CN102474206B - 平板层叠型导电性高分子致动器 - Google Patents

平板层叠型导电性高分子致动器 Download PDF

Info

Publication number
CN102474206B
CN102474206B CN201080028882.2A CN201080028882A CN102474206B CN 102474206 B CN102474206 B CN 102474206B CN 201080028882 A CN201080028882 A CN 201080028882A CN 102474206 B CN102474206 B CN 102474206B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer film
electroconductive polymer
actuator
porous member
type conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201080028882.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102474206A (zh
Inventor
长光左千男
小野敦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN102474206A publication Critical patent/CN102474206A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102474206B publication Critical patent/CN102474206B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1095—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements chemically actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2002/5066—Muscles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
    • Y10S310/80—Piezoelectric polymers, e.g. PVDF

Abstract

一种平板层叠型导电性高分子致动器，层叠有第一导电性高分子膜(2a)、板状的第一多孔构件(3a)、第二导电性高分子膜(2b)和板状的第二多孔构件(3b)，并且，在相邻的构件间任一方的端部彼此连接而构成为曲折状，关于第一及第二多孔构件，向多孔构件内注入离子液体而兼作电解质托体层，能在膨胀和收缩两种情况下始终维持张力而进行动作，在收缩及伸长方向的两个方向上都具有刚性及驱动力。

Description

平板层叠型导电性高分子致动器
技术领域
本发明涉及可以通过层叠来增大变位(位移)的平板层叠型导电性高分子致动器。
背景技术
随着少子高龄化之类的社会背景，对家庭用机器人等在人附近动作的、或与人协作进行作业的机械的需求逐渐增高。此时，从对复杂的作业的温柔动作、及与人碰撞时的安全性的观点，对具有人肌肉那样的柔软特性的人工肌肉致动器的期待在提高。提出了作为人工肌肉致动器使用气压的致动器等的各种材料或控制方式。作为其中之一，近年来考察了使用导电性高分子的致动器。
作为以往的使用导电性高分子的致动器的一例，有利用双压电晶片型的变形(例如参照专利文献1)。
图10A、图10B、图10C示出上述专利文献1中记载的以往的导电性高分子致动器。在图10A中，其结构是通过作为导电性高分子膜的聚苯胺膜体50a、50b夹入固体电解质成型体51。通过接通开关52，在电源53设定的电位差被赋予给聚苯胺膜体50a、50b之间，如图10B所示的那样，阴离子54插入一方的聚苯胺膜体50b而伸长，阴离子54从另一方的聚苯胺膜体50a脱离而收缩，结果发生双压电晶片型的变形。在电位差相反的情况下，如图10C所示，进行方向与图10B相反的变形。
在该构成中，通过作为电极起作用的两个导电性高分子膜50a、50b的变位量的差使其发生变形，另一方面，通过使电解质托体层(载体层)为液体或凝胶状的物质，为了使两电极的影响不相互进行，已知使致动器构成为仅取出单(方)侧的导电性高分子的变位进行伸缩变形。此时，关于未用于变形的电极，不需要为导电性高分子，主要采用金属电极，但也可以在金属电极上设置导电性高分子。
这样的导电性高分子致动器，在1.5V～3.0V的比较低的电压下发生与肌肉匹敌的应力，因此可以期待其作为人工肌肉的实用化。
需要说明的是，作为液体或凝胶状的电解质托体层，使用定义为室温下熔融的盐的离子液体。离子液体作为新的功能性液体备受注意，但已知有1-丁基-3-甲基咪唑鎓或双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺，通过将阳离子和阴离子的电荷非局部化而使两者间的库伦力减小，能在室温下为液体。多为蒸气压低、蒸发损失几乎没有、具有阻燃性且热及氧化稳定性出色的液体，润滑性能也高。通过将该离子液体涂布在绝缘片上或将离子液体自身凝胶化，可以形成电解质托体层。
另外，导电性高分子为膜状，所以提出了通过使导电性高分子膜构成为筒形状来防止导电性高分子膜的压曲，使其具有刚性(例如，参照专利文献2)。如图11A所示，使伸长和收缩的2种导电性高分子膜60a及60b在圆周方向上交替排列，按照各自交叉的方式与内侧筒状构件61a和外侧筒状构件61b的端部连结，由此在2种导电性高分子膜60a及60b的导电性高分子膜的一方的导电性高分子膜进行伸长时，单侧的导电性高分子膜负担载荷，由此使其具有刚性。图11B中示出圆周方向的导电性高分子膜60a及60b的配置的一例。进而，如图11C所示，还示出由导电性高分子62a及62b构成该筒状构件并使变位量增大的方法。
进而，如图12所示，在由导电性高分子膜70a及70b交叉层叠得到的构成中，提出了利用将一方的膨胀方向变位相互变换成另一方的收缩方向变位的联杆机构71加以连接，由此没有必要施加预压力而具有伸长方向的驱动力和收缩方向的刚性的致动器(例如，参照专利文献3)。
进而，如图13A～图13B所示，提出了通过在伸长和收缩双方都可以维持伸长方向及收缩方向的刚性并增大变位量的压电致动器(例如参照专利文献4)。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平11-169393号公报
【专利文献2】日本特开2006-125396号公报
【专利文献3】日本专利第3817259号公报
【专利文献4】日本特开昭63-289975号公报
但是，前述构成的致动器也有问题。
在专利文献1的方法中，由于利用双压电晶片型的变形，所以难以进一步自由变更由层叠导电性高分子膜所致的变位的增大或应力的增大。变位的增大能改变导电性高分子膜的长度，应力的增大能增大导电性高分子膜的宽度，但不可能层叠多片导电性高分子膜。由于相邻的导电性高分子膜的极性相反，所以产生电短路，另外还由于相邻的导电性高分子膜的伸缩相反，所以因为摩擦阻抗而产生应力和变位的下降，出于上述等理由，层叠难以进行。
在专利文献2的方法中，将导电性高分子膜制成筒形状而使其具有刚性，在此基础上如图11A所示，构成为使在筒状构件61a、61b的圆周方向上伸长和收缩的2种膜60a、60b在宽度方向上交替排列，因此与专利文献1的图10A所示的导电性高分子膜在厚度方向以面对向配置的情况相比有很大差异，具有难以隔着电解质托体层进行有效的离子插入及脱离的课题。对此，即便不是图11B所示的配置，而是假设在圆周方向上以更高的密度加以配置，也由于相邻的导电性高分子膜间的离子移动，与高分子膜以面对置的构成相比其效率下降。因此，作为致动器难以输出足够的应力和变位。另外，在图11C所示的构成中，没有有关与具体的筒状构件相当的支承体的描述，发生导电性高分子膜62a及62b的压曲，因此不作为致动器发挥功能。
在专利文献3的方法中，如图12所示，可以通过伸长和收缩双方在不施加预压力的情况下实现伸长方向的驱动力和收缩方向的刚性，但存在如下缺点：即便增加在驱动力的取出方向垂直交叉的2个方向上分散的点、及层叠的导电性高分子的膜70a及70b的片数，变位也不增加。
在专利文献4的方法中，如图13A和图13B所示，可以通过伸长和收缩双方维持伸长方向及收缩方向的刚性来增大变位量。但是，这是使用称为压电的固体的情况，要是在使用导电性高分子膜而构成的情况下，如图13C所示，存在所谓压曲的缺点。导电性高分子膜不是固体而是膜状，因此在从两端拉伸时施加张力，但反过来从两端施加压缩应力时，发生压曲。也就是说，就图13A的构成而言，在伸长方向和收缩方向上都无法维持刚性。
发明内容
本发明的目的在于解决上述以往的课题，提供一种在收缩方向及伸长方向的双方向上具有刚性及驱动力并能够通过层叠而增大变位的平板层叠型导电性高分子致动器。
【用于解决课题的手段】
为了实现上述目的，本发明如下所示构成。
根据本发明的第一方式，提供一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，层叠第一导电性高分子膜、板状的第一多孔构件、第二导电性高分子膜、和板状的第二多孔构件，上述第一多孔构件和上述第二多孔构件分别具有通过向多孔构件内注入离子液体而兼作电解质托体层的功能，
将相面对的上述第一多孔构件的第一端部和上述第二导电性高分子膜的第一端部连接，
将相面对的上述第一导电性高分子膜的第一端部和上述第二多孔构件的第一端部隔着间隔件连接，
将相面对的上述第一多孔构件的第二端部和上述第一导电性高分子膜的第二端部连接，
将相面对的上述第二导电性高分子膜的第二端部和上述第二多孔构件的第二端部连接，
通过对上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜之间赋予电位差，上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜中的一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而膨胀或收缩，另一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而收缩或膨胀，通过上述第一多孔构件和上述第二多孔构件的变位向外部输出驱动力。
根据本发明的第五方式，提供一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，具有：
电解质托体层、
隔着上述电解质托体层而第一端部彼此及第二端部彼此分别相面对配置的第一导电性高分子膜和第二导电性高分子膜、
将在上述第一导电性高分子膜的上述第一端部的外面固定的第一端部和在上述第二导电性高分子膜的上述第二端部的外面固定的第二端部结合的第一固定构件、和
将在上述第二导电性高分子膜的上述第一端部的外面固定的第一端部和在上述第一导电性高分子膜的上述第二端部的外面固定的第二端部结合的第二固定构件，
通过对上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜之间赋予电位差，上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜中的一方导电性高分子膜因氧化还原反应而膨胀或收缩，另一方导电性高分子膜因氧化还原反应而收缩或膨胀，通过上述第一固定构件和上述第二固定构件的变位向外部输出驱动力。
通过本构成，可以在变位的收缩方向及伸长方向的双(两个)方向上都具有刚性及驱动力。
【发明的效果】
根据本发明的平板层叠型导电性高分子致动器，可以在变位的收缩方向及伸长方向两个方向上都具有刚性及驱动力。
附图说明
本发明的这些和其它的目的和特征，由有关附图的优选实施方式的下列记述而明确。其附图如下所示：
图1A是表示本发明的第一实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的第一固定构件的构成的主视图；
图1B是图1A的B-B线截面侧视图；
图1C是表示本发明的上述第一实施方式中的上述平板层叠型导电性高分子致动器的第二固定构件的构成的主视图；
图1D是图1C的D-D线截面侧视图；
图1E是表示本发明的上述第一实施方式中的上述平板层叠型导电性高分子致动器的构成的主视图；
图1F是图1E的F-F线截面侧视图；
图1G是图1E的G-G线截面侧视图；
图2A是表示本发明的第一实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的电压和变位的方向说明的图；
图2B是表示本发明的第一实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的电压和变位的方向的图；
图2C是表示本发明的第一实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的电压和变位的方向的图；
图3A是对表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的层叠结构、电压和变位进行说明的图；
图3B是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的层叠结构、电压和变位的图；
图3C是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的层叠结构、电压和变位的图；
图4A是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图4B是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图4C是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图5A是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的构成的图；
图5B是图5A的B-B线截面侧视图；
图5C是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的构成的图；
图5D是图5C的D-D线截面侧视图；
图5E是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的构成的图；
图5F是图5E的F-F线截面侧视图；
图6A是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的电压和变位的方向的图；
图6B是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的电压和变位的方向的图；
图6C是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的电压和变位的方向的图；
图7A是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图7B是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图7C是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图8A是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图8B是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图8C是表示本发明的第三实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的驱动力向外部输出的构成的图；
图9A是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的实施例的图；
图9B是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的实施例的图；
图9C是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的实施例的图；
图9D是表示本发明的第二实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器的实施例的图；
图10A是表示以往的导电性高分子致动器的结构、电压和变位的方向的图；
图10B是表示以往的导电性高分子致动器的结构、电压和变位的方向的图；
图10C是表示以往的导电性高分子致动器的结构、电压和变位的方向的图；
图11A是表示以往的导电性高分子致动器的构成、变位的方向的图；
图11B是表示以往的导电性高分子致动器的构成、变位的方向的图；
图11C是表示以往的导电性高分子致动器的构成、变位的方向的图；
图12是表示以往的导电性高分子致动器的构成的图；
图13A是表示以往的层叠型致动器的构成的图；
图13B是表示以往的层叠型致动器的构成的图；
图13C是表示以往的层叠型致动器的构成的图。
具体实施方式
在继续本发明的记述之前，在附图中对相同部件附加相同参照符号。
以下根据附图对本发明涉及的实施方式进行详细说明。
以下在参照附图对本发明中的实施方式进行详细说明之前，对本发明的各种方式进行说明。
根据本发明的第一方式，提供一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，层叠构成有第一导电性高分子膜、板状的第一多孔构件、第二导电性高分子膜和板状的第二多孔构件，上述第一多孔构件和上述第二多孔构件分别具有通过向多孔构件内注入离子液体而兼作电解质托体层的功能，
将相面对的上述第一多孔构件的第一端部和上述第二导电性高分子膜的第一端部连接，
将相面对的上述第一导电性高分子膜的第一端部和上述第二多孔构件的第一端部隔着间隔件连接，
将相面对的上述第一多孔构件的第二端部和上述第一导电性高分子膜的第二端部连接，
将相面对的上述第二导电性高分子膜的第二端部和上述第二多孔构件的第二端部连接，
通过对上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜之间赋予电位差，上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜中的一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而膨胀或收缩，另一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而收缩或膨胀，通过上述第一多孔构件和上述第二多孔构件的变位而向外部输出驱动力。
根据本发明的第二方式，在第一方式记载的平板层叠型导电性高分子致动器的基础上，其中，
上述第一多孔构件和上述第二导电性高分子膜为相同长度，
上述第一导电性高分子膜和上述第二多孔构件为相同长度，
上述第一多孔构件和上述第二导电性高分子膜的长度，比上述第一导电性高分子膜和上述第二多孔构件的长度短。
根据本发明的第三方式，在第一或二方式记载的平板型导电性高分子致动器的基础上，其中，在上述多孔构件的周边部的至少一部分含有硬化剂。
根据本发明的第四方式，提供一种平板层叠型导电性高分子致动器，其具有第一～三中任一方式记载的平板层叠型导电性高分子致动器，相邻的致动器的上述第一多孔构件和上述第二多孔构件彼此通过联杆构件连接。
根据发明的第五方式，提供一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，具有：
电解质托体层、
隔着上述电解质托体层而配置成第一端部彼此及第二端部彼此分别相面对的第一导电性高分子膜和第二导电性高分子膜、
将在上述第一导电性高分子膜的上述第一端部的外面固定的第一端部和在上述第二导电性高分子膜的上述第二端部的外面固定的第二端部结合的第一固定构件、和
将在上述第二导电性高分子膜的上述第一端部的外面固定的第一端部和在上述第一导电性高分子膜的上述第二端部的外面固定的第二端部结合的第二固定构件，
通过对上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜之间赋予电位差，上述第一导电性高分子膜和上述第二导电性高分子膜中的一方因氧化还原反应而膨胀或收缩，另一方因氧化还原反应而收缩或膨胀，通过上述第一固定构件和上述第二固定构件的变位而向外部输出驱动力。
根据本发明的第六方式，在第五方式记载的平板层叠型导电性高分子致动器的基础上，其中，以相同长度构成上述第一及第二的导电性高分子膜。
根据本发明的第七方式，提供一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，具有多个第五或第六方式记载的平板层叠型导电性高分子致动器，各自通过向隔着电解质托体层而连接的导电性高分子膜之间赋予电位差所产生的氧化还原反应，使相邻的导电性高分子膜中的一方发生膨胀或收缩，另一方发生收缩或膨胀，
具有将相邻的至少二个以上的上述平板层叠型导电性高分子致动器中的一方的致动器的第二固定构件和另一方的致动器的第一固定构件连接的粘接剂，
通过用上述粘接剂加以连接，而上述变位以加和的形式增加。
(第一实施方式)
图1A～图1G是表示本发明的第一实施方式中的平板层叠型导电性高分子致动器14的构成的图。
在图1A～图1G中，上述平板层叠型导电性高分子致动器14由下述构件构成：图1A和图1B的由大致コ字形(C字形)的板构件构成的第一固定构件1a、图1C和图1D的由大致コ字形(C字形)的板构件构成的第二固定构件1b、第一导电性高分子膜2a、第二导电性高分子膜2b、和电解质托体层3。
第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b，分别是随着氧化还原反应进行膨胀收缩变形的导电性高分子制的矩形、例如长方形的伸缩体且膜状的构件。
导电性高分子膜2a、2b的厚度优选分别为5μm～30μm左右。虽然在很大程度上依赖于材质，但导电性高分子膜2a、2b的厚度比5μm薄时，强度弱，比30μm厚时，离子难以出入至内部，发生的变位减小，同时动作速度也下降，因此不合适。在第一实施方式的1个实例中，使用厚度15μm、长度50mm、宽度10mm的导电性高分子膜2a、2b。另外，在上述实例中，电解质托体层3的厚度为40μm，第一固定构件1a和第二固定构件1b使用各自的厚度为100μm的特氟隆(注册商标)片。进而如后所述，但由于需要数十μm左右的富余，因此在上述实例中，在图1的构成中厚度为290μm。
在图1E～图1G中，配置成隔着上述电解质托体层3而第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b面对面。在这里，如图1E～图1G所示，在图1E～图1G的上部侧，第一导电性高分子膜2a的第一端部2a-1和第二导电性高分子膜2b的第一端部2b-1隔着上述电解质托体层3相互对置。在图1E～图1G的下部侧，第一导电性高分子膜2a的第二端部2a-2和第二导电性高分子膜2b的第二端部2b-2隔着上述电解质托体层3相互对置。
如图1A和图1B所示，第一固定构件1a由大致コ字形(C字形)的板构件构成，具有上端的横长矩形的第一端部1a-1、下端的横长矩形的第二端部1a-2、和连结第一端部1a-1和第二端部1a-2的纵长矩形的连结部1a-3。第一固定构件1a不是第一端部1a-1、第二端部1a-2和连结部1a-3含在同一平面上的平面结构，第一端部1a-1和第二端部1a-2位于不同的平面内，由连结部1a-3连结第一端部1a-1和第二端部1a-2而构成。更详细而言，关于第一固定构件1a构成如下：第二端部1a-2所处的平面，与含有第一端部1a-1的平面相比，在第一固定构件1a的厚度方向上差至少比第一导电性高分子膜2a的厚度T2a和电解质托体层3的厚度T3和第二导电性高分子膜2b的厚度T2b的总计尺寸T(＝T2a+T3+T2b)稍大的尺寸L(例如，在大ΔT的情况下，为L＝T+ΔT)，且通过连结第一端部1a-1和第二端部1a-2的连结部1a-3加以连结而成为立体结构。作为一例，ΔT如后所述优选数十μm左右。
进而，在图1E～图1G中，上端侧的第一固定构件1a的第一端部1a-1，借助粘接剂10固定于上述第一导电性高分子膜2a的上述第一端部2a-1的外面。下端侧的第一固定构件1a的第二端部1a-2，越过第一导电性高分子膜2a和电解质托体层3和第二导电性高分子膜2b的层叠体的侧部，借助粘接剂13固定于上述第二导电性高分子膜2b的上述第二端部2b-2的外面。
同样地，如图1C和图1D所示，第二固定构件1b由朝向与第一固定构件1a相反的大致コ字形(C字形)的板构件构成，具有上端的横长矩形的第一端部1b-1、下端的横长矩形的第二端部1b-2、和连结第一端部1b-1和第二端部1b-2的纵长矩形的连结部1b-3。第二固定构件1b不是第一端部1b-1和第二端部1b-2和连结部1b-3含在同一平面上的平面结构，第一端部1b-1和第二端部1b-2位于不同的平面内，由连结部1b-3连结第一端部1b-1和第二端部1b-2而构成。更详细而言，关于第二固定构件1b构成如下：第二端部1b-2所处的平面，与含有第一端部1b-1的平面相比，在第二固定构件1b的厚度方向差至少比第一导电性高分子膜2a的厚度T2a和电解质托体层3的厚度T3和第二导电性高分子膜2b的厚度T2b的总计尺寸T(＝T2a+T3+T2b)稍大的尺寸L(例如，在大ΔT的情况下，为L＝T+ΔT)，且通过连结部1b-3连结第一端部1b-1和第二端部1b-2而成为立体结构。作为一例，ΔT如后所述优选为数十μm左右。
进而，在图1E～图1G中，上端侧的第二固定构件1b的第一端部1b-1，借助粘接剂12固定于上述第二导电性高分子膜2b的上述第一端部2b-1的外面。下端侧的第二固定构件1b的第二端部1b-2，越过第一导电性高分子膜2a和电解质托体层3和第二导电性高分子膜2b的层叠体的侧部，借助粘接剂11固定于上述第一导电性高分子膜2a的上述第二端部2a-2的外面。
如上所述，关于第一固定构件1a及第二固定构件1b，分别要确保第一端部1a-1、1b-1的内面(导电性高分子膜固定侧的面)和第二端部1a-2、1b-2的内面(导电性高分子膜固定侧的面)之间的距离至少比第一导电性高分子膜2a的厚度T2a和电解质托体层3的厚度T3和第二导电性高分子膜2b的厚度T2b的总计尺寸T(＝T2a+T3+T2b)稍大的尺寸L(例如，在大ΔT的情况下，为L＝T+ΔT)的间隔。其理由在于，在上述距离为上述总计尺寸T以下的情况下，在通过第一固定构件1a和第二固定构件1b对第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b和电解质托体层3施加了压力的状态下，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b和电解质托体层3相接，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b分别伸缩时的阻抗急增，发生第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b各自的变位量下降。为了防止其发生，优选构成为在第一导电性高分子膜2a和电解质托体层3之间及第二导电性高分子膜2b和电解质托体层3之间实现各自或总计存在数十μm左右的微小间隙程度的接触。
在这里，作为电解质托体层3，为了防止相邻的第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的电短路，大多使用使隔离物含有离子液体的托体层。
在图2A中，在第一导电性高分子膜2a的一端(例如上端)及另一端(例如下端)、第二导电性高分子膜2b的一端(例如上端)及另一端(例如下端)之间，具有开关32和可变直流电源33，构成为可以驱动致动器14，即构成为可以对第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b之间赋予电位差。在驱动致动器14之前，通过第一固定构件1a和第二固定构件1b各自的刚性，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b分别被大致保持在伸长的状态。为此，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b不会压曲，另外，即便是对于来自与第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的长度方向垂直的方向(第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的厚度方向)的外力F(参照图1G)，也可以通过第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的张力保持一定。
在这样的构成中，如图2B及图2C那样，接通开关32，由此通过氧化还原反应，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b中的一方的导电性高分子膜进行膨胀或收缩，另一方的导电性高分子膜进行收缩或膨胀。其结果，可以通过第一固定构件1a和第二固定构件1b的变位，向致动器14的外部输出驱动力。例如在图2B中，与图2A的状态相比，第一导电性高分子膜2a沿着其长度方向进行膨胀，同时第二导电性高分子膜2b沿着长度方向收缩，第一固定构件1a上升，而第二固定构件1b下降。相反，在图2C中，与图2A的状态相比，第一导电性高分子膜2a沿着其长度方向收缩，同时第二导电性高分子膜2b沿着长度方向膨胀，第一固定构件1a下降，而第二固定构件1b上升。由此，通过第一固定构件1a和第二固定构件1b的上升或下降所致的变位，可以向致动器14的外部输出驱动力。
需要说明的是，第一固定构件1a和第二固定构件1b优选分别为绝缘材料，但也适合使用PEEK材料或特氟隆(注册商标)(聚四氟乙烯)，如后述的第二实施方式所示，在含有多个致动器14相邻配置的构成时，接触而进行动作时的摩擦阻抗小的特氟隆(注册商标)是最合适的。另外，具有溶于后述的离子液体的性质的丙烯酸系树脂等，不适合作为第一固定构件1a和第二固定构件1b的材料。
另外，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b，各自的膨胀收缩的变位量大，所以大多使用聚吡咯，但担心长期被空气中的氧氧化而导电性能下降，所以与聚吡咯相比，更优选PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)等噻吩系材料。在噻吩系材料的情况下，作为成膜工艺，存在铸塑和电解聚合2种。前者可以通过使用PEDOT/PSS(苯乙烯磺酸的聚合物)从水溶性的状态进行干燥而成膜，后者可以在含有EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩)分子的溶液中利用电化学工艺进行合成而成膜。
另外，关于粘接剂10、11、12、13，大多使用在普及的环氧系粘接剂。
另外，作为电解质托体层3，隔离物可以使用以双电荷层电容器等使用的纤维素为基质的材料。另外，作为电解质托体层3的离子液体，有BMIM·TFSI、即1-丁基-3-甲基咪唑鎓的双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺盐，但由于可以提高聚吡咯或PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)的伸缩性能，所以可以使用EMI·TFSI、即1-乙基-3-甲基咪唑鎓的双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺盐。
另外，在可变直流电源33中，出于电解质托体层3的上述离子液体的电位窗的关系，可以以±1.5V左右加以使用。该电压也应该根据所使用的导电性高分子膜或离子液体的种类不同考虑其耐久性而进行改变。
需要说明的是，以上的材料是一个例子，本发明并不局限于上述材料。
根据上述的第一实施方式的构成，用第一固定构件1a和第二固定构件1b固定第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的两端，能在通过膨胀和收缩双方始终维持张力的同时进行动作，关于第一固定构件1a和第二固定构件1b的变位，能够使在收缩方向及伸长方向两个方向上都具有刚性及驱动力成为可能。
需要说明的是，在第一实施方式中，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b为相同长度，但也可以：通过第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的厚度或材料不同的组合，使氧化还原反应的第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的膨胀和收缩的变位相等的结构。
需要说明的是，在第一实施方式中，第一固定构件1a和第二固定构件1b和第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的连接，使用粘接剂10、11、12、13，但不另外使用粘接剂，也可以在第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b各自生成时的铸塑工艺中硬化时，连接第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b和第一固定构件1a和第二固定构件1b，或在第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的电化学聚合工艺中析出时，进行它们的连接。或者可以是另外设置构件而夹持第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b和第一固定构件1a和第二固定构件1b等机械连接方法。
需要说明的是，作为电解质托体层3，为了防止相邻的第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的电短路，对使用隔离物含有离子液体的托体层进行了说明，但也可以是在混入珠状物而维持润滑性的同时防止电短路，或者使用凝胶化后的离子液体而省略隔离物的方法。也存在凝胶化时混入PDVF(聚偏氟乙烯)的方法等。
(第二实施方式)
图3是表示本发明的第二实施方式的平板层叠型导电性高分子致动器16的结构的图。在图3中，对于与图1A～图1G及图2A～图2C相同构成要件使用相同符号，并省略说明。
在图3A中，第二实施方式的平板层叠型导电性高分子致动器16具有如下所示的构成。
即，以第一实施方式记载的平板层叠型导电性高分子致动器14为1个构成单元，并列配置多个致动器14，构成致动器16。此外，多个致动器14分别借助构成与上述电解质托体层3相同的连结用电解质托体层3A连接。进而，用粘接剂17将相邻的至少两个以上的平板层叠型导电性高分子致动器14的一方的平板层叠型导电性高分子致动器14的第二固定构件1b的第一端部1b-1的外面和另一方的平板层叠型导电性高分子致动器14的第一固定构件1a的第一端部1a-1的外面连接。另外，用粘接剂17将一方的平板层叠型导电性高分子致动器14的第二固定构件1b的第二端部1b-2的外面和另一方的平板层叠型导电性高分子致动器14的第一固定构件1a的第二端部1a-2的外面连接。作为一例，该粘接剂17是与上述粘接剂10～13相同的粘接剂。
在图3A中，构成为在各平板层叠型导电性高分子致动器14的第一导电性高分子膜2a的另一端(例如下端)和第二导电性高分子膜2b的一端(例如上端)之间，具有开关32和可变直流电源33，可以驱动各致动器14，因此可以驱动致动器16，即可以分别向第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b之间赋予电位差。
在这样的构成中，如图3B及图3C所示，通过接通开关32，通过氧化还原反应而第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b中的一方的导电性高分子膜进行膨胀或收缩，另一方的导电性高分子膜进行收缩或膨胀。其结果，通过第一固定构件1a和第二固定构件1b的变位，向致动器16的外部输出驱动力，在这一点上与第一实施方式相同，即便在通过重新相邻并用粘接剂17加以连接而隔着电解质托体层3A对面的、相邻的2个致动器14中的一方的致动器14的第二导电性高分子膜2b和另一方的致动器14的第一导电性高分子膜2a之间，也会产生电位差所致的氧化还原反应，由此可以使第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的膨胀和伸缩的变位量增加。在这里，将1个致动器14的一对第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的变位设为δ，用粘接剂17分别连接该4对致动器14，由此得到增加到δ×4＝4δ的变位。
在图4A及图4B中，示出为了将增加后的变位作为驱动力向致动器16的外部输出，在设置有输出部4a的壳体34，或设置有输出部4a和4b的壳体34中分别收纳有致动器16的情况。变位的大小因设置输出部4a、4b的第一固定构件1a和第二固定构件1b而不同。
在图4A中，用固定件35将致动器16的一端部(图4A中为左端部)的致动器14的第一固定构件1a的第一端部1a-1的外面和壳体34加以固定，使在致动器16的另一端部(图4A中为右端部)的致动器14的第二固定构件1b的第二端部1b-2的外面突出固定的输出部4a，从壳体34的开口34a向壳体34的外部突出。由此，在致动器16被驱动时，通过致动器16的变位，输出部4a相对于壳体34在图4A的上下方向上自由移动。
另外，在图4B中，用固定件35将致动器16的一端部(图中为左端部)的致动器14的第一固定构件1a的第一端部1a-1的外面和壳体34加以固定，使在致动器16的另一端部(图中为右端部)的致动器14的第一固定构件1a的第二端部1a-2的外面突出固定的输出部4a，从壳体34的开口34a向壳体34的外部突出。另外，在致动器16的一端部(图中为左端部)起第2个致动器14的第一固定构件1a的第一端部1a-1沿着与厚度方向正交的长度方向突出固定的输出部4b，从壳体34的开口34b向壳体34的外部突出。由此，在致动器16被驱动时，通过致动器16的变位，输出部4a和输出部4b相对于壳体34分别沿着图4B的上下方向自由移动。
需要说明的是，在图4C中，是在层叠后的致动器18整体的一半的位置改变向1个致动器14的第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b之间赋予的电位差的极性的组合的事例。即，致动器18由上述的致动器14和改变了电位差的极性的致动器14A构成。用固定件35将致动器18的一端部(图4C中为左端部)的致动器14的第一固定构件1a的第一端部1a-1的外面和壳体34固定。用固定件35将致动器18的另一端部(图4C中为右端部)的致动器14A的第二固定构件1b的第一端部1b-1的外面和壳体34固定。另外，在作为图4C左侧的3个致动器14和右侧的3个致动器14的连结部分的、左侧起第3个致动器14的第二固定构件1b的第一端部1b-1的外面和左侧起第4个致动器14的第一固定构件1a的第一端部1a-1的外面的连接部分固定的输出部4c，从壳体34的开口34b向壳体34的外部沿着长度方向突出。通过如此构成，可以相对于壳体34在上下方向上自由移动。图4C中设置的所有第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的片数是图4A的2倍，但变位的增加效果是其一半(即1倍)，变位与图4A的输出部4a相同。但是，在输出部4c的驱动力是输出部4a的2倍。该事例中这样的使用方法也成为可能。
根据该构成，通过用粘接剂17加以连接，对第一固定构件1a和第二固定构件1b各自的变位相加，整体的变位量增加，由此可以提供具有较大变位的平板层叠型导电性高分子致动器18。
需要说明的是，在第二实施方式中，作为用于连接1个构成单元的致动器14彼此的粘接剂17，使用粘接剂，但也可以是另外设置构件进行夹持等机械连接方法。即，作为粘接剂的变形例，也可以将第一实施方式中说明的变形例用于第二实施方式。
需要说明的是，作为电解质托体层3，为了防止相邻的第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的电短路，使用了隔离物中含有离子液体的材料，但也可以是在混入珠状物而维持润滑性的同时防止电短路或使用凝胶化后的离子液体而省略隔离物的方法。
(第三实施方式)
图5A～图5F是表示本发明的第三实施方式的平板层叠型导电性高分子致动器46的构成的图。在图5A～图5F中，对于与图1A～图4C相同的构成要件附加相同符号，并省略说明。
在图5A、图5B、图5C、图5D中，在第一实施方式中设置的第一固定构件1a和第二固定构件1b由矩形板状的第一及第二多孔构件3a、3b分别构成，分别向第一及第二多孔构件3a、3b中注入离子液体，由此分别发挥与电解质托体层3相同的作用。使第一及第二多孔构件3a、3b的周边部(例如沿着长度方向的长边部分(图5A和图5C的两侧缘部分))3as、3bs分别含有硬化剂而使强度增加，防止压曲等。在这里，在如图5A、图5B、图5C、图5D所示的、第一及第二多孔构件3a、3b的宽度方向的周边部(例如沿着宽度方向的短边部分(图5A、图5B、图5C、图5D的上端部分))3ad和3bd含有硬化剂，关于该硬化剂，如后所述。
接着，如图5F那样，第一及第二多孔构件3a、3b和第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的曲折状(Z形)的连接，使用粘接剂40、41、42，特别是第二多孔构件3b和第一导电性高分子膜2a的连接上，为了维持其间隔，隔着间隔件5用粘接剂43加以连接。即，在图5F中，借助粘接剂40将第一导电性高分子膜2a的下端部的内面和第一多孔构件3a的下端部的外面加以连接。借助粘接剂41将第一多孔构件3a的上端部的含有硬化剂的宽度方向的周边部3ad的内面和第二导电性高分子膜2b的上端部的对置面加以连接。用粘接剂42将第二导电性高分子膜2b的下端部的外面和第二多孔构件3b的下端部的内面加以连接。对于间隔件5，在确保第一多孔构件3a的上端和第二导电性高分子膜2b的上端之间的间隙19的基础上，用粘接剂43在间隔件5的一方的外面连接第一导电性高分子膜2a的上端部的内面。用粘接剂44在间隔件5的另一方的外面连接第二多孔构件3b的上端部的内面。由此，第一多孔构件3a和第二导电性高分子膜2b在长度方向的尺寸大致相同，第二多孔构件3b和第一导电性高分子膜2a在长度方向的尺寸大致相同，第一多孔构件3a和第二导电性高分子膜2b的长度方向的尺寸比第二多孔构件3b和第一导电性高分子膜2a的长度方向的尺寸短。第一多孔构件3a和第二多孔构件3b在宽度方向的尺寸相同，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b在宽度方向的尺寸相同，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的宽度方向的尺寸比第一多孔构件3a和第二多孔构件3b的宽度方向的尺寸小。间隔件5的宽度方向的尺寸，与第一多孔构件3a和第二多孔构件3b的宽度方向的尺寸相同。间隔件5的厚度，与第一多孔构件3a的厚度和第二导电性高分子膜2b的厚度和粘接剂40、41、42的厚度的总计厚度大致相同或为其以上(例如大数十μm左右的尺寸)。关于此，如后所述。
另外，在图5F中，重要的是第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的变位量相等。为此，各构件的材料、膜的厚度也是受变位量影响的参数，影响最大的是与第一及第二多孔构件3a、3b接触的长度。图5F中用2条虚线D所示的间隔DD，表示第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b进行伸缩的部分(换言之，除了用粘接剂进行粘接固定的部分之外的可以伸缩的部分)的长度。在有粘接剂40、41、42存在的部分，离子液体难以通过，且由于被加以固定，所以不可能进行伸缩。另外，在第一及第二多孔构件3a、3b的含有硬化剂的两侧缘部分3as、3bs，可以没有离子液体存在。因此，为了防止在间隔DD以外的部分的伸缩，在第一多孔构件3a中的与第二导电性高分子膜2b利用粘接剂41的连接部分(即，第一多孔构件3a的上端部的宽度方向的周边部)3ad内，含有硬化剂。其结果，仅仅间隔DD是第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b可以与离子液体相接而进行伸缩的长度，第三实施方式的平板层叠型导电性高分子致动器46可以通过该长度的部分的第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的变位量进行驱动。
进而，为了使该间隔DD的伸缩作用在如后述的图7A～图7C所示将多个致动器46相邻配置而构成1个致动器47的情况下也是有效的，如图5F所示，使第二多孔构件3b中与用粘接剂41连接第一多孔构件3a和第二导电性高分子膜2b的部分(第二导电性高分子膜2b的上端部分)对置的部分3bd内含有硬化剂。需要说明的是，在不像图7A～图7C那样将多个致动器46相邻配置的情况下，如图6A等所示，没有必要使部分3bd内含有硬化剂。
图6A中示出具有开关32和可变直流电源33且可以向图5F的致动器46的第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b之间赋予电位差的构成。即，在平板层叠型导电性高分子致动器46的第一导电性高分子膜2a的长度方向的两端(例如上下端)和第二导电性高分子膜2b的长度方向的两端(例如上下端)之间，具有开关32和可变直流电源33，可以驱动致动器46，即可以分别向第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b之间赋予电位差。
在这样的构成中，如图6B及图6C那样，通过氧化还原反应，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b中的一方的导电性高分子膜进行膨胀或收缩，另一方的导电性高分子膜进行收缩或膨胀。其结果，如图6A～图6C所示，通过第一及第二多孔构件3a、3b的变位，向致动器46的外部输出驱动力，在这一点上与第一实施方式及第二实施方式相同。
另外，也可以如图7A～图7C所示，构成为将多个致动器46并列相邻配置，用板状的具有刚性的联杆构件6，将相邻的一对致动器46中的一方的致动器46的第二多孔构件3b和另一方的致动器46的第一多孔构件3a连接。
通过这样的构成，即便在隔着相邻的一对致动器46中的一方的致动器46(例如左端的致动器46)的第二多孔构件3b面对面的、一方的致动器46(例如左端的致动器46)的第二导电性高分子膜2b和另一方的致动器46(例如自左端起第2个致动器46)的第一导电性高分子膜2a之间，也会产生电位差所致的氧化还原反应。由此，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的膨胀和伸缩的变位量增加。在这里，将1个致动器46的一对第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的变位设为δ，用联杆构件6将其4对致动器46分别连接，由此得到增加到δ×4＝4δ的变位。
需要说明的是，就图7A～图7C的来自可变直流电源33的布线而言，与图6A～图6C的情况不同，仅在各致动器46的第一导电性高分子膜2a的长度方向的一端(例如上端)和各致动器46的第二导电性高分子膜2b的长度方向的另一端(例如下端)这样的单(方)侧，连接有开关32和可变直流电源33。这通过增加布线来进行，以防止+或-的各布线的短路，但由于第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b具有足够的导电性，所以对变位量的影响小。
需要说明的是，作为第一及第二多孔构件3a、3b各自的材料，可以使用以PVDF(聚偏氟乙烯)等为基质的、具有0.1μm～0.5μm的数值孔径(开口率)的过滤材料等。在这里，作为一例，可以使用数值孔径0.45μm的材料。另外，作为同样的过滤材料，也存在特氟隆(注册商标)，但难以选择后述的硬化剂或粘接剂。
另外，作为用于形成含有硬化剂的两侧缘部分3as、3bs的硬化剂，与粘接剂40、41、42、43一样，可以按照与前述的粘接剂10、11、12、13相同的方式，使用在普及的环氧系粘接剂。第一及第二多孔构件3a、3b的宽度方向的周边部3ad和3bd的硬化剂，也同样可以使用环氧系粘接剂。
另外，粘接剂44也同样可以使用环氧系粘接剂。
另外，作为间隔件5及联杆构件6，可以使用PVDF(聚偏氟乙烯)的板材，但可以用多孔的过滤器代替。
需要说明的是，关于与第一实施方式相同的材料，省略说明。
以上的材料是一个例子，本发明不限于上述材料。
根据该构成，第一固定构件1a和第二固定构件1b由第一及第二多孔构件3a、3b分别构成，第一及第二多孔构件3a、3b兼作电解质托体层3，由此可以没有电解质托体层3，构成部件减少，从而致动器整体的厚度减少，可以提供即便是层叠而具有较大变位的结构也能减薄整体的厚度的平板层叠型导电性高分子致动器46。进而，通过增加相邻的平板层叠型导电性高分子致动器，对每个的变位进行加和，由此整体的变位量增加，可以提供具有较大变位的平板层叠型导电性高分子致动器46。
其结果，作为将第三实施方式的平板层叠型导电性高分子致动器46的驱动力向致动器46的外部输出的结构，示于图8A～图8C。即，图8A～图8C中示出为了将上述的较大变位作为驱动力向致动器46的外部输出而在设置有输出部4a或4b或4c的壳体34中分别收纳了致动器46的情况。变位的大小因设置有输出部4a的第二多孔构件3a、设置有输出部4a及4b的第二多孔构件3a、和设置有输出部4c的联杆构件6而不同。
在图8A中，用固定件35将致动器47的一端部(图8A中为左端部)的致动器46的第一导电性高分子膜2a的一端部(上端部)和壳体34加以固定，使在致动器47的另一端部(图8A中为右端部)的致动器46的第二多孔构件3b的另一端部(下端部)的外面突出固定的输出部4a，从壳体34的开口34a向壳体34的外部突出。由此，在致动器46被驱动时，通过致动器46的变位，输出部4a相对于壳体34在图8A的上下方向上自由移动。
另外，在图8B中，用固定件35将致动器46的一端部(图8B中为左端部)的致动器46的第一导电性高分子膜2a的一端部(上端部)和壳体34加以固定，使在致动器47的另一端部(图8B中为右端部)的致动器46的第二多孔构件3b的另一端部(下端部)的外面突出固定的输出部4a，从壳体34的开口34a向壳体34的外部突出。另外，使在致动器47的一端部(图8B中为左端部)起第2个致动器46的第二多孔构件3b的一端部(图8B中为上端)沿着与厚度方向正交的长度方向突出固定的输出部4b，从壳体34的开口34b向壳体34的外部突出。由此，在致动器47被驱动时，通过致动器47的变位，输出部4a和输出部4b相对于壳体34分别在图8B的上下方向上自由移动。
在图8C中，用固定件35将致动器46的一端部(图8B中为左端部)的致动器46的第一导电性高分子膜2a的一端部(上端部)和壳体34加以固定，用固定件35将致动器47的另一端部(图8B中为右端部)的致动器46的第二多孔构件3b的一端部(上端部)和壳体34加以固定。另外，使在致动器47的一端部(图8B中为左端部)起第3个致动器46的联杆构件6沿着与厚度方向正交的长度方向突出固定的输出部4c，从壳体34的开口34c向壳体34的外部向下突出。由此，在致动器47被驱动时，通过致动器47的变位，输出部4c相对于壳体34分别在图8C的上下方向上自由移动。
通过如此构成，与前述的第二实施方式中的图4A～图4C不同，最大的特征是平板层叠型导电性高分子致动器整体的厚度减薄，由此壳体34也减薄。
需要说明的是，在第三实施方式中，第一及第二多孔构件3a、3b和第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的连接，使用粘接剂40、41、42、43，但不另外使用粘接剂，可以是在第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b生成时的铸塑工艺中硬化时进行连接，或在第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的电化学聚合工艺中析出时进行连接。或者可以是另外设置构件而夹持第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b和第一及第二多孔构件3a、3b等机械连接方法。
另外，对图5D所示的间隔件5的厚度进行了记载，但在图5F的构成中，优选为在第一导电性高分子膜2a和第二多孔构件3b之间存在的第一多孔构件3a和第二导电性高分子膜2b的总计厚度以上。在不到其总计厚度的情况下，第一导电性高分子膜2a、第一多孔构件3a、第二导电性高分子膜2b、和第二多孔构件3b，在已施加压力的状态下相接，发生伸缩时的阻抗急增而变位量下降。为了防止其发生，优选构成为实现作为各自的间隙存在数十μm左右的微小间隙程度的接触。
在第三实施方式的1个实例中，与第一实施方式一样使用厚度15μm的导电性高分子膜2a、2b。另外，多孔构件3a、3b使用多孔的特氟隆(注册商标)材料，由此厚度为约100μm。也就是说，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b各自的厚度为15μm。进而由于考虑到存在上述的数十μm左右的微小间隙，所以在图5E的构成中，厚度是230μm加上20μm，为250μm。
需要说明的是，第一及第二多孔构件3a、3b的周边部的至少一部分含有硬化剂，但为了防止因强度提高所致的压曲，也可以将其它构件设置于第一或第二多孔构件3a或3b的表面。
【实施例1】
图9A引用了有关机器人手部90的日本专利第3723818号中的图3A。记载有成为驱动源的致动器3-1、3-2、3-3，但作为这些致动器的部件，以本发明的作为上述平板层叠型导电性高分子致动器的一例的前述图4A～图4C所示的结构、特别是图4C的组合作为基本结构加以使用，由此可以在节省空间的情况下提供用导电性高分子膜的单膜难以实现的较大的应力。
具体而言，通过像图9B及图9C所示的平面型多关节驱动机构那样使致动器3-1、3-2进行伸缩，可以使手指100弯曲或伸展。在该构成中，如后所述，作为平板层叠型导电性高分子致动器，需要增加应力或变位量，进而，在这里，具有骨材1-1、1-2、1-3、和连结构件2，通过其厚度方向的扭矩而使手指100弯曲。
作为更为详细的说明，如图9D所示，将图9B及图9C的平面型多关节驱动机构模型化并记入实际尺寸。在该模型中，对实际的设计数值的一例进行说明。通过该机器人手部，作为轻重量物而把持100gf的物体。此时所需的把持力，也依赖于机器人手部的表面材料，但假设为约20gr。其结果，相对于发现负载和支点间的距离50mm，自厚度方向的支点间的距离2.5mm的平面型多关节驱动机构的变位增大率看作为20倍。由此，应力为20分之一，所以为了输出把持力20gf，需要来自致动器3-2的应力为400gf。相反，假设用于把持的必要变位量为每1关节10mm左右，则致动器3-2的变位量只需为20分之一的0.5mm即可。
另一方面，作为平板层叠型导电性高分子致动器，使用了图4C的构成。不过，为了实现把持所需的应力和变位量，在图4C中，使3个图1的平板层叠型导电性高分子致动器为图3A的构成，使这样的2组为图4C的构成，由此实现3倍变位量、2倍应力，但在图9D中，使10个图1的平板层叠型导电性高分子致动器10个为图3A的构成，使其5组为图4C的构成，由此设计成变位量为10倍的0.5mm、应力为5倍的400gf。需要说明的是，在这里作为导电性高分子膜的一例应力在宽度为5mm时得到约40gf，所以在此次的图9A中，引用宽度为2倍的10mm，约为80gf，进而施加电压时的发生变位约为2.0％，在图1的长度25mm的情况下，δ为约500μm的变位量，也就是说，图1的平板层叠型导电性高分子致动器为一组，得到了变位量为δ的0.05mm的变位量。需要说明的是，关于变位量，依赖于作为施加的外力的应力、及施加电压的时间，在这里主要受到施加电压的时间的较大影响，其时间允许为1秒以上1分钟以内，并且以达到规定的变位量的时间进行控制，由此来进行。
在以上的一例中，关于使用的平板层叠型导电性高分子致动器的大致尺寸，宽度是10mm、长度方向约为50mm有余，但厚度方向为14mm左右。关于厚度，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的各自厚度为15μm，电解质托体层3的厚度为40μm，第一固定构件1a和第二固定构件1b使用各自的厚度为100μm的特氟隆(注册商标)片，加上前述的数十μm左右的富余，在图1的构成中厚度为290μm。该构成的厚度290μm的构件10个为1组一共5组，也就是说，使用50个，所以总厚度为约15mm。与人手的尺寸相比，可以用稍长稍粗的手指100实现了机器人手部90。
另外，作为平板层叠型导电性高分子致动器，在使用了图5E的构成的情况下，厚度方向能减薄。第一及第二多孔构件3a、3b使用多孔的特氟隆(注册商标)材料，厚度为约100μm。也就是说，第一导电性高分子膜2a和第二导电性高分子膜2b的各自的厚度为15μm。进而考虑存在前述的数十μm左右的微小间隙，在图5E的构成中，厚度为230μm加上20μm，为250μm。使该构成的厚度250μm的构件10个为1组一共5组，也就是说使用50个，总厚度为约13mm。
进而，在图9A中，两根手指100面对面共计4根而构成，但考虑像人手那样与拇指大致面对面而4根手指并列，拇指的变位小而需要应力，大致面对面的4根手指的变位量较大的情况。在该构成中，也考虑拇指使用重视应力的平板层叠型导电性高分子致动器，其他手指的应力为4分之一即可，所以使变位量为4倍，作为手使整体平衡。在该情况下，与拇指大致面对面的其他4根没有必要全部同时动作，通过电压控制可以从食指向小指依次施加电压。进而，各自的手指也有关节，从指根依次使指尖变位等也可以容易地实现。
需要说明的是，在拇指等处手指的宽度上有富余且需要非常大的应力的情况下，当然通过单纯在导电性高分子膜的宽度的方向上并列设置平板层叠型导电性高分子致动器，而应力可以根据设置数成比例增大。
需要说明的是，通过适当组合上述各种实施方式或者变形例中的任意实施方式或者变形例，可以发挥各自具有的效果。
【产业上的可利用性】
本发明涉及的平板层叠型导电性高分子致动器，在收缩方向及伸长方向两个方向上具有刚性及驱动力，能通过层叠增大变位或增大应力，隔着电解质托体层进行收缩及伸长的导电性高分子膜面对面，通过这样的构成，可以得到能实现节能、节省空间的高效驱动的致动器，有效用作人工肌肉致动器等上，并且，在使用其时，可以有效用作机器人的机器人手臂或机器人手部的驱动部等。另外，除了前述的特性之外，还具有静音、轻量、省电的优点，所以可以作为个人电脑或移动电话机的冷却用泵的驱动部使用，或可以用于移动终端设备的透镜致动器等用途。
本发明参照附图对优选的实施方式进行了充分记述，但对于熟悉该技术的人来说，自然能够进行各种变形或修正。这样的变形或修正只要未超出基于技术方案的本发明的范围就应被理解为被本发明所包含。

Claims (7)

1.一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，层叠有第一导电性高分子膜、板状的第一多孔构件、第二导电性高分子膜和板状的第二多孔构件，所述第一多孔构件和所述第二多孔构件分别具有通过向多孔构件内注入离子液体而兼作电解质托体层的功能，
将相面对的所述第一多孔构件的第一端部和所述第二导电性高分子膜的第一端部连接，
将相面对的所述第一导电性高分子膜的第一端部和所述第二多孔构件的第一端部隔着间隔件连接，
将相面对的所述第一多孔构件的第二端部和所述第一导电性高分子膜的第二端部连接，
将相面对的所述第二导电性高分子膜的第二端部和所述第二多孔构件的第二端部连接，
通过对所述第一导电性高分子膜和所述第二导电性高分子膜之间赋予电位差，所述第一导电性高分子膜和所述第二导电性高分子膜中的一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而膨胀或收缩，另一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而收缩或膨胀，使所述第一多孔构件和所述第二多孔构件变位而向外部输出驱动力。
2.如权利要求1所述的平板层叠型导电性高分子致动器，其中，
所述第一多孔构件和所述第二导电性高分子膜为相同长度，
所述第一导电性高分子膜和所述第二多孔构件为相同长度，
所述第一多孔构件和所述第二导电性高分子膜的长度，比所述第一导电性高分子膜和所述第二多孔构件的长度短。
3.如权利要求1或者2所述的平板层叠型导电性高分子致动器，其中，
在所述多孔构件的周边部的至少一部分含有硬化剂。
4.一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，
具有多个权利要求1或2所述的平板层叠型导电性高分子致动器，相邻的致动器的所述第一多孔构件和所述第二多孔构件彼此通过联杆构件连接。
5.一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，具有：
电解质托体层、
隔着所述电解质托体层而第一端部彼此及第二端部彼此分别相面对配置的第一导电性高分子膜和第二导电性高分子膜、
将在所述第一导电性高分子膜的所述第一端部的外面固定的第一端部和在所述第二导电性高分子膜的所述第二端部的外面固定的第二端部结合的第一固定构件、和
将在所述第二导电性高分子膜的所述第一端部的外面固定的第一端部和在所述第一导电性高分子膜的所述第二端部的外面固定的第二端部结合的第二固定构件，
通过对所述第一导电性高分子膜和所述第二导电性高分子膜之间赋予电位差，所述第一导电性高分子膜和所述第二导电性高分子膜中的一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而膨胀或收缩，另一方的导电性高分子膜因氧化还原反应而收缩或膨胀，使所述第一固定构件和所述第二固定构件变位而向外部输出驱动力。
6.如权利要求5所述的平板层叠型导电性高分子致动器，其中，
所述第一导电性高分子膜及第二导电性高分子膜以相同长度构成。
7.一种平板层叠型导电性高分子致动器，其中，
具有多个权利要求5或6所述的平板层叠型导电性高分子致动器，对于各个平板层叠型导电性高分子致动器，通过向隔着电解质托体层连接着的导电性高分子膜之间赋予电位差所产生的氧化还原反应，使相邻的导电性高分子膜中的一方发生膨胀或收缩，另一方发生收缩或膨胀，
还具有将相邻的至少二个以上的所述平板层叠型导电性高分子致动器中的一方的致动器的第二固定构件和另一方的致动器的第一固定构件连接的粘接剂，
通过用所述粘接剂加以连接，而所述变位以加和的形式增加。
CN201080028882.2A 2009-09-24 2010-09-17 平板层叠型导电性高分子致动器 Active CN102474206B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009218963 2009-09-24
JP2009-218963 2009-09-24
PCT/JP2010/005677 WO2011036861A1 (ja) 2009-09-24 2010-09-17 平板積層型導電性高分子アクチュエータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102474206A CN102474206A (zh) 2012-05-23
CN102474206B true CN102474206B (zh) 2014-08-13

Family

ID=43795630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080028882.2A Active CN102474206B (zh) 2009-09-24 2010-09-17 平板层叠型导电性高分子致动器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8143764B2 (zh)
JP (1) JP4777488B2 (zh)
CN (1) CN102474206B (zh)
WO (1) WO2011036861A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5495744B2 (ja) * 2009-12-08 2014-05-21 キヤノン株式会社 アクチュエータ
JP2013123366A (ja) * 2011-11-10 2013-06-20 Canon Inc アクチュエータ
US10688656B2 (en) 2015-04-27 2020-06-23 The Johns Hopkins University Devices with low melting point alloy for control of device flexibility
CN106625578B (zh) * 2015-08-28 2019-04-05 深兰科技（上海）有限公司 一种人工肌肉及其应用、机器人
EP3345228B1 (en) 2015-09-02 2018-12-26 Koninklijke Philips N.V. Actuator device based on an electroactive or photoactive polymer
CN108923687A (zh) * 2018-07-18 2018-11-30 吉林大学 Ti3C2Tx电化学驱动器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1527415A (zh) * 2003-03-06 2004-09-08 ���µ�����ҵ��ʽ���� 薄膜压电元件及其制造方法与执行元件
CN1771657A (zh) * 2004-05-24 2006-05-10 松下电器产业株式会社 导电性高分子驱动器
JP2009044898A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Yamaha Corp 高分子アクチュエータユニットおよび高分子アクチュエータ

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63289975A (ja) 1987-05-22 1988-11-28 Ckd Corp 圧電アクチュエ−タ
JPH11169393A (ja) 1997-12-15 1999-06-29 Keiichi Kanefuji 人工筋肉体
US7064472B2 (en) * 1999-07-20 2006-06-20 Sri International Electroactive polymer devices for moving fluid
DE19936713C2 (de) * 1999-08-06 2001-08-23 Bosch Gmbh Robert Piezokeramischer Aktor sowie Verfahren zu seiner Herstellung
PT1602135E (pt) * 2003-03-03 2011-02-15 Stanford Res Inst Int Polímeros electroactivos enrolados
JP4250536B2 (ja) 2004-01-16 2009-04-08 パナソニック株式会社 導電性高分子アクチュエータ
CN1910810B (zh) * 2004-02-05 2010-04-21 松下电器产业株式会社 促动器及促动器用平板状电极支撑体的制造方法
JP4661110B2 (ja) * 2004-07-07 2011-03-30 ダイキン工業株式会社 高分子アクチュエータ
JP4732798B2 (ja) * 2005-05-19 2011-07-27 株式会社日立製作所 アクチュエーターおよびアクチュエーターモジュール
JP4711765B2 (ja) * 2005-07-14 2011-06-29 イーメックス株式会社 直動駆動型高分子アクチュエータ装置
JP2006125396A (ja) * 2005-10-17 2006-05-18 Toshiba Corp アクチュエータ
WO2007148572A1 (ja) * 2006-06-20 2007-12-27 Panasonic Corporation 高分子アクチュエータ
JP5211553B2 (ja) * 2006-06-27 2013-06-12 コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 アクチュエータ素子、及びアクチュエータ素子の製造方法
US7732999B2 (en) * 2006-11-03 2010-06-08 Danfoss A/S Direct acting capacitive transducer
JP4704376B2 (ja) * 2007-02-26 2011-06-15 日本航空電子工業株式会社 高分子電解質膜アクチュエータ及びその作製方法
JP2008253016A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Tdk Corp 高分子アクチュエータ
WO2009119069A1 (ja) * 2008-03-27 2009-10-01 パナソニック株式会社 平板積層型導電性高分子アクチュエータ及び平板積層型導電性高分子アクチュエータ装置、並びにその作動方法
JP2010161870A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Panasonic Corp 導電性高分子アクチュエータおよびその製造方法
JP2010161894A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Panasonic Corp 平板積層型導電性高分子アクチュエータ、ロボットアーム、ロボットハンド、及び、平板積層型導電性高分子アクチュエータの製造方法
JP2010263750A (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 Hyper Drive Corp 電場応答性高分子を用いた発電デバイス
JP5614026B2 (ja) * 2009-11-06 2014-10-29 株式会社村田製作所 アクチュエータ
JP5404357B2 (ja) * 2009-12-08 2014-01-29 キヤノン株式会社 アクチュエータ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1527415A (zh) * 2003-03-06 2004-09-08 ���µ�����ҵ��ʽ���� 薄膜压电元件及其制造方法与执行元件
CN1771657A (zh) * 2004-05-24 2006-05-10 松下电器产业株式会社 导电性高分子驱动器
JP2009044898A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Yamaha Corp 高分子アクチュエータユニットおよび高分子アクチュエータ

Also Published As

Publication number Publication date
US20110227455A1 (en) 2011-09-22
CN102474206A (zh) 2012-05-23
JPWO2011036861A1 (ja) 2013-02-14
US8143764B2 (en) 2012-03-27
JP4777488B2 (ja) 2011-09-21
WO2011036861A1 (ja) 2011-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102474206B (zh) 平板层叠型导电性高分子致动器
Amoli et al. Ionic tactile sensors for emerging human‐interactive technologies: a review of recent progress
Chen et al. Electronic muscles and skins: a review of soft sensors and actuators
JP4287504B1 (ja) 導電性高分子アクチュエータおよびその製造方法
Otero et al. Biomimetic electrochemistry from conducting polymers. A review: artificial muscles, smart membranes, smart drug delivery and computer/neuron interfaces
JP4256469B1 (ja) 導電性高分子アクチュエータおよびその製造方法
Wax et al. Electroactive polymer actuators and devices
JP3811495B2 (ja) アクチュエータ及びアクチュエータ用平板状電極支持体の製造方法
JP4256470B1 (ja) 導電性高分子アクチュエータ、その製造方法、およびその駆動方法
CN101053147B (zh) 聚合物驱动器
JP6464317B2 (ja) 電気活性または光活性ポリマーをベースにしたアクチュエータデバイス
CN102204079A (zh) 聚合物致动器
Yamakita et al. Development of an artificial muscle linear actuator using ionic polymer–metal composites
Ahn et al. A Review of Recent Advances in Electrically Driven Polymer‐Based Flexible Actuators: Smart Materials, Structures, and Their Applications
JP2010161870A (ja) 導電性高分子アクチュエータおよびその製造方法
Tepermeister et al. Soft ionics: governing physics and state of technologies
Cheng et al. A novel ionic conductive polyurethane based on deep eutectic solvent continuing traditional merits
Liu et al. High water content electrically driven artificial muscles with large and stable deformation for soft robots
Maziz et al. Ionic Electrochemical Actuators
US9316211B2 (en) Actuator and method for manufacturing the same
JP2009189220A (ja) アクチュエータ及びこれを用いたアクチュエータ構造体
Alici et al. A bio-inspired robotic locomotion system based on conducting polymer actuators
Jung et al. Experimental investigations on behavior of IPMC polymer actuator and artificial muscle-like linear actuator
Wen et al. Polymer ionogels and their application in flexible ionic devices
Yamakita et al. IPMC linear actuator with re-doping capability and its application to biped walking robot

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant