JP2005291026A - 自己屈曲薄膜及び運動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で、かつ、確実に推進可能な自己屈曲薄膜及び運動装置を提供する。
【解決手段】 アゾベンゼン化合物で構成された光屈曲膜１１を、３６６ｎｍの波長を有する光を出射する第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１と、５４０ｎｍの波長を有する光を出射する第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２とで挟むように配置した自己屈曲薄膜１を構成した。そして、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１と第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２とに交互に電気エネルギーを供給して、３６６ｎｍの波長を有する光を、また５４０ｎｍの波長を有する光を交互に光屈曲膜１１へ照射するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自己屈曲薄膜及び運動装置に関するものである。

近年、細菌などの鞭毛運動を模倣して自在に推進可能な運動装置としてのマイクロマシーンが注目されている。この種のマイクロマシーンにおいては、特に、生体内の、例えば血管内の血液といった低レイノルズ係数下の流体中を推進する医療用マイクロマシーンの開発が盛んに行われている。医療用マイクロマシーンは、たとえば、薬剤を搭載し、血管内を自己推進して目的の箇所に至ると、その搭載した薬剤を切り離して投与するといったものである。上記したマイクロマシーンにおいては、そのさらなる小型化のために、マイクロマシーンの駆動を制御するマイクロアクチュエータの開発が望まれている。

一方、近年、光などの特定波長の電磁波を受けることにより折れ曲がる高分子フィルムが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
Directed bending of a polymer film by light Miniaturizing a simple photomechanical system could expand its range of application. , NATURE, VIL425, 11 SEPTEMBER 2003

ところで、近年、上記非特許文献１に記載されている光駆動の高分子フィルムをマイクロマシーンの駆動機構に応用することが検討されつつある。しかしながら、上記非特許文献１に記載されている光駆動の高分子フィルムでは、特定波長の光源としてレーザが想定されており、そのレーザ光源が折れ曲がり部位から離れた所に配置することとなる。これにより、上記従来の光駆動の高分子フィルムでは、レーザ光源から折れ曲がり部の高分子フィルムまで長い光伝送路などが必要となる。したがって、上記従来の光駆動の高分子フィルムをマイクロマシーンに応用すると、駆動機構の性能、小型化及び軽量化などの点において、様々な制約条件が発生してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型で、かつ、確実に推進可能な自己屈曲薄膜及び運動装置を提供することにある。

本発明の自己屈曲薄膜は、第１の波長の光を出射する膜形状の第１の光源体と、前記第１の波長と異なる第２の波長の光を出射する膜形状の第２の光源体と、前記第１の波長の光と前記第２の波長との光に対して曲げ方向が異なる光屈曲膜とを備えた。

これによれば、第１の波長の光と第２の波長の光を交互に光屈曲膜に照射することで、光屈曲膜を、第１の光源体側と第２の光源体側とに交互に屈曲させることができる。従って、このように構成された自己屈曲薄膜を、例えば、低レイノルズ数の流体中に配置し、その光屈曲膜を第１の光源側と第２の光源側とに交互に屈曲させることで、その自己屈曲薄膜を、前記流体中にて推進させることができる。

この自己屈曲薄膜において、前記第１の光源体または前記第２の光源体の少なくともいずれか一方に膜形状の太陽電池を備えていてもよい。
これによれば、たとえば、第１の光源体及び第２の光源体は、太陽電池にて生じた電力によって駆動させる。従って、外部からの電力を供給させることなく、自己屈曲薄膜を推
進させることができる。

この自己屈曲薄膜において、前記第１の波長または前記第２の波長の少なくともいずれか一方は、３６６ｎｍであってもよい。
これによれば、たとえば、第２の波長が５４０ｎｍである場合、前記光屈曲膜に５４０ｎｍの波長の第２の光が照射されると屈曲し、３６６ｎｍの第１の波長の光が照射されると平面状にまっすぐに伸びる光屈曲膜である場合、前記第１の光源体と前記第２の光源体とを交互に光らせることによって駆動させる。この結果、自己屈曲薄膜を推進させることができる。

この自己屈曲薄膜において、前記光屈曲膜は、アゾベンゼン化合物であってもよい。
これによれば、アゾベンゼン化合物で構成された光屈曲膜を用いたので、前記第１の波長の光と前記第２の波長との光に対して確実に曲げ方向が異なる光屈曲膜を実現する。

この自己屈曲薄膜において、前記第１の光源体及び前記第２の光源体は、有機ＥＬ素子であってもよい。
これによれば、各光源体を有機ＥＬ素子で構成することによって、各光源体を薄く形成することができる。

この自己屈曲薄膜において、前記光源体と前記光屈曲膜の間に偏光板が配置されていてもよい。
これによれば、光源体から出射された光の波長に光屈曲膜の曲げ制御などを阻害する波長の光が含まれている場合、その阻害する波長の光を遮断して所望の波長の光のみを透過させることにより、光源体が出射する光の波長の許容範囲を広くすることができ、光源体の製造を容易化することができる。

この自己屈曲薄膜において、前記光源体に電力を供給可能な蓄電手段を備えていてもよい。
これによれば、例えば、太陽電池から電気エネルギーが供給されなくなった場合においても、電気エネルギーを光源体に供給することができる。

本発明の運動装置は、上記記載の自己屈曲薄膜を複数個連続して並んで接続してなる。
これによれば、前記自己屈曲薄膜を複数個連続して並んで接続し、第１の光源体及び第２の光源体を制御することで、運動装置の小型化、軽量化を実現することができる。

以下、本発明の実施形態に係る自己屈曲薄膜及び運動装置について図面を参照して説明する。尚、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る自己屈曲薄膜の全体斜視図である。図１に示すように、自己屈曲薄膜１は、図１中Ｚ矢印方向の長さ（厚さ）がＸ，Ｙ矢印方向への長さによりも短く、且つ、Ｙ方向の長さがＸ方向の長さ（幅）より長い略帯状の形態を成している。自己屈曲薄膜１は、その略中央部分が屈曲する屈曲部分であり、図１に示すように、その屈曲部分を領域Ｃで表す。

図２は、図１に示した領域Ｃを含む自己屈曲薄膜１の一部を透視した拡大斜視図である。図２に示すように、自己屈曲薄膜１は、複数の膜（本実施形態では４つ）が積層してなる多層積層構造を成している。詳しくは、自己屈曲薄膜１は、光屈曲膜１１、第１構造層１２、第２構造層１３及び太陽電池１４で構成されている。

また、自己屈曲薄膜１は、その領域Ｃ内において、第１の波長の光を出射する第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１と、該第１の波長とは異なった第２の波長の光を出射する第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２とを備えている。第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２は、ともに自己屈曲薄膜１の幅（Ｘ方向の長さ）とほぼ同程度の長さをもった膜形状の光源体である。そして、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１は、前記第１構造層１２の一部に埋め込まれるようにして形成され支持固定されている。一方、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２は、前記第２構造層１３の一部に埋め込まれるようにして形成され支持固定されている。

図３は、自己屈曲薄膜１の図２中ａ−ａ線での断面図である。図３に示すように、自己屈曲薄膜１を構成する前記各光屈曲膜１１、第１構造層１２、第２構造層１３及び太陽電池１４は、図３中Ｚ矢印方向に沿って図３中下側から、第２構造層１３、光屈曲膜１１、第１構造層１２、太陽電池１４の順に積層されている。

光屈曲膜１１は、互いに異なった波長の光が照射されると、その各波長の光に対して曲げ方向が異なって屈曲する高分子フィルムからなる膜である。本実施形態の光屈曲膜１１は、アゾベンゼン化合物で構成されている。そして、３６６ｎｍ以外の、たとえば５４０ｎｍの波長をもった光が照射されることにより、その照射された側を谷折り側として屈曲する特性を有する。また、光屈曲膜１１は、３６６ｎｍの波長をもった光が照射されることにより、平面状にまっすぐに伸びる特性を有する。さらに、光屈曲膜１１は、光の照射がなくなると、その状態を維持する特性を有する。

第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２は、それぞれ光屈曲膜１１を挟むように配置されている。すなわち、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１と第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２とで、光屈曲膜１１を挟んでなる積層構造をなしている。第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２から出射された各光は、それぞれ光屈曲膜１１を照射する。

図３中Ｚ矢印方向側の光屈曲膜１１上には、第１構造層１２が形成されている。第１構造層１２は、その領域Ｃ内に第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１を挟持するようにして支持固定している。また、図３中反Ｚ矢印方向側の光屈曲膜１１上には、第２構造層１３が形成されている。第２構造層１３は、その領域Ｃ内に第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２を挟持するようにして支持固定している。

この第１及び第２構造層１２，１３を構成する材料はどのようなものでもよいが、光屈曲膜１１の屈曲動作が阻害されることを回避すべく、柔軟性のある部材が好ましい。なお、第１及び第２構造層１２，１３は、自己屈曲薄膜１の主な屈曲部位とはならないので、第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２及び太陽電池１４ほどには柔軟性が必要とされない。

第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２は、ともにその各発光層が有機材料で構成されている。これにより、第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２自体を薄くすることができる。そして、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１は、第１の波長の光を出射するＥＬ素子である。また、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２は、第１の波長とは異なった第２の波長の光を出射するＥＬ素子である。本実施形態の第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１は、第１の波長として３６６ｎｍの波長の光を出射し、本実施形態の第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２は、第２の波長として、たとえば５４０ｎｍの波長の光を出射するＥＬ素子である。

また、第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２は、柔軟性を有して屈曲可能なものであることが好ましい。これは、光屈曲膜１１の屈曲動作を有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２が阻害することを回避するためである。例えば、各有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２を極めて
薄く構成することにより、柔軟性を持たせることができる。また、各有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２を多数の微小なＥＬ素子の集合物とすることによって柔軟性を持たせてもよい。

そして、光屈曲膜１１が形成される側と反対側の前記第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１上には、太陽電池１４が形成されている。この太陽電池１４は、本実施形態においては、第１構造層１２全面に渡って形成されている。

太陽電池１４は、膜状の太陽電池であって、シリコン太陽電池で構成されていても、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）といった化合物太陽電池で構成されていてもよい。太陽電池１４は、図示しない電気回路を介して第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２の各々に接続されている。そして、太陽電池１４は、外部から照射された光の光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを前記電気回路を介して各有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２へ供給する。尚、前記電気回路を構成する導電部材は、絶縁層などにより覆われていることが好ましい。

また、太陽電池１４は、フレキシブルに屈曲するものすなわち柔軟性のある薄膜であることが好ましい。特に太陽電池１４における自己屈曲薄膜１の屈曲部位、すなわち第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２に接触する部位近辺は柔軟性があることが好ましい。これは、光屈曲膜１１の屈曲動作を太陽電池１４が阻害することを回避するためである。例えば、太陽電池１４を複数に分割してその分割部位で柔軟性を持たせることとしてもよい。また、太陽電池１４を非常に薄い膜とすることによって柔軟性を持たせてもよい。

次に、本実施形態の自己屈曲薄膜１における第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２の周辺の詳細構成例について、図４及び図５を参照して説明する。
図４は、図３に示す自己屈曲薄膜１における第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の周辺領域Ｒ１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の周辺領域Ｒ２を特定するための図である。図５（ａ）は、周辺領域Ｒ１での第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の構成を説明するための図であり、同図（ｂ）は、周辺領域Ｒ２での第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の構成を説明するための図である。

図５（ａ）に示すように、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１は、透明基板１５Ａと、陽極１６Ａと、正孔注入層１７Ａと、発光層１８Ａと、陰極１９Ａとで構成され、それぞれ図５（ａ）中Ｚ矢印方向に沿って光屈曲膜１１側から透明基板１５Ａ→陽極１６Ａ→正孔注入層１７Ａ→発光層１８Ａ→陰極１９Ａの順に積層されている。また、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の透明基板１５Ａと光屈曲膜１１との間には、第１の偏光板２０Ａが配置されている。

透明基板１５Ａは、第１の偏光板２０Ａの上層に設けられている。透明基板１５Ａの材料としては、ガラス、石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）といった光透過性を有する絶縁材料で構成され、特に安価なソーダガラス基板が好適に用いられる。

陽極１６Ａは、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）といった光透過性を有する導電材料で構成されている。この陽極１６Ａは、正孔注入層１７Ａを介して発光層１８Ａへ正孔を注入する役割を果たす。

正孔注入層１７Ａは、例えばポリエチレンジオキシチオフェン等のポリチオフェン誘導体とポリスチレンスルホン酸等の混合物といった光透過性を有する導電材料で構成されている。この正孔注入層１７Ａは、陽極１６Ａから供給された正孔を受け、その正孔を発光層１８Ａへ注入すると共に、供給された正孔を正孔注入層１７Ａの内部において輸送する機能を有している。

発光層１８Ａは、特定の第１の波長の光を発光する層である。本実施形態の発光層１８Ａは、ポリシラン系の有機材料で構成され、３６６ｎｍである第１の波長を有する光を出射する。そして、発光層１８Ａは、正孔注入層１７Ａを介して陽極１６Ａから供給された正孔が、また、陰極１９Ａから供給される自由電子（以下、単に「電子」という）が注入される。そして、注入された正孔と電子とが再結合されることにより、第１の波長（＝３６６ｎｍ）に対応するエネルギーを有する光を出射する。

陰極１９Ａは、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜又は銀（Ａｇ）といった高反射率の金属膜で構成されている。即ち、陰極１９Ａは、電子を供給する電極としての機能の他に、発光層１８Ａから同陰極１９Ａ側に発光された光を反射させて透明基板１５Ａ側へ出射させることで光の取り出し効率を向上させる機能をも有している。尚、陰極１９Ａ上には、必要に応じてＳｉＯ，ＳｉＯ_２，ＳｉＮ等からなる酸化防止用の保護層を設けてもよい。また、陰極１９Ａと発光層１８Ａとの間には、電子注入／輸送層を設けてもよい。電子注入／輸送層は、電子を発光層１８Ａに注入する機能を有すると共に、電子を電子注入／輸送層内部において輸送する機能を有する。この電子注入／輸送層としては、例えばリチウムキノリノールやフッ化リチウム或いはバソフェンセシウム等を好適に用いることができる。また、仕事関数が４ｅＶ以下の金属、例えばＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｙｂ、Ｓｍなども用いることができる。

このように構成された第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１は柔軟性に富んでいることが好ましいので、透明基板１５Ａ、陽極１６Ａ、正孔注入層１７Ａ、発光層１８Ａ及び陰極１９Ａは、それぞれ柔軟性に富んでいることが好ましく、それぞれ極めて薄いことが好ましい。

第１の偏光板２０Ａは、同有機ＥＬ素子ＬＦ１の発光層１８Ａから出射される第１の波長（３６６ｎｍ）の光が、光屈曲膜１１の曲げ制御などを阻害する波長の光を含んでいるときに、その阻害する波長の光を遮断して所望の第１の波長（３６６ｎｍ）の光のみを透過させるものである。これにより、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１が出射する光の波長の許容範囲を広くすることができ、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の製造を容易化することができる。また、第１の偏光板２０Ａは、柔軟性に富んでいることが好ましく、極めて薄いことが好ましい。

そして、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１における陽極１６Ａは、前記した図示しない電気回路を介して太陽電池１４の高電位側端子（プラス端子）に電気的に接続されている。この電気的接続は、第１構造層１２にスルーホールなどを設けることで実現してもよい。また、この電気的接続を開／閉切り替えるスイッチを設けてもよい。尚、図５（ａ）においては、太陽電池１４は、その電気的等価部材として符号１４Ａで示されている。

また、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１における陰極１９Ａは、太陽電池１４の低電位側端子（マイナス端子）に形成されたキャパシタ膜Ｋを介して電気的に接続されている。このキャパシタ膜Ｋ、太陽電池１４から出力された電気エネルギー（電荷）を充電する蓄電手段をなすものである。このキャパシタ膜Ｋは、太陽電池１４をなす膜、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１又は第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２に含まれていてもよい。また、キャパシタ膜Ｋは、太陽電池１４をなす膜と第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１との間に配置されていてもよい。そして、キャパシタ膜Ｋは、自己屈曲薄膜１が暗部に配置されて太陽電池１４が電気エネルギーを発生しなくなったときでも、充電されている電気エネルギーを第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１に供給することができる。尚、このキャパシタ膜Ｋを設けずに、太陽電池１４の低電位側端子（マイナス端子）が直接陰極１９Ａに接続されるようにしてもよい。

このような構成において、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１は、太陽電池１４から供給される電気エネルギーが供給され、その結果、前記発光層１８Ａから第１の波長（３６６ｎｍ）
の光が、透明基板１５Ａ側から出射され、第１の偏光板２０Ａを通って光屈曲膜１１に到達する。

一方、図５（ｂ）に示すように、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２は、透明基板１５Ｂと、陽極１６Ｂと、正孔注入層１７Ｂと、発光層１８Ｂと、陰極１９Ｂとから構成され、それぞれ図５（ｂ）中反Ｚ矢印方向に沿って光屈曲膜１１側から透明基板１５Ｂ→陽極１６Ｂ→正孔注入層１７Ｂ→発光層１８Ｂ→陰極１９Ｂの順に積層されている。また、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の透明基板１５Ｂと光屈曲膜１１との間には、第２の偏光板２０Ｂが配置されている。

そして、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の各透明基板１５Ｂ、陽極１６Ｂ、正孔注入層１７Ｂ及び陰極１９Ｂは、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の各透明基板１５Ａ、陽極１６Ａ、正孔注入層１７Ａ及び陰極１９Ａと同一材料及び機能を有する。従って、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の各透明基板１５Ｂ、陽極１６Ｂ、正孔注入層１７Ｂ及び陰極１９Ｂの詳細な説明は省略する。

第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の発光層１８Ｂは、本実施形態においては、例えば、アントラセンやピレン、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、ビススチリルアントラセン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、またはこれら低分子材料に、ルブレン、キナクリドン誘導体、フェノキサゾン誘導体、ＤＣＭ、ＤＣＪ、ペリノン、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ジアザインダセン誘導体等をドープした有機材料である。そして、この発光層１８Ｂから出射される光の第２の波長は、たとえば、５４０ｎｍである。

また、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の第２の偏光板２０Ｂは、第１の波長（３６６ｎｍ）の光とは異なった特定の第２の波長（たとえば、５４０ｎｍ）のみを透過させるものである。つまり、第２の偏光板２０Ｂは、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の発光層１８Ｂから出射される第２の波長の光が、光屈曲膜１１の曲げ制御などを阻害する波長の光を含んでいるときに、その阻害する波長の光を遮断して所望の第２の波長の光のみを透過させるものである。これにより、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２が出射する光の波長の許容範囲を広くすることができ、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の製造を容易化することができる。また、第２の偏光板２０Ｂは、柔軟性に富んでいることが好ましく、極めて薄いことが好ましい。

そして、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２における陽極１６Ｂは、前記電気回路を介して太陽電池１４の高電位側端子（プラス端子）に電気的に接続されている。つまり、前記第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の陽極１６Ａに接続され、太陽電池１４からの電気エネルギーとしての電流を供給する前記電気回路は、この第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２における陽極１６Ｂにも接続されるように引き回されている。

また、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２における陰極１９Ｂは、太陽電池１４の低電位側端子（マイナス端子）に形成された前記キャパシタ膜Ｋを介して電気的に接続されている。そして、キャパシタ膜Ｋは、自己屈曲薄膜１が暗部に配置されて太陽電池１４が電気エネルギーを発生しなくなったときでも、充電されている電気エネルギーを第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２に供給することができる。尚、このキャパシタ膜Ｋを設けずに、太陽電池１４の低電位側端子（マイナス端子）が直接陰極１９Ｂに接続されるようにしてもよい。

このような構成において、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２は、太陽電池１４から供給される電気エネルギーが供給され、その結果、前記発光層１８Ｂから第１の波長（３６６ｎｍ）とは異なった第２の波長の光が、透明基板１５Ｂ側から出射され、第２の偏光板２０Ｂを
通って光屈曲膜１１に到達する。

次に、本実施形態の自己屈曲薄膜１の動作例について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、それぞれ本発明の自己屈曲薄膜１の動作例を示す模式側面図である。ここで、自己屈曲薄膜１は、太陽電池１４又はキャパシタ膜Ｋから第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２のそれぞれへの電流供給を個別に制御する制御手段（図示せず）を備えることとする。この制御手段は第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２への電流供給のオン／オフ及びその電流量を制御できることが好ましい。この制御手段は、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１への電流供給を所定期間行った後に、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１への電流供給を終了して、その後、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２への電流供給を所定期間行う。

図６（ａ）に示すように、まず、初期状態として、自己屈曲薄膜１の第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２に対して制御手段が電流を供給しない場合、すなわち各ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２がともに発光していない場合、自己屈曲薄膜１は曲がりのない平面形状になっている。

次いで、自己屈曲薄膜１に対して光が照射され、制御手段が第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２のみに対して電流を供給すると、同第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２が電流の供給を受けて第２の波長（５４０ｎｍ）の光を出射する。すると、その光が第２の偏光板２０Ｂを介して光屈曲膜１１に到達し、光屈曲膜１１が第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２側を谷折側、すなわち、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１側を山折側として屈曲する。これにより、図６（ｂ）に示すように、自己屈曲薄膜１の略中央部が図６（ｂ）中Ｖ字状に屈曲する。その後、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２に対する電流供給を停止して同ＥＬ素子ＬＦ２を消灯しても、光屈曲膜１１の状態は変化しないので、自己屈曲薄膜１は図６（ｂ）に示す状態を維持する（図６（ｃ）参照）。

次いで、前記制御手段が第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１に対してのみ電流を供給すると、同第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１が電流の供給を受けて第１の波長（３６６ｎｍ）の光を出射する。すると、その光が第１の偏光板２０Ａを介して光屈曲膜１１に到達し、光屈曲膜１１が図７（ａ）に示すようなＶ字状に屈曲した状態から、図７（ｂ）に示すような元の平面形状に戻るように徐々に屈曲していく。これにより、自己屈曲薄膜１の全体が図７（ｂ）に示すように平面形状になっていく。

さらに、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１に対する電流供給を続けると、図７（ｃ）に示すように、光屈曲膜１１が、自己屈曲薄膜１は曲がりのない初期状態時の平面形状になる。
その後、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１に対する電流供給を停止して同第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１を消灯しても、光屈曲膜１１の状態は変化しないので、自己屈曲薄膜１は図７（ｃ）に示す状態を維持する。

これらにより、制御手段は、第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２のそれぞれに対する電流供給量を制御することにより、自己屈曲薄膜１の屈曲方向及び屈曲角度θなどを制御することができる。屈曲角度θは、第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２に対する電流供給量に関係（例えば比例関係）させることができる。

また、本実施形態の自己屈曲薄膜１は、光屈曲膜１１又は自己屈曲薄膜１自身の屈曲状態を検出する形状検出手段を備えることとしてもよい。そして、制御手段は形状検出手段の検出結果に基づいて第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２のそれぞれに対する電流供給量を制御することとしてもよい。このようにすると、自己屈曲薄膜１の屈曲状態をフィードバック制御することができ、より精密に自己屈曲薄膜１の曲がり状態を制御する
ことができる。

上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、アゾベンゼン化合物で構成された光屈曲膜１１を、３６６ｎｍの波長を有する光を出射する第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１と、５４０ｎｍの波長を有する光を出射する第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２とで挟むように配置した自己屈曲薄膜１を構成した。そして、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１と第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２とに交互に電気エネルギーを供給して、３６６ｎｍの波長を有する光を、また５４０ｎｍの波長を有する光を交互に光屈曲膜１１へ照射するようにした。従って、３６６ｎｍの波長を有する光が照射されているときは、その３６６ｎｍの波長を有する光が照射されている側を谷折り側とする方向へ屈曲し、５４０ｎｍの波長を有する光が照射されているときは平面状にまっすぐに伸びる自己屈曲薄膜1を実現することができる。
（２）本実施形態によれば、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の上層に膜形状の太陽電池１４を備えた。そして、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の各陽極１６Ａ，１６Ｂと陰極１９Ａ，１９Ｂに太陽電池１４を電気的に接続した。そして、太陽電池１４にて発生された電気エネルギー（電流）を各有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２へ供給するようにした。従って、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２は、太陽電池１４にて生じた電気エネルギー（電流）によって駆動させるので、外部からの電力を供給させることなく、自己屈曲薄膜１を、推進させることができる。
（３）本実施形態によれば、光屈曲膜１１へ３６６ｎｍの波長を有する光を照射する光源体を、その第1の発光層１８Ａがポリシラン系の有機材料で構成された第1の有機ＥＬ素子ＬＦ１で構成した。また、光屈曲膜１１へ５４０ｎｍの波長を有する光を照射する光源体を、その第２の発光層１８Ｂがアントラセンやピレン等の有機材料で構成された第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２で構成した。従って、各光源体を薄く形成することができる。
（４）本実施形態によれば、自己屈曲薄膜１に、太陽電池１４から出力された電気エネルギー（電荷）を充電する蓄電手段してのキャパシタ膜Ｋを備えた。従って、自己屈曲薄膜１が暗部に配置されて太陽電池１４が電気エネルギーを発生しなくなったときでも、充電されている電気エネルギーを第１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ１，ＬＦ２に供給することができる。
（５）本実施形態によれば、透明基板１５Ａと光屈曲膜１１との間に第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の発光層１８Ａから出射される第１の波長（３６６ｎｍ）の光が、光屈曲膜１１の曲げ制御などを阻害する波長の光を含んでいるときに、その阻害する波長の光を遮断して所望の第１の波長（３６６ｎｍ）の光のみを透過させる第１の偏光板２０Ａを形成した。従って、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１が出射する光の波長の許容範囲を広くすることができ、第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１の製造を容易化することができる。

また、同様に、透明基板１５Ｂと光屈曲膜１１との間に第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の発光層１８Ｂから出射される第２の波長（５４０ｎｍ）の光が、光屈曲膜１１の曲げ制御などを阻害する波長の光を含んでいるときに、その阻害する波長の光を遮断して所望の第２の波長（５４０ｎｍ）の光のみを透過させる第２の偏光板２０Ｂを形成した。従って、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２が出射する光の波長の許容範囲を広くすることができ、第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２の製造を容易化することができる。
（第２実施形態）
次に、上記第１実施形態の自己屈曲薄膜１を構成要素とした運動装置としてのマイクロマシーンの一例について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態に係るマイクロマシーンを示す斜視図である。本実施形態のマイクロマシーン３０は、マイクロマシーン３０は、たとえば、低レイノルズ数の、すなわち、生体内の血管中の血液中といった流動体中などの液相中を推進できる装置である。

図８に示すように、マイクロマシーン３０は、例えば、医薬剤を収納する収納部３１と
マイクロマシーン３０の駆動を制御する駆動部３２とから構成されている。このような構成を成したマイクロマシーン３０は、その駆動部３２が上記第1実施形態の帯状の形態を
成した自己屈曲薄膜１を複数個連続して並んで接続してなる。

図９は、マイクロマシーン３０の駆動部３２の構成を説明するための模式拡大断面図である。図９に示すように、駆動部３２は、８個の自己屈曲薄膜１の各々が隣接する自己屈曲薄膜１とその幅方向に連続して並んで接続されることで構成されている。そして、幅方向に連続して接続した８個の自己屈曲薄膜１の各々が、その帯状の形態を成した自己屈曲薄膜１の長手方向（幅方向と直角を成す方向）に複数個連続して並んで接続されている。このとき、所定の自己屈曲薄膜１の第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２と、隣接する自己屈曲薄膜１の第１の有機ＥＬ素子ＬＦ１及び第２の有機ＥＬ素子ＬＦ２との配置を、例えば交互にする。

そして、各自己屈曲薄膜１が屈曲することにより、駆動部３２が、例えば鞭打ち運動や細菌などの鞭毛運動を模倣した動きをする。このとき、駆動部３２は、太陽電池１４にて生じた電気エネルギー（電流）によって駆動されるので、外部からの電力を供給させる必要はない。

この結果、マイクロマシーン３０の、例えば、その収納部３１に駆動部３２を駆動させるためのマイクロアクチュエータを駆動部３２と別体として設ける必要は無いので、マイクロマシーン３０自体を非常に小型で軽量にすることができる。また、各自己屈曲薄膜１の光屈曲膜１１を制御する制御手段を、図９に示すように、各自己屈曲薄膜１を並んで接続することで形成される空間Ｓ内に配置した場合は、制御信号についての配線などが不要となり、さらに小型で軽量な運動装置とすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

本発明は、例えば、直線運動、回転運動、又は昆虫翅のような複雑な動きをする運動機構を前記実施形態の自己屈曲薄膜１のみで構成することもできる。したがって、ロータリモータ及びリニアモータを前記実施形態の自己屈曲薄膜１のみで構成することができる。また太陽電池１４の受光面を常に太陽（光源）の方向に向ける装置も前記実施形態の自己屈曲薄膜１のみで、小型に且つ閉じた系で構成することができる。これは、例えば定期的に太陽電池１４の向きを振り、そのときの最大出力の向きを太陽の方向として、その向きに受光面を向かせる制御をすればよい。また例えばロボットのアーム、船の舵、飛行機の昇降舵などを可動する運動機構を前記自己屈曲薄膜１のみで構成することができる。また、本発明の自己屈曲薄膜１は、通信に用いられる成層圏プラットホームとなる無人飛行機又は無人飛行船の推進・位置制御機構にも好適である。また、人工臓器における人工血管、人工弁、人工筋肉などを本発明の自己屈曲薄膜のみで構成することもできる。さらに、飛び出す絵本、動く玩具、形状可変なアクセサリなどに本発明の自己屈曲薄膜を適用することができる。

第１実施形態に係る自己屈曲薄膜の全体斜視図である。 第１実施形態に係る自己屈曲薄膜の一部を透過した拡大斜視図である。 自己屈曲薄膜の断面図である。 同上の自己屈曲薄膜におけるＥＬ素子周辺領域を特定する模式断面図である。 （ａ）は、第１の有機ＥＬ素子の構成を説明するための図であり、（ｂ）は、第２の有機ＥＬ素子の構成を説明するための図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ同上の自己屈曲薄膜の動作例を示す模式側面図である。 同じく、（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ同上の自己屈曲薄膜の動作例を示す模式側面図である。 本発明の実施形態に係る運動装置としてのマイクロマシーンの全体斜視図である。 マイクロマシーンの駆動部の構成を説明するための模式拡大断面図である。

符号の説明

ＬＦ１…第１の光源体としての第１の有機ＥＬ素子、ＬＦ２…第２の光源体としての第２の有機ＥＬ素子、１…自己屈曲薄膜、１１…光屈曲膜、１４…太陽電池、３０…運動装置としてのマイクロマシーン。

Claims (8)

1. 第１の波長の光を出射する膜形状の第１の光源体と、
   前記第１の波長と異なる第２の波長の光を出射する膜形状の第２の光源体と、
   前記第１の波長の光と前記第２の波長の光のそれぞれに対して曲げ方向が異なる光屈曲膜と
   を備えたことを特徴とする自己屈曲薄膜。
2. 請求項１に記載の自己屈曲薄膜において、
   前記第１の光源体または前記第２の光源体の少なくともいずれか一方に膜形状の太陽電池を備えたことを特徴とする自己屈曲薄膜。
3. 請求項１または２に記載の自己屈曲薄膜において、
   前記第１の波長または前記第２の波長の少なくともいずれか一方は、３６６ｎｍであることを特徴とする自己屈曲薄膜。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の自己屈曲薄膜において、
   前記光屈曲膜は、アゾベンゼン化合物からなることを特徴とする自己屈曲薄膜。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の自己屈曲薄膜において、
   前記第１の光源体及び前記第２の光源体は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする自己屈曲薄膜。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の自己屈曲薄膜において、
   前記光源体と前記光屈曲膜の間に偏光板が配置されていることを特徴とする自己屈曲薄膜。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の自己屈曲薄膜において、
   前記光源体に電力を供給可能な蓄電手段を備えていることを特徴とする自己屈曲薄膜。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つに記載の自己屈曲薄膜を複数個連続して並んで接続してなることを特徴とする運動装置。

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