き合い、前記積層型静電アクチュエータが積層方向に収縮するように構成される、ことを特徴とすれば、
第１フィルムと第２フィルムとが密に積層し電極間隔が狭まるので、静電引力により互いに引き合う力が向上するので好ましい。
【0018】
請求項１２に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルムと前記第２フィルムは、長尺なリボン形状を有し、
前記積層型静電アクチュエータは、２つの前記第１フィルムと前記第２フィルムをジグザグ状に折り曲げてそれぞれの長手方向が積層方向から見て互いに９０°で交差するように交互に折り重ねた紙ばね構造を有し、
２つの前記第１フィルム及び前記第２フィルムが積層方向から見て重なった平面において複数の積層された前記アクチュエータ部を形成するともに、平面の外に形成される折り曲げ部が外ヒンジ部（１７）を構成し、
前記外ヒンジ部により、異なる層の前記アクチュエータ部の第１フィルムどうし、または第２フィルムどうしが、互いに一体となっている、ことを特徴とすれば、
長尺なリボン形状のアクチュエータ部を単純に折り重ねて製作できるため製作性が向上して好ましい。また、各アクチュエータ部の第１フィルムどうし、第２フィルムどうしは外ヒンジ部で電気的に接続されているため、組み立て後に各層の配線が不要になり、製作性が向上するので好ましい。更に、外ヒンジ部が第１フィルム及び第２フィルムの折り曲げ部における平面に平行な方向の変形を抑制する半円筒の構造体として機能する。このため、フィルム間の距離が不均一になりやすい折り曲げ部でもフィルム間距離を均一にできる。これにより、積層方向の動きが安定し均一になるとともに、駆動力を向上させることができるので好ましい。
請求項１１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルムと前記第２フィルムは、長尺なリボン形状を有し、
前記積層型静電アクチュエータは、２つの前記第１フィルムと前記第２フィルムをジグザグ状に折り曲げてそれぞれの長手方向が積層方向から見て互いに９０°で交差するように交互に折り重ねた紙ばね構造を有し、
２つの前記第１フィルム及び前記第２フィルムが積層方向から見て重なった平面において複数の積層された前記アクチュエータ部を形成するともに、平面の外に形成される折り曲げ部が外ヒンジ部（１７）を構成し、
前記外ヒンジ部により、異なる層の前記アクチュエータ部の第１フィルムどうし、または第２フィルムどうしが、互いに一体となっている、ことを特徴とすれば、
長尺なリボン形状のアクチュエータ部を単純に折り重ねて製作できるため製作性が向上して好ましい。また、各アクチュエータ部の第１フィルムどうし、第２フィルムどうしは外ヒンジ部で電気的に接続されているため、組み立て後に各層の配線が不要になり、製作性が向上するので好ましい。更に、外ヒンジ部が第１フィルム及び第２フィルムの折り曲げ部における平面に平行な方向の変形を抑制する半円筒の構造体として機能する。このため、フィルム間の距離が不均一になりやすい折り曲げ部でもフィルム間距離を均一にできる。これにより、積層方向の動きが安定し均一になるとともに、駆動力を向上させることができるので好ましい。
【0019】
請求項１３に記載の積層型静電アクチュエータは、
請求項１１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルムと前記第２フィルムは、長尺なリボン形状を有し、
前記積層型静電アクチュエータは、２つの前記第１フィルムと前記第２フィルムを中心からそれぞれ一方向に巻き重ねた偏平な渦巻き状の巻き構造を有し、
２つの前記第１フィルム及び前記第２フィルムが積層方向から見て重なった平面において複数の積層された前記アクチュエータ部を形成するともに、平面の外に形成される折り曲げ部が外ヒンジ部（１７）を構成し、
前記外ヒンジ部により、異なる層の前記アクチュエータ部の第１フィルムどうし、または第２フィルムどうしが、互いに一体となっている、ことを特徴とすれば、
長尺なリボン形状のアクチュエータ部を単純に巻くことで製作できるため製作性が向上して好ましい。また、各アクチュエータ部の第１フィルムどうし、第２フィルムどうしは外ヒンジ部で電気的に接続されているため、組み立て後に各層の配線が不要になり、製作性が向上するので好ましい。更に、外ヒンジ部が第１フィルム及び第２フィルムの折り曲げ部における平面に平行な方向の変形を抑制する半円筒の構造体として機能する。このため、フィルム間の距離が不均一になりやすい折り曲げ部でもフィルム間距離を均一にできる。これにより、積層方向の動きが安定し均一になるとともに、駆動力を向上させることができるので好ましい。
請求項１１に記載の積層型静電アクチュエータにおいて、
前記第１フィルムと前記第２フィルムは、長尺なリボン形状を有し、
前記積層型静電アクチュエータは、２つの前記第１フィルムと前記第２フィルムを中心からそれぞれ一方向に巻き重ねた偏平な渦巻き状の巻き構造を有し、
２つの前記第１フィルム及び前記第２フィルムが積層方向から見て重なった平面において複数の積層された前記アクチュエータ部を形成するともに、平面の外に形成される折り曲げ部が外ヒンジ部（１７）を構成し、
前記外ヒンジ部により、異なる層の前記アクチュエータ部の第１フィルムどうし、または第２フィルムどうしが、互いに一体となっている、ことを特徴とすれば、
長尺なリボン形状のアクチュエータ部を単純に巻くことで製作できるため製作性が向上して好ましい。また、各アクチュエータ部の第１フィルムどうし、第２フィルムどうしは外ヒンジ部で電気的に接続されているため、組み立て後に各層の配線が不要になり、製作性が向上するので好ましい。更に、外ヒンジ部が第１フィルム及び第２フィルムの折り曲げ部における平面に平行な方向の変形を抑制する半円筒の構造体として機能する。このため、フィルム間の距離が不均一になりやすい折り曲げ部でもフィルム間距離を均一にできる。これにより、積層方向の動きが安定し均一になるとともに、駆動力を向上させることができるので好ましい。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、各アクチュエータ部において第２フィルムの非接続領域が弾性変形しやすい一方で、第１フィルムは、それに接続する第１、第２接続領域のパターンの軸線が積層方向から見て互いに所定角度で交差しているので変形しにくい。このため、積層型静電アクチュエータが外力により積層方向に引っ張られるとき、第２フィルムの小さい駆動範囲では各アクチュエータ部は柔らかく変形するのに対して、小さい駆動範囲を超えて更に変形させると、第１フィルムの剛性により第２フィルムのばね定数が急激に増加し、各アクチュエータ部は急激に硬くなる。これにより、積層型静電アクチュエータの各アクチュエータ部におけるフィルム間距離の広がり過ぎを抑制でき、静電引力による充分な収縮力を発揮する。言い換えれば、弱い外力で積層方向に引っ張られる場合でも充分に大きなストロークが得られる一方で、強い外力を受けた場合にフィルム間隔が開き過ぎることがない。ストローク量が外力に依存しにくい。このため、フィルム間に電圧を印加して静電引力を発生させたとき、充分な収縮力を確保できる。すなわち、積層型静電アクチュエータは変位に対して非線形なばね特性を有する積層型静電アクチュエータの提供を実現できる。
【0021】
更に、フィルムに形成される接続領域のパターンを、軸線が積層方向から見て互いに所定角度（θ、θ＝０°を除く）で交差させるという単純な方法で、所望の非線形なばね特性を得ることが可能である。これにより、接続領域のパターンを簡易に制御でき、構造の安定性が向上し、長寿命化でき、製作性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本実施形態に係る積層型静電アクチュエータの基本構造を示す斜視図である。
【図7】本実施形態に係る積層型静電アクチュエータの静電力とばね力の合力と、電極層部の発生力との関係を示すグラフである。
【図7-1】他の実施形に係る積層型静電アクチュエータの２つのアクチュエータ部の重なり状態を説明するための説明図であり、（ａ）は積層方向から見た図、（ｂ）は（ａ）中の位置ＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。
【図8】折り曲げ構造によって作成した積層型静電アクチュエータを示す斜視図である。
【図9】巻き構造によって作成した積層型静電アクチュエータを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本実施形態に係る積層型静電アクチュエータの構成と作動態様及び効果について図１～図９に示す実施形態を例にとって具体的に説明する。尚、以下の説明では最初に本実施形態の積層型静電アクチュエータの基本構造について説明し、次に当該積層型静電アクチュエータの構成部材について具体的に説明する。続いて、積層型静電アクチュエータの作動態様について説明し、更に、積層型静電アクチュエータの発生力と静電力とばね力の合力との関係について言及する。次に、異なる層の電極を接続する機能を有した積層型静電アクチュエータの２種類の応用例について説明し、積層型静電アクチュエータの効果について言及する。最後に部分的構成を異ならせた積層型静電アクチュエータの他の実施形態について簡単に説明する。
【0024】
［第１実施形態］
（１－１）積層型静電アクチュエータの基本構造
図１は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータの基本構造を示す斜視図であり、図２は、図１に示す積層型静電アクチュエータのアクチュエータ部の基本構造の一部を示す分解斜視図である。図１に示すように、積層型静電アクチュエータ１は、複数のアクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃ，…２ｎ（以下、適宜「アクチュエータ部２」とする）が積層され、積層方向Ｚの上下両面に配置された端部材５ａ，５ｂに挟まれて構成される。アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃの各々は、積層方向Ｚから見て平面形状が四角形に形成される。図２に示すように、アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃは、一方の面に複数の第１接続領域７ａ１，７ｂ１，７ｃ１が所定パターンで形成された第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１と、第１接続領域７ａ１，７ｂ１，７ｃ１を介して第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１に接続された第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２と、を有して構成される。第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２は、第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１とは反対側の面に第１接続領域７ａ１，７ｂ１，７ｃ１のパターンと同一パターンの複数の第２接続領域７ａ２，７ｂ２，７ｃ２が形成される。重なり合う２つのアクチュエータ部２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃはそれぞれ第２接続領域７ｂ２；７ｃ２を介して接続され、アクチュエータ部２ａは第２接続領域７ａ２を介して積層方向Ｚの最上面に配置された端部材５ａに接続される。
（１－１）積層型静電アクチュエータの基本構造
図１は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータの基本構造を示す斜視図であり、図２は、図１に示す積層型静電アクチュエータのアクチュエータ部の基本構造の一部を示す分解斜視図である。図１に示すように、積層型静電アクチュエータ１は、複数のアクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃ，…２ｎ（以下、適宜「アクチュエータ部２」とする）が積層され、積層方向Ｚの上下両面に配置された端部材５ａ，５ｂに挟まれて構成される。アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃの各々は、積層方向Ｚから見て平面形状が四角形に形成される。図２に示すように、アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃは、一方の面に複数の第１接続領域７ａ１，７ｂ１，７ｃ１が所定パターンで形成された第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１と、第１接続領域７ａ１，７ｂ１，７ｃ１を介して第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１に接続された第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２と、を有して構成される。第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２は、第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１とは反対側の面に第１接続領域７ａ１，７ｂ１，７ｃ１のパターンと同一パターンの複数の第２接続領域７ａ２，７ｂ２，７ｃ２が形成される。重なり合う２つのアクチュエータ部２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃはそれぞれ第２接続領域７ｂ２；７ｃ２を介して接続され、アクチュエータ部２ａは第２接続領域７ａ２を介して積層方向Ｚの最上面に配置された端部材５ａに接続される。
【0025】
ここで、第１接続領域７ａ１は均一な幅を有する直線状に形成され、複数の第１接続領域７ａ１は第１フィルム３ａ１上に等間隔で互いに平行に配置される。同様に、第１接続領域７ｂ１も均一な幅を有する直線状に形成され、複数の第１接続領域７ｂ１は第１フィルム３ｂ１上に等間隔で互いに平行に配置され、第１接続領域７ｃ１も均一な幅を有する直線状に形成され、複数の第１接続領域７ｃ１は第１フィルム３ｃ１上に等間隔で互いに平行に配置される。また、第２接続領域７ａ２，７ｂ２，７ｃ２はそれぞれ、第１接続領域７ａ１，７ｂ１，７ｃ１の直線パターンと同一の直線パターンに形成され、複数の第２接続領域７ａ２，７ｂ２，７ｃ２は第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２上に等間隔で互いに平行に配置される。そして、複数の第１接続領域７ａ１の直線パターンと複数の第２接続領域７ａ２の直線パターンとは、積層方向Ｚから見て互いに重ならないように配置される。接続領域７ｂ，７ｃも同様に配置される。よって、第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１及び第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２はいずれも、積層方向Ｚから見て隣り合う接続領域間の中央に直線状で幅が実質的に一定の非接続領域１５が形成される。
【0026】
かかる構成を有するアクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃは、交差角度θが９０°となるように積層される。これにより、積層型静電アクチュエータ１は、図１に示すように、積層方向Ｚの最上面に配置された端部材５ａから下に向けて、１段目のアクチュエータ部２ａが設けられ、その下方に、９０°角度を変えて２段目のアクチュエータ部２ｂが設けられる。尚、以下同様にして９０°角度を変えて、３段目からｎ段目までのアクチュエータ部２ｃ，…２ｎが順次設けられ、積層方向Ｚの最下面に端部材５ｂが配置されて、積層型静電アクチュエータ１は構成される。
【0027】
ここで、本明細書においてこの文脈で使用される「幅が実質的に一定の」という用語は、接続領域間に形成される非接続領域の幅が積層方向Ｚから見て一定の場合に加えて、製造その他の目的のために、±５乃至１０％程度の幅の揺らぎも含むことを意図する。また、本第１実施形態では交差角度θが９０°となる場合を例にして説明しているが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、６０°や７２°等０°以外の任意角度（厳密には、軸線間の鋭角部が０°＜θ≦９０°（直角含む））を含むことを意図する。
【0028】
（１－２）積層型静電アクチュエータの構成部材
＜フィルム＞
図３は、図２に示すアクチュエータ部のフィルムの積層構造を示す断面図である。図３（ａ）は、アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃの第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１（以下、「導電性フィルムＰ」と呼称する）の積層構造を示し、図３（ｂ）は、第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２（以下、「絶縁性フィルムＱ」と呼称する）の積層構造を示す。
＜フィルム＞
図３は、図２に示すアクチュエータ部のフィルムの積層構造を示す断面図である。図３（ａ）は、アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃの第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１（以下、「導電性フィルムＰ」と呼称する）の積層構造を示し、図３（ｂ）は、第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２（以下、「絶縁性フィルムＱ」と呼称する）の積層構造を示す。
【0029】
導電性フィルムＰは、例えば、導電層２１を中央に挟んでその表面と裏面に絶縁層２３を配置した３層フィルム構造によって構成される。導電層２１は、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミ（Ａｌ）等の金属膜や導電性高分子、または導電性の炭素同素体（または炭素を主体とした導電性の混合体）が適用できる。絶縁層２３としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やカプトン、パリレン（登録商標）、シリコン系材料や炭素系材料等の絶縁性の高分子膜が適用できるが、これに限定されるわけではない。ここで、導電層２１の厚さをｔ２１、絶縁層２３の厚さをｔ２３とすれば、導電性フィルムＰの厚さｔは、ｔ＝ｔ２１＋２×ｔ２３となる。導電性フィルムＰの厚さｔは、例えば数マイクロメートルである。なお、導電性フィルムＰが３層フィルム構造であるというのは一例を示しているに過ぎず、例えば、導電層２１は複数の異なる導電率やヤング率を有する異種導電体から成る多層構造でもよく、また、絶縁層２３は複数の異なる電気抵抗率やヤング率を有する異種絶縁体から成る多層構造でもよい。
【0030】
一方、絶縁性フィルムＱは、導電層２１を有さず、絶縁層２３’によって構成される。絶縁層２３’としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やカプトン、パリレン（登録商標）、シリコン系材料や炭素系材料等の絶縁性の高分子膜が適用できるが、これに限定されるわけではない。また、絶縁層２３’は単一材料から成る１層構造でもよく、複数の異なる電気抵抗率やヤング率を有する異種絶縁体から成る多層構造でもよい。ここで、絶縁層２３’の厚さをｔ２３’とすれば、絶縁性フィルムＱの厚さｔ’は、ｔ’＝ｔ２３’となる。絶縁性フィルムＱの厚さｔ’は、例えば数マイクロメートルである。
【0031】
＜接続部＞
図４は、図１に示すアクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃの基本構造の一部を拡大して示す正面図であり、図５は、その側面図である。いずれも、２つの端部材５ａ，５ｂ（図１）の間に積層方向Ｚに離そうとする向きの外力が作用して、第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１と第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２との間隔が伸長した状態を示す。各アクチュエータ部の第１接続領域及び第２接続領域（以下、適宜「接続領域７」とする）は互いに離間しているため、積層される上下の第１フィルムと第２フィルムとの間で接続領域７，７間に形成される非接続領域１５には空間１１，１３が形成される。
図４は、図１に示すアクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃの基本構造の一部を拡大して示す正面図であり、図５は、その側面図である。いずれも、２つの端部材５ａ，５ｂ（図１）の間に積層方向Ｚに離そうとする向きの外力が作用して、第１フィルム３ａ１，３ｂ１，３ｃ１と第２フィルム３ａ２，３ｂ２，３ｃ２との間隔が伸長した状態を示す。各アクチュエータ部の第１接続領域及び第２接続領域（以下、適宜「接続領域７」とする）は互いに離間しているため、積層される上下の第１フィルムと第２フィルムとの間で接続領域７，７間に形成される非接続領域１５には空間１１，１３が形成される。
【0032】
より具体的には、アクチュエータ部２ａの複数の第１接続領域７ａ１は、第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２とを接続し、隣り合う第１接続領域７ａ１，７ａ１の間に空間１３が形成される（図４）。複数の第２接続領域７ａ２は、第２フィルム３ａ２と積層方向Ｚの最上面の端部材５ａとを接続し、隣り合う第２接続領域７ａ２，７ａ２の間に空間１１が形成される。そして、第１接続領域７ａ１は、第２接続領域７ａ２と積層方向Ｚから見て互いに重ならないように配置される。具体的には、第１接続領域７ａ１及び第２接続領域７ａ２は、奥行き方向Ｙに長い線状又は帯状で、幅方向Ｘに等間隔に配置されて構成され、且つ、第１接続領域７ａ１及び第２接続領域７ａ２は、互いに他方の接続領域の間の空間の中央に位置するように、幅方向Ｘにそれぞれ半ピッチずれて配置される。同様に、アクチュエータ部２ｃの複数の第１接続領域７ｃ１は、第１フィルム３ｃ１と第２フィルム３ｃ２とを接続し、隣り合う第１接続領域７ｃ１，７ｃ１の間に空間１３が形成される（図４）。複数の第２接続領域７ｃ２は、第２フィルム３ｃ２と積層方向Ｚの上側のアクチュエータ部２ｂの第１フィルム３ｂ１とを接続し、隣り合う第２接続領域７ｃ２，７ｃ２の間に空間１１が形成される。
【0033】
また、アクチュエータ部２ｂの複数の第１接続領域７ｂ１は、第１フィルム３ｂ１と第２フィルム３ｂ２とを接続し、隣り合う第１接続領域７ｂ１，７ｂ１の間に空間１３が形成される（図５）。第２接続領域７ｂ２は、アクチュエータ部２ｂの第２フィルム３ｂ２とアクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１とを接続し、隣り合う第２接続領域７ｂ２，７ｂ２の間に空間１１が形成される。そして、第１接続領域７ｂ１は、第２接続領域７ｂ２と積層方向Ｚから見て互いに重ならないように配置される。また、第１接続領域７ｂ１及び第２接続領域７ｂ２は、幅方向Ｘに長い線状又は帯状で、奥行き方向Ｙに等間隔に配置されて構成され、且つ、第１接続領域７ｂ１及び第２接続領域７ｂ２は、互いに他方の接続領域の間の空間の中央に位置するように、奥行き方向Ｙにそれぞれ半ピッチずれて配置される。
【0034】
接続領域７において第１フィルムと第２フィルムとを接続する材料としては、接着剤が一例として使用でき、凸板印刷、オフセット印刷、孔版印刷やインクジェットプリンタ等の方式を用いて、一定の塗布厚及び所定のパターンになるように精度良く塗布し接着部を構成する。或いは、表面処理等による化学処理によって絶縁層２３または２３’（図３）に化学結合層を構成してもよい。接着部を構成する場合は２つのフィルム３ａ１，３ａ２は接着剤を介して結合され、化学処理による結合層を構成する場合は２つのフィルム３ａ１，３ａ２は共有結合される。その他にも、絶縁層２３または２３’を溶着するなどの方法でも接続領域を形成することができ、上記の結合パターンが形成されれば、これらの方法に限定されるものではない。
【0035】
＜ヒンジ部＞
図４及び図５を用いて上述したように、第２フィルム３ａ２は上下両面がそれぞれ第１接続領域７ａ１及び第２接続領域７ａ２に接続するので、第１接続領域７ａ１及び第２接続領域７ａ２に対応する第２フィルム３ａ２の部分（以下、適宜「接続面部８１，８２」（図６）とする）は、他の領域（接続に寄与しない非接続領域。以下、「非接続領域１５」とする）に対応する第２フィルム３ａ２の部分に比して剛性が大きい。同様に、第１接続領域７ｂ１及び第２接続領域７ｂ２に対応する第２フィルム３ｂ２の接続面部８１，８２は、第２フィルム３ｂ２の非接続領域１５に比して剛性が大きい。
図４及び図５を用いて上述したように、第２フィルム３ａ２は上下両面がそれぞれ第１接続領域７ａ１及び第２接続領域７ａ２に接続するので、第１接続領域７ａ１及び第２接続領域７ａ２に対応する第２フィルム３ａ２の部分（以下、適宜「接続面部８１，８２」（図６）とする）は、他の領域（接続に寄与しない非接続領域。以下、「非接続領域１５」とする）に対応する第２フィルム３ａ２の部分に比して剛性が大きい。同様に、第１接続領域７ｂ１及び第２接続領域７ｂ２に対応する第２フィルム３ｂ２の接続面部８１，８２は、第２フィルム３ｂ２の非接続領域１５に比して剛性が大きい。
【0036】
積層方向Ｚに２つの端部材５ａ，５ｂ（図１）を引き離す方向の引っ張り力（外力）が印加されると、アクチュエータ部２ａの第２フィルム３ａ２及びアクチュエータ部２ｂの第２フィルム３ｂ２のそれぞれの非接続領域１５が弾性変形して、第１フィルムと第２フィルムとの間隔３ａ１と３ａ２，３ｂ２と３ａ１，３ｂ１と３ｂ２の間隔は広がり（図４，図５）、積層型静電アクチュエータ１は積層方向Ｚに伸長する（図１）。非接続領域１５に対応する第２フィルム３ａ２，３ｂ２の部分を「ヒンジ部１５」と定義する。
【0037】
アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１とアクチュエータ部２ｂの第１フィルム３ｂ１との間に電圧が印加されると、印加された電圧に起因する静電引力により第１フィルム３ａ１，３ｂ１間の間隔は初期状態に戻り（後述）、第１フィルム３ａ１，３ｂ１の間隔は狭まる。他の第１フィルム３ｂ１，３ｃ１間も同様に静電引力により狭まるため、積層型静電アクチュエータ１は積層方向Ｚに収縮する。
【0038】
アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１は、上面が第１接続領域７ａ１において第２フィルム３ａ２に接続し、下面が第２接続領域７ｂ２において第２フィルム３ｂ２に接続する。第１接続領域７ａ１は奥行き方向Ｙに延伸し、第２接続領域７ｂ２は幅方向Ｘに延伸するので、第２接続領域７ｂ２は、アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１の奥行き方向Ｙに延伸するヒンジ部１５の変形に対してリブとして作用する。よって、アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１は、第２フィルム３ａ２に比して剛性が大きい。従って、積層型静電アクチュエータ１に積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されるとき、アクチュエータ部２ａの第２フィルム３ａ２及びアクチュエータ部２ｂの第２フィルム３ｂ２のそれぞれのヒンジ部１５は弾性変形（曲げと伸長）するが、アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１の弾性変形は前述の構造により抑制される。
【0039】
第１フィルム３ａ１，３ｂ１の変形が抑制され、第２フィルム３ａ２，３ｂ２のヒンジ部１５のみ変形する場合、第２フィルム３ａ２，３ｂ２においてヒンジ部１５と接続面部８１，８２の境界位置Ｏ（図６）は、幅方向Ｘと奥行き方向Ｙの動きが拘束される。このような拘束条件の下でヒンジ部１５が変形すると、第２フィルム３ａ２，３ｂ２の境界位置Ｏ付近は主に剪断変形または曲げ変形をしてヒンジ部１５が柔らかいばねのように振る舞うのに対して、更に変形させようとして外力を加えると、ヒンジ部１５が積層方向Ｚに向かって傾斜し、ヒンジ部１５は引っ張り変形するようになり硬いばねのように振る舞う。このため、外力印加前の初期状態から積層型静電アクチュエータ１が積層方向Ｚに伸長し始める小変形範囲ではヒンジ部１５は柔らかく、外力に対して第１フィルム３ａ１，３ｂ１間が広がりやすい一方で、更に変形させようと外力を加えても、ヒンジ部１５が急激に硬くなり、第１フィルム３ａ１，３ｂ１間が急激に広がりにくくなる。
【0040】
これは言い換えると、積層型静電アクチュエータ１の小変形範囲では各アクチュエータ部２ａ，２ｂのヒンジ部１５のばね定数が小さく、アクチュエータ部２ａ，２ｂは柔らかく変形するのに対して、小変形範囲以上に更に変形させようとしても、第２フィルム３ａ２，３ｂ２のばね定数が急激に増加し、各アクチュエータ部２ａ，２ｂは急激に変形しにくくなる。即ち、積層型静電アクチュエータ１は、各アクチュエータ部２ａ，２ｂにおいて非線形なばね特性を有し、これにより各フィルム間の距離、特に第１フィルム３ａ１，３ｂ１間の距離の広がり過ぎを抑制することができ、充分な静電引力を得ることが可能になる。
【0041】
以上の理由から、積層型静電アクチュエータ１は、積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されるとき、アクチュエータ部２ａ，２ｂにおいて、第２フィルム３ａ２，３ｂ２は弾性変形して、積層型静電アクチュエータ１は伸長状態となる。このとき第１フィルム３ａ１の変形は抑制される。伸長状態のときに積層型静電アクチュエータ１に電圧が印加されると、アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１とアクチュエータ部２ｂの第１フィルム３ｂ１との間に静電引力が作用し、第１フィルム３ａ１，３ｂ１の間隔は狭まる。その結果、積層型静電アクチュエータ１は積層方向Ｚに収縮する。逆に電圧を０にすると、外力によってアクチュエータ部２ａの第２フィルム３ａ２及びアクチュエータ部２ｂの第２フィルム３ｂ２のそれぞれの非接続領域１５が弾性変形して、第１フィルムと第２フィルムとの間隔３ａ１と３ａ２，３ｂ２と３ａ１，３ｂ１と３ｂ２の間隔は広がり、積層型静電アクチュエータ１は積層方向Ｚに伸長する。従って、印加する電圧をオン／オフすることにより積層型静電アクチュエータ１を伸縮運動させることができる。
【0042】
＜空間＞
積層型静電アクチュエータ１に積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加されて積層型静電アクチュエータ１が伸長状態となるとき、第２フィルム３ａ２，３ｂ２は、その上の層（それぞれ、積層方向Ｚの最上面の端部材５ａ，アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１）との間の空間１１が大きくなり、その下の層（それぞれ、第１フィルム３ａ１，３ｂ１）との間の空間１３が大きくなる（図４，図５）。これらの空間１１，１３は、以下に説明する積層型静電アクチュエータ１の伸縮動作を妨げることなく充分な伸縮量を確保するために外部との間で流体連通しており、絶縁流体が通る絶縁流体部として機能する。また、これらの空間１１，１３の開口面積は、アクチュエータ部２ａ，２ｂの伸長時、収縮時の違いによって変化する。即ち、積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加されると、主に第２フィルムが弾性変形して各第１フィルムの間隔は離間し、空間１１，１３の開口面積が大きくなり、電極層間に電圧が印加されて静電引力が作用すると、各第１フィルムの間隔は狭まり、空間１１，１３の開口面積が小さくなる。
積層型静電アクチュエータ１に積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加されて積層型静電アクチュエータ１が伸長状態となるとき、第２フィルム３ａ２，３ｂ２は、その上の層（それぞれ、積層方向Ｚの最上面の端部材５ａ，アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１）との間の空間１１が大きくなり、その下の層（それぞれ、第１フィルム３ａ１，３ｂ１）との間の空間１３が大きくなる（図４，図５）。これらの空間１１，１３は、以下に説明する積層型静電アクチュエータ１の伸縮動作を妨げることなく充分な伸縮量を確保するために外部との間で流体連通しており、絶縁流体が通る絶縁流体部として機能する。また、これらの空間１１，１３の開口面積は、アクチュエータ部２ａ，２ｂの伸長時、収縮時の違いによって変化する。即ち、積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加されると、主に第２フィルムが弾性変形して各第１フィルムの間隔は離間し、空間１１，１３の開口面積が大きくなり、電極層間に電圧が印加されて静電引力が作用すると、各第１フィルムの間隔は狭まり、空間１１，１３の開口面積が小さくなる。
【0043】
（１－３）積層型静電アクチュエータの作動態様
かかる構成を有する積層型静電アクチュエータ１は、積層方向Ｚに印加される引っ張り力（外力）の有無、及び、第１フィルム間に印加される電圧の有無によって、伸縮状態が変化する。
かかる構成を有する積層型静電アクチュエータ１は、積層方向Ｚに印加される引っ張り力（外力）の有無、及び、第１フィルム間に印加される電圧の有無によって、伸縮状態が変化する。
【0044】
＜初期状態（収縮状態）＞
初期状態において、或いは、積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加された後に第１フィルム間に電圧が印加されて静電引力が作用しバランスするとき、ヒンジ部１５は変形せず、第１フィルム３ａ１及び第２フィルム３ａ２は平面状態である。このときの第１フィルム３ａ１の導電層２１から第１フィルム３ｂ１の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ初期＝２×ｔ２３＋ｔ２３’である（図示省略）。
初期状態において、或いは、積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加された後に第１フィルム間に電圧が印加されて静電引力が作用しバランスするとき、ヒンジ部１５は変形せず、第１フィルム３ａ１及び第２フィルム３ａ２は平面状態である。このときの第１フィルム３ａ１の導電層２１から第１フィルム３ｂ１の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ初期＝２×ｔ２３＋ｔ２３’である（図示省略）。
【0045】
＜伸長状態＞
積層型静電アクチュエータ１に積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されると、アクチュエータ部２ａの第２フィルム３ａ２の非接続領域１５（ヒンジ部１５）が弾性変形（曲げと伸長）して、第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間隔は広がり（図４）、積層型静電アクチュエータ１は積層方向Ｚに伸長する（図１）。図６は、積層型静電アクチュエータ１の伸長状態のアクチュエータ部２ａを示す断面図である。図６に示すように、積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されると、第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間隔は広がる。この場合のヒンジ部１５のばね変位をσとすれば、第１フィルム３ａ１の導電層２１から第１フィルム３ｂ１の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ伸長＝２×ｔ２３＋ｔ２３’＋σである。
積層型静電アクチュエータ１に積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されると、アクチュエータ部２ａの第２フィルム３ａ２の非接続領域１５（ヒンジ部１５）が弾性変形（曲げと伸長）して、第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間隔は広がり（図４）、積層型静電アクチュエータ１は積層方向Ｚに伸長する（図１）。図６は、積層型静電アクチュエータ１の伸長状態のアクチュエータ部２ａを示す断面図である。図６に示すように、積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されると、第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間隔は広がる。この場合のヒンジ部１５のばね変位をσとすれば、第１フィルム３ａ１の導電層２１から第１フィルム３ｂ１の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ伸長＝２×ｔ２３＋ｔ２３’＋σである。
【0046】
上述の通り、アクチュエータ部２ｂの第２接続領域７ｂ２がアクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１における積層方向Ｚの変形を妨げるリブとして作用し、第１フィルム３ａ１の変形は抑制されるから、ヒンジ部１５の固定端が積層方向Ｚに移動する変形が生じる。これまで、主にアクチュエータ部２ａ，２ｂについて述べてきたが、以上の議論は各アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃ，…，２ｎについても同様に成り立つから、このようなアクチュエータ部２がｎ個積層された積層型静電アクチュエータ１のストロークＵは、Ｕ＝ｎ×（ｕ伸長－ｕ初期）＝ｎ×σとなる。
【0047】
（１－４）アクチュエータ部の発生力と静電力とばね力の合力との関係
図７は、積層型静電アクチュエータ１の静電力とばね力の合力と、アクチュエータ部２の発生力Ｆとの関係を示すグラフである。横軸はばね変位σ、縦軸はアクチュエータ部２の発生力Ｆを示す。ばね力はばね変位σが大きくなるに従って非線形な増加を示し、静電力は、逆にばね変位σが大きくなるに従って、近似的にはσの２乗に反比例して減少する。また、静電力とばね力の合力は、図示のようなＵ字状のカーブを描く。そして、アクチュエータ部２の発生力Ｆは、上記合力が最小値をＦｍｉｎとすると、少なくともＦｍｉｎ以上の大きさで収縮方向に作用する。
図７は、積層型静電アクチュエータ１の静電力とばね力の合力と、アクチュエータ部２の発生力Ｆとの関係を示すグラフである。横軸はばね変位σ、縦軸はアクチュエータ部２の発生力Ｆを示す。ばね力はばね変位σが大きくなるに従って非線形な増加を示し、静電力は、逆にばね変位σが大きくなるに従って、近似的にはσの２乗に反比例して減少する。また、静電力とばね力の合力は、図示のようなＵ字状のカーブを描く。そして、アクチュエータ部２の発生力Ｆは、上記合力が最小値をＦｍｉｎとすると、少なくともＦｍｉｎ以上の大きさで収縮方向に作用する。
【0048】
［第２実施形態］
第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１は、アクチュエータ部２を構成する第１フィルム３ａ１，３ｂ１が導電性フィルムＰで構成され、第２フィルム３ａ２，３ｂ２が絶縁性フィルムＱで構成されるのに対して、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１は、アクチュエータ部を構成する第１及び第２フィルムのいずれもが導電性フィルムＰで構成される点で、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１と相違する。
第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１は、アクチュエータ部２を構成する第１フィルム３ａ１，３ｂ１が導電性フィルムＰで構成され、第２フィルム３ａ２，３ｂ２が絶縁性フィルムＱで構成されるのに対して、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１は、アクチュエータ部を構成する第１及び第２フィルムのいずれもが導電性フィルムＰで構成される点で、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１と相違する。
【0049】
（２－１）積層型静電アクチュエータの基本構造
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１の基本構造及びアクチュエータ部の基本構造は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれらと同じであり、図１及び図２をそのまま適用する。また、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１との同一又は類似の要素については、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１の基本構造及びアクチュエータ部の基本構造は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれらと同じであり、図１及び図２をそのまま適用する。また、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１との同一又は類似の要素については、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。
【0050】
（２－２）積層型静電アクチュエータの構成部材
＜フィルム＞
上述したように、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１は、アクチュエータ部を構成する第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２のいずれもが、図３（ａ）に示す導電性フィルムＰで構成される。
＜フィルム＞
上述したように、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１は、アクチュエータ部を構成する第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２のいずれもが、図３（ａ）に示す導電性フィルムＰで構成される。
【0051】
＜接続部＞
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１のアクチュエータ部の接続部は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれと同じである。
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１のアクチュエータ部の接続部は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれと同じである。
【0052】
＜ヒンジ部＞
第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１では、重なり合うアクチュエータ部２の第１フィルム３ａ１，３ｂ１間に電圧が印加されるのに対して、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１では、重なり合う第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２；３ｂ２，３ａ１間に電圧が印加される点で、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１と相違する。第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に電圧が印加されると、静電引力により第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間の間隔は初期状態に戻り（後述）、積層型静電アクチュエータ１０１は積層方向Ｚに収縮する。アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間に印加された電圧に起因する静電引力が作用し、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２の間隔は狭まる。他の第１及び第２フィルム３ｂ１，３ｂ２間も、重なり合う異なるアクチュエータ部２の第１フィルムと第２フィルム（例えば、３ｂ２と３ａ１）の間も、同様に静電引力により狭まるため、積層型静電アクチュエータ１０１は積層方向Ｚに収縮する。
第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１では、重なり合うアクチュエータ部２の第１フィルム３ａ１，３ｂ１間に電圧が印加されるのに対して、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１では、重なり合う第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２；３ｂ２，３ａ１間に電圧が印加される点で、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１と相違する。第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に電圧が印加されると、静電引力により第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間の間隔は初期状態に戻り（後述）、積層型静電アクチュエータ１０１は積層方向Ｚに収縮する。アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間に印加された電圧に起因する静電引力が作用し、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２の間隔は狭まる。他の第１及び第２フィルム３ｂ１，３ｂ２間も、重なり合う異なるアクチュエータ部２の第１フィルムと第２フィルム（例えば、３ｂ２と３ａ１）の間も、同様に静電引力により狭まるため、積層型静電アクチュエータ１０１は積層方向Ｚに収縮する。
【0053】
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１のアクチュエータ部の基本構造は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のアクチュエータ部２のそれと同じであるから、アクチュエータ部２ｂの第２接続領域７ｂ２は、アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１の非接続領域１５の積層方向Ｚの変形に対してリブとして作用する。よって、積層型静電アクチュエータ１０１に積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されるとき、アクチュエータ部２ａの第２フィルム３ａ２及びアクチュエータ部２ｂの第２フィルム３ｂ２のそれぞれの非接続領域１５は弾性変形（曲げと伸長）するが、アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１の変形は抑制される。従って、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１と同様に、各アクチュエータ部が非線形なばね特性を有する。
【0054】
＜空間＞
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１のアクチュエータ部の基本構造は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のアクチュエータ部２のそれと同じであるから、積層型静電アクチュエータ１０１に積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加されると、第２フィルム３ａ２は弾性変形して第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２の間隔は離間し、空間１１，１３の開口面積が大きくなり、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に電圧が印加されて静電引力が作用すると、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２の間隔は狭まり、空間１１，１３の開口面積が小さくなる。
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１のアクチュエータ部の基本構造は、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のアクチュエータ部２のそれと同じであるから、積層型静電アクチュエータ１０１に積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加されると、第２フィルム３ａ２は弾性変形して第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２の間隔は離間し、空間１１，１３の開口面積が大きくなり、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に電圧が印加されて静電引力が作用すると、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２の間隔は狭まり、空間１１，１３の開口面積が小さくなる。
【0055】
（２－３）積層型静電アクチュエータの作動態様
かかる構成を有する積層型静電アクチュエータ１０１は、積層方向Ｚに印加される引っ張り力（外力）の有無、及び、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に印加される電圧の有無によって、伸縮状態が変化する。
かかる構成を有する積層型静電アクチュエータ１０１は、積層方向Ｚに印加される引っ張り力（外力）の有無、及び、第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に印加される電圧の有無によって、伸縮状態が変化する。
【0056】
＜初期状態（収縮状態）＞
初期状態において、或いは、積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加された後に第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に電圧が印加されて静電引力が作用しバランスするとき、ヒンジ部１５は変形せず、第１フィルム３ａ１及び第２フィルム３ａ２は平面状態である。このときの第１フィルム３ａ１の導電層２１から第２フィルム３ａ２の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ初期＝２×ｔ２３である（図示省略）。
初期状態において、或いは、積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加された後に第１及び第２フィルム３ａ１，３ａ２間に電圧が印加されて静電引力が作用しバランスするとき、ヒンジ部１５は変形せず、第１フィルム３ａ１及び第２フィルム３ａ２は平面状態である。このときの第１フィルム３ａ１の導電層２１から第２フィルム３ａ２の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ初期＝２×ｔ２３である（図示省略）。
【0057】
＜伸長状態＞
積層型静電アクチュエータ１０１に積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されると、第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間隔は広がる。第１フィルム３ａ１の導電層２１から第２フィルム３ａ２の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ伸長＝２×ｔ２３＋σである。これまで、主にアクチュエータ部２ａ，２ｂについて述べてきたが、以上の議論は各アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃ，…，２ｎについても同様に成り立つから、このようなアクチュエータ部がｎ個積層された積層型静電アクチュエータ１０１のストロークＵは、Ｕ＝ｎ×（ｕ伸長－ｕ初期）＝ｎ×σとなる。
積層型静電アクチュエータ１０１に積層方向Ｚに引っ張り力（外力）が印加されると、第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２との間隔は広がる。第１フィルム３ａ１の導電層２１から第２フィルム３ａ２の導電層２１（図３）までの距離ｕは、ｕ伸長＝２×ｔ２３＋σである。これまで、主にアクチュエータ部２ａ，２ｂについて述べてきたが、以上の議論は各アクチュエータ部２ａ，２ｂ，２ｃ，…，２ｎについても同様に成り立つから、このようなアクチュエータ部がｎ個積層された積層型静電アクチュエータ１０１のストロークＵは、Ｕ＝ｎ×（ｕ伸長－ｕ初期）＝ｎ×σとなる。
【0058】
（２－４）アクチュエータ部の発生力と静電力とばね力の合力との関係
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１の基本構造は第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれと同じであるから、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１のアクチュエータ部の静電力とばね力の合力と、アクチュエータ部の発生力Ｆとの関係も、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれと同じであり、図７がそのまま当てはまる。但し、アクチュエータ部２を構成する第１フィルム３ａ１，３ｂ１間の静電引力で収縮する第１実施形態に比して、第２実施形態では第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２、または第２フィルム３ｂ２と第１フィルム３ａ１との間の距離が近いので、発生する静電引力が大きくなり収縮力が増加する。
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１の基本構造は第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれと同じであるから、第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１のアクチュエータ部の静電力とばね力の合力と、アクチュエータ部の発生力Ｆとの関係も、第１実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１のそれと同じであり、図７がそのまま当てはまる。但し、アクチュエータ部２を構成する第１フィルム３ａ１，３ｂ１間の静電引力で収縮する第１実施形態に比して、第２実施形態では第１フィルム３ａ１と第２フィルム３ａ２、または第２フィルム３ｂ２と第１フィルム３ａ１との間の距離が近いので、発生する静電引力が大きくなり収縮力が増加する。
【0059】
（２－５）積層型静電アクチュエータの応用例
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１を実際に製造する場合には、生産性の良い構造が求められる。以下、説明する２つの応用例は、生産性の良い効率的な製造が可能な構造の一例を示しており、それぞれ各層のアクチュエータ部２の端部に他層のアクチュエータ部２の端部と接続される外ヒンジ部１７が設けられていて、この外ヒンジ部１７によって同極電極の後工程接続が不要となり、生産性が向上する。更に、これらの応用例の構造は局所放電リスクのある電極接続部を有しないため、積層型静電アクチュエータの信頼性が向上する。
第２実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１０１を実際に製造する場合には、生産性の良い構造が求められる。以下、説明する２つの応用例は、生産性の良い効率的な製造が可能な構造の一例を示しており、それぞれ各層のアクチュエータ部２の端部に他層のアクチュエータ部２の端部と接続される外ヒンジ部１７が設けられていて、この外ヒンジ部１７によって同極電極の後工程接続が不要となり、生産性が向上する。更に、これらの応用例の構造は局所放電リスクのある電極接続部を有しないため、積層型静電アクチュエータの信頼性が向上する。
【0060】
＜折り曲げ構造＞
図８は、図１に示す積層型静電アクチュエータ１を折り曲げ構造によって作成した応用例１を示す斜視図である。応用例１に係る積層型静電アクチュエータ１Ａは、２つの長尺なリボン状電極３７、３９をジグザグ状に折り曲げて交互に折り重ねた紙ばね構造を有する。また、対向して積層される平面部が各層のアクチュエータ部２となり、それぞれのアクチュエータ部２の外方に延びるループ状の接続部が上述した外ヒンジ部１７として機能する。
図８は、図１に示す積層型静電アクチュエータ１を折り曲げ構造によって作成した応用例１を示す斜視図である。応用例１に係る積層型静電アクチュエータ１Ａは、２つの長尺なリボン状電極３７、３９をジグザグ状に折り曲げて交互に折り重ねた紙ばね構造を有する。また、対向して積層される平面部が各層のアクチュエータ部２となり、それぞれのアクチュエータ部２の外方に延びるループ状の接続部が上述した外ヒンジ部１７として機能する。
【0061】
かかる構成の積層型静電アクチュエータ部１Ａによれば、上述の通り効率の良い製造が可能である。また、本構成を有しない積層型静電アクチュエータの場合、アクチュエータ部の端部ほど変形しやすくアクチュエータ部間の距離が不均一になりやすいのに対して、積層型静電アクチュエータ部１Ａでは、外ヒンジ部１７がアクチュエータ部２の面方向の変形を抑制する半円筒の構造体として機能するため、アクチュエータ部２の端部は、アクチュエータ部２の中央部と同様に、各アクチュエータ部２のＺ方向に対面する接続面部８間の距離が均一になり、積層方向Ｚの動きが安定し均一になるとともに、駆動力を向上させることができる。更に、各アクチュエータ部２への電圧の印加は、外ヒンジ部１７を介して接続される２つのリボン状電極３７、３９に対して行えば良いので、配線が簡易になる。
【0062】
＜巻き構造＞
図９は、図１に示す積層型静電アクチュエータ１を巻き構造によって作成した応用例２を示す斜視図である。応用例２に係る積層型静電アクチュエータ１Ｂは、２つの長尺なリボン状電極３７、３９を中心から一方向に巻いた偏平な渦巻き状の巻き構造を有する。また、対向して積層される平面部が各層のアクチュエータ部２となり、それぞれのアクチュエータ部２の外方に延びるループ状の接続部が上述した外ヒンジ部１７として機能する。
図９は、図１に示す積層型静電アクチュエータ１を巻き構造によって作成した応用例２を示す斜視図である。応用例２に係る積層型静電アクチュエータ１Ｂは、２つの長尺なリボン状電極３７、３９を中心から一方向に巻いた偏平な渦巻き状の巻き構造を有する。また、対向して積層される平面部が各層のアクチュエータ部２となり、それぞれのアクチュエータ部２の外方に延びるループ状の接続部が上述した外ヒンジ部１７として機能する。
【0063】
かかる構成の積層型静電アクチュエータ１Ｂによっても、上記折り曲げ構造の積層型静電アクチュエータ１Ａと同様、効率の良い製造が可能である。また、各層のアクチュエータ部２への電圧の印加は、外ヒンジ部１７を介して接続される２つのリボン状電極３７、３９に対して行えば良いので、配線が簡易になる。
【0064】
（３）他の実施形態
上に説明した実施形態が本発明の基本的な実施形態になるが、本実施形態の積層型静電アクチュエータ１は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略、あるいは当業者において周知、慣用の技術を追加することが可能である。例えば、積層型静電アクチュエータ１の平面形状は、前述した実施形態で述べた四角形に限らず、三角形、五角形等他の多角形でもよいし、円形、半円形、長円形、楕円形等曲線を有する形状であってもよい。また、各層のアクチュエータ部２の交差角度θは、前述した実施形態で述べた９０°に限らず、積層型静電アクチュエータ１の平面形状が三角形の場合には、交差角度θを６０°にし、五角形の場合には交差角度θを７２°にする等、他の角度に設定することが可能である。
上に説明した実施形態が本発明の基本的な実施形態になるが、本実施形態の積層型静電アクチュエータ１は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略、あるいは当業者において周知、慣用の技術を追加することが可能である。例えば、積層型静電アクチュエータ１の平面形状は、前述した実施形態で述べた四角形に限らず、三角形、五角形等他の多角形でもよいし、円形、半円形、長円形、楕円形等曲線を有する形状であってもよい。また、各層のアクチュエータ部２の交差角度θは、前述した実施形態で述べた９０°に限らず、積層型静電アクチュエータ１の平面形状が三角形の場合には、交差角度θを６０°にし、五角形の場合には交差角度θを７２°にする等、他の角度に設定することが可能である。
【0065】
図７－１は、他の実施形態に係る積層型静電アクチュエータの２つのアクチュエータ部の重なり状態を説明するための説明図であり、（ａ）は積層方向Ｚから見た図であり、（ｂ）は（ａ）中の位置ＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。第１及び第２の実施形態に係る積層型静電アクチュエータ１はいずれも、交差角度θが９０°となるようにアクチュエータ部２ａ，２ｂが積層されて構成されるのに対して、他の実施形態に係る積層型静電アクチュエータは、交差角度θが９０°以外の鋭角となるようにアクチュエータ部２ａ，２ｂが積層されて構成される点で相違する。上に示した実施形態の要素と同一又は類似の要素には同一又は類似の符号を付して説明を省略する。（ａ）に示される第１フィルム３ａ１には上下に第１接続領域７ａ１（実線で示す）と第２フィルム３ｂ２の第２接続領域７ｂ２（破線で示す）が配置され、（ｂ）に示される第２フィルム３ａ２には上下に第２接続領域７ａ２（実線で示す）と第１接続領域７ａ１（破線で示す）が配置される。
【0066】
積層方向Ｚから見るとき、図７－１（ａ）に示されるように、アクチュエータ部２ａの第１フィルム３ａ１の上に配置された第１接続領域７ａ１のパターンの軸線と、アクチュエータ部２ａの下に積層されたアクチュエータ部２ｂの第２フィルム３ｂ２の第２接続領域７ｂ２のパターンの軸線とは、交差角度θが９０°以外の鋭角とで交差する。よって、積層型静電アクチュエータに積層方向Ｚの引っ張り力（外力）が印加されても第１フィルム３ａ１の変形は抑制される。これに対して、図７－１（ｂ）に示されるように、第２フィルム３ａ２の上に配置された第２接続領域７ａ２のパターンの軸線と、第１フィルム３ａ１の上に配置された第１接続領域７ａ１のパターンの軸線とは、平行であり交差しない。よって、積層型静電アクチュエータに積層方向の引っ張り力（外力）が印加されると、第２フィルム３ａ２は変形する。
【0067】
図７－２は、図７－１に示す積層型静電アクチュエータにおける、第１接続領域７ａ１と第２接続領域７ｂ２とが交差する条件を説明する説明図である。第１接続領域７ａ１及び第２接続領域７ｂ２のパターンはいずれも、実質的に均一な幅ｄを有する直線状に形成されて等間隔に配置され、アクチュエータ部２ａの第１接続領域７ａ１及びアクチュエータ部２ｂの第２接続領域７ｂ２のうちいずれか一方の接続領域のパターンの軸線の、積層方向Ｚから見た平面における長さをＬとし、一方の接続領域における積層方向Ｚから見た非接続領域間の幅を２×ｌ＋ｄとするとき（図６参照）、接続される２つのアクチュエータ部２ａ，２ｂ間のパターンの軸線における積層方向Ｚから見た交差角度θ［ｒａｄ］は、
を満たす。
【数2】
【0068】
また、接続領域７の形状や配置（パターン）も前述した実施形態で述べた形状と配置に拘らず、平面視円形または四角形のものを幅方向Ｘと奥行き方向Ｙに等間隔で配置したもの等、他の種々の形状と配置（パターン）を採用することが可能である。さらに、上記の説明では、各層のアクチュエータ部２の第１接続領域と第２接続領域はいずれも、均一な幅を有する直線状に形成されて等間隔に配置され、積層方向Ｚから見て第１接続領域が２つの第２接続領域間の空間の中央に位置するように配置されていたが、第１接続領域と第２接続領域は積層方向Ｚから見て互いに重なっていなければ、直線状である必要もなく等間隔である必要もない。
【符号の説明】
【0069】
１，１０１，１Ａ，１Ｂ：積層型静電アクチュエータ、
２，２ａ，２ｂ，２ｃ：アクチュエータ部、
３：フィルム、３ａ１，３ｂ１：第１フィルム、３ａ２，３ｂ２：第２フィルム、
５ａ，５ｂ：端部材、
７：接続領域、７ａ１，７ｂ１：第１接続領域、７ａ２，７ｂ２：第２接続領域、
８１，８２：接続面部、１１：空間、１３：空間、１５：非接続領域（またはヒンジ部）、１７：外ヒンジ部、
２１：導電層、２３：絶縁層、３７：リボン状電極、３９：リボン状電極、
θ：交差角度、Ｚ：積層方向、Ｘ：幅方向、Ｙ：奥行き方向、Ｘ、Ｙ：平面方向、
Ｕ：ストローク、ｕ：距離、σ：ばね変位、ｄ：（接続領域の）幅、ｌ：（ヒンジ部の）長さ、
Ｏ：支点、Ｆ：（アクチュエータ部の）発生力、Ｚ：積層方向
２，２ａ，２ｂ，２ｃ：アクチュエータ部、
３：フィルム、３ａ１，３ｂ１：第１フィルム、３ａ２，３ｂ２：第２フィルム、
５ａ，５ｂ：端部材、
７：接続領域、７ａ１，７ｂ１：第１接続領域、７ａ２，７ｂ２：第２接続領域、
８１，８２：接続面部、１１：空間、１３：空間、１５：非接続領域（またはヒンジ部）、１７：外ヒンジ部、
２１：導電層、２３：絶縁層、３７：リボン状電極、３９：リボン状電極、
θ：交差角度、Ｚ：積層方向、Ｘ：幅方向、Ｙ：奥行き方向、Ｘ、Ｙ：平面方向、
Ｕ：ストローク、ｕ：距離、σ：ばね変位、ｄ：（接続領域の）幅、ｌ：（ヒンジ部の）長さ、
Ｏ：支点、Ｆ：（アクチュエータ部の）発生力、Ｚ：積層方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図7-1】
【図7-2】
【図8】
【図9】