JP2000049397A - アクチュエータ - Google Patents
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- JP2000049397A JP2000049397A JP10214196A JP21419698A JP2000049397A JP 2000049397 A JP2000049397 A JP 2000049397A JP 10214196 A JP10214196 A JP 10214196A JP 21419698 A JP21419698 A JP 21419698A JP 2000049397 A JP2000049397 A JP 2000049397A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polyurethane
- actuator
- actuator according
- electric field
- polyester
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 空気中で駆動させる事ができる高分子材料の
アクチュエータを提供しようとするもの。 【解決手段】 このアクチュエータは、両面に電極を有
する一層のポリウレタン膜からなり、電場の印加により
変形を起こす。
アクチュエータを提供しようとするもの。 【解決手段】 このアクチュエータは、両面に電極を有
する一層のポリウレタン膜からなり、電場の印加により
変形を起こす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、空気中で駆動さ
せる事ができる高分子材料のアクチュエータに関するも
のである。
せる事ができる高分子材料のアクチュエータに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高分子材料の電場等による変
形を利用した種々のアクチュエータが提案されている。
形を利用した種々のアクチュエータが提案されている。
【０００３】例えばゲルや、導電性高分子（ポリピロー
ル等）である。これらのアクチュエータは、基本的に水
溶液中または溶媒中で用いられるものである。
ル等）である。これらのアクチュエータは、基本的に水
溶液中または溶媒中で用いられるものである。
【０００４】ところが前記アクチュエータは、空気中で
駆動させる事はできないという問題があった。
駆動させる事はできないという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこでこの発明は、空
気中で駆動させる事ができる高分子材料のアクチュエー
タを提供しようとするものである。
気中で駆動させる事ができる高分子材料のアクチュエー
タを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明では次のような技術的手段を講じている。
この発明では次のような技術的手段を講じている。
【０００７】この発明のアクチュエータは、両面に電極
を有する一層のポリウレタン膜からなり、電場の印加に
より変形を起こすことを特徴とする。
を有する一層のポリウレタン膜からなり、電場の印加に
より変形を起こすことを特徴とする。
【０００８】発明者等は従来、ポリウレタンが電場によ
って比較的大きな収縮および曲げ変形を起こすことを研
究してきた。今回、一層のポリウレタン膜を用いてバイ
モルフ型アクチュエータと同様の屈曲変形をする素子を
作製し、この性能を調べることを目的とした。
って比較的大きな収縮および曲げ変形を起こすことを研
究してきた。今回、一層のポリウレタン膜を用いてバイ
モルフ型アクチュエータと同様の屈曲変形をする素子を
作製し、この性能を調べることを目的とした。
【０００９】試料に１０ＭＶ／ｍの電場を印加すると曲
率１／Ｒ＝３６ｍ-1の円弧上に屈曲した（図１）。電場
印加開始から約３秒でほぼこの曲率まで到達した。発生
する力は電子天秤を用いて測定し、試料の自重とほぼ同
じ大きさの力が発生している事がわかった。
率１／Ｒ＝３６ｍ-1の円弧上に屈曲した（図１）。電場
印加開始から約３秒でほぼこの曲率まで到達した。発生
する力は電子天秤を用いて測定し、試料の自重とほぼ同
じ大きさの力が発生している事がわかった。
【００１０】また、屈曲変形量の電場依存性を調べた結
果、この変形は曲げ圧電（逆効果）と曲げ電歪によるも
のである事も示された。
果、この変形は曲げ圧電（逆効果）と曲げ電歪によるも
のである事も示された。
【００１１】上記アクチュエータは、実用的な見地から
の特徴としては以下の点が挙げられる。 空気中で駆
動させる事ができる。 溶媒を含まないドライな系で
あるので溶媒の蒸発による材料の変質がない。 構造
が単純である（一層の膜状）ので、作製が容易である。
の特徴としては以下の点が挙げられる。 空気中で駆
動させる事ができる。 溶媒を含まないドライな系で
あるので溶媒の蒸発による材料の変質がない。 構造
が単純である（一層の膜状）ので、作製が容易である。
【００１２】この発明で用いられるアクチュエータは直
流電場によって駆動させてもよく、交流電場によって駆
動させてもよい。
流電場によって駆動させてもよく、交流電場によって駆
動させてもよい。
【００１３】本発明のアクチュエータは電場によって屈
曲または湾曲変形させる事ができ、種々の機械の駆動装
置として用いる事ができる。
曲または湾曲変形させる事ができ、種々の機械の駆動装
置として用いる事ができる。
【００１４】このアクチュエータは、ソフトセグメント
が、ポリエステルを有するポリウレタンを主体とするこ
ととしてもよい。前記ポリエステルは、ポリ（３−メチ
ル−１，３−ペンタンアジペート）を有することとして
もよく、１，６ヘキサンジオール又は／及び２，２−ジ
メチル−１，３−プロパンジオール並びにアジピン酸を
有することとしてもよく、ノナンジオール又は／及びメ
チルオクタンジオール並びにアジピン酸を有することと
してもよく、エチレングリコール又は／及び１，４ブタ
ンジオール並びにアジピン酸を有することとしてもよ
い。
が、ポリエステルを有するポリウレタンを主体とするこ
ととしてもよい。前記ポリエステルは、ポリ（３−メチ
ル−１，３−ペンタンアジペート）を有することとして
もよく、１，６ヘキサンジオール又は／及び２，２−ジ
メチル−１，３−プロパンジオール並びにアジピン酸を
有することとしてもよく、ノナンジオール又は／及びメ
チルオクタンジオール並びにアジピン酸を有することと
してもよく、エチレングリコール又は／及び１，４ブタ
ンジオール並びにアジピン酸を有することとしてもよ
い。
【００１５】またこのアクチュエータは、ソフトセグメ
ントが、ポリエーテルを有するポリウレタンを主体とす
ることとしてもよく、ポリカーボネートを有するポリウ
レタンを主体とすることとしてもよい。
ントが、ポリエーテルを有するポリウレタンを主体とす
ることとしてもよく、ポリカーボネートを有するポリウ
レタンを主体とすることとしてもよい。
【００１６】更にこのアクチュエータは、ヘキサメチレ
ンジイソシアナートを有するポリウレタンを主体とする
こととしてもよく、パラフェニレンジイソシアナートを
有するポリウレタンを主体とすることとしてもよく、ト
リレンジイソシアナートを有するポリウレタンを主体と
することとしてもよく、ジフェニルメタンジイソシアナ
ートを有するポリウレタンを主体とすることとしてもよ
い。
ンジイソシアナートを有するポリウレタンを主体とする
こととしてもよく、パラフェニレンジイソシアナートを
有するポリウレタンを主体とすることとしてもよく、ト
リレンジイソシアナートを有するポリウレタンを主体と
することとしてもよく、ジフェニルメタンジイソシアナ
ートを有するポリウレタンを主体とすることとしてもよ
い。
【００１７】このアクチュエータは、１，６−ヘキサン
ジオール又は／及び２，２−ジメチル−１，３−プロパ
ンジオール並びにアジピン酸を有するポリエステルと、
ヘキサメチレンジイソシアナートから成るポリウレタン
を主体とすることとしてもよい。
ジオール又は／及び２，２−ジメチル−１，３−プロパ
ンジオール並びにアジピン酸を有するポリエステルと、
ヘキサメチレンジイソシアナートから成るポリウレタン
を主体とすることとしてもよい。
【００１８】このアクチュエータは、ポリウレタンの組
成により変形の方向、大きさを制御することとしてもよ
い。すなわちこの発明のアクチュエータは電場の向きに
よって屈曲方向を変えることもできるが、ポリウレタン
の組成によっても屈曲方向を制御することができる。屈
曲変形の大きさはポリウレタンの組成に依存するが、ジ
イソシアナート、ソフトセグメント、硬化剤（鎖延長
剤、架橋剤）の組合せによってはより大きな変形を起こ
すこともある。
成により変形の方向、大きさを制御することとしてもよ
い。すなわちこの発明のアクチュエータは電場の向きに
よって屈曲方向を変えることもできるが、ポリウレタン
の組成によっても屈曲方向を制御することができる。屈
曲変形の大きさはポリウレタンの組成に依存するが、ジ
イソシアナート、ソフトセグメント、硬化剤（鎖延長
剤、架橋剤）の組合せによってはより大きな変形を起こ
すこともある。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明者等は空気中で駆動させる
事のできる高分子アクチュエータとして、ポリウレタン
の曲げ電歪による変形を利用したアクチュエータを試作
し、その性能を調べた。以下、この発明の実施の形態を
図面を参照して説明する。 （実施形態１）試料のポリウレタンはプレポリマー法に
より合成し厚さ０．２ｍｍの膜状に形成した（後述の実
施例１参照）。
事のできる高分子アクチュエータとして、ポリウレタン
の曲げ電歪による変形を利用したアクチュエータを試作
し、その性能を調べた。以下、この発明の実施の形態を
図面を参照して説明する。 （実施形態１）試料のポリウレタンはプレポリマー法に
より合成し厚さ０．２ｍｍの膜状に形成した（後述の実
施例１参照）。
【００２０】原料組成は、polyester diol：ポリエステ
ルジオール（日本ポリウレタン工業製：ニッポラン４０
７０；数平均分子量１９９６〔≒２０００〕）とhexame
thylene diisocyanate：ヘキサメチレンジイソシアネー
トと1,4-butanediol：１，４−ブタンジオールとtrimet
hylolpropane：トリメチロールプロパンとである。なお
前記ポリエステルジオール（ニッポラン４０７０）は、
１，６−ヘキサンジオールと２，２−ジメチル−１，３
−プロパンジオールとアジピン酸を有するものである。
ルジオール（日本ポリウレタン工業製：ニッポラン４０
７０；数平均分子量１９９６〔≒２０００〕）とhexame
thylene diisocyanate：ヘキサメチレンジイソシアネー
トと1,4-butanediol：１，４−ブタンジオールとtrimet
hylolpropane：トリメチロールプロパンとである。なお
前記ポリエステルジオール（ニッポラン４０７０）は、
１，６−ヘキサンジオールと２，２−ジメチル−１，３
−プロパンジオールとアジピン酸を有するものである。
【００２１】次に、得られた膜の両面に電極として金を
蒸着した。図１に示すように、高電圧を印加した際の電
極間の放電を避けるため、電極の大きさはポリウレタン
膜より小さくした。電場を印加した時の屈曲変形（図２
及び図３に示す）の経時変化をビデオカメラで撮影し
た。図４に示すように、応答速度は３秒でほぼ最大変形
量まで達した。
蒸着した。図１に示すように、高電圧を印加した際の電
極間の放電を避けるため、電極の大きさはポリウレタン
膜より小さくした。電場を印加した時の屈曲変形（図２
及び図３に示す）の経時変化をビデオカメラで撮影し
た。図４に示すように、応答速度は３秒でほぼ最大変形
量まで達した。
【００２２】図５に示すように、電場の印加によって発
生する力を電子天秤を用いて発生力を測定した。図６に
示すように、１０ＭＶ／ｍの電場を印加すると試料の自
重にほぼ相当する力を発生した。 （実施形態２）図７に示すように、電極の形を変える事
によって（これは金を蒸着する時、適当なマスクを用い
る事によって容易にできる）、円弧状に屈曲するだけで
なく多関節型アクチュエータ等を作る事もできる。すな
わち、多関節型アクチュエータである。すると図８に示
すように、多関節に対応した変形をした。 （実施形態３）図９に示すように、２ＭＶ／ｍの電場を
１５分印加した後、種々の電場を印加し、屈曲変形の大
きさと電場の関係を調べた。
生する力を電子天秤を用いて発生力を測定した。図６に
示すように、１０ＭＶ／ｍの電場を印加すると試料の自
重にほぼ相当する力を発生した。 （実施形態２）図７に示すように、電極の形を変える事
によって（これは金を蒸着する時、適当なマスクを用い
る事によって容易にできる）、円弧状に屈曲するだけで
なく多関節型アクチュエータ等を作る事もできる。すな
わち、多関節型アクチュエータである。すると図８に示
すように、多関節に対応した変形をした。 （実施形態３）図９に示すように、２ＭＶ／ｍの電場を
１５分印加した後、種々の電場を印加し、屈曲変形の大
きさと電場の関係を調べた。
【００２３】その結果、図１０に示すように、屈曲変形
は電場の２乗に比例する事から現象論的には「曲げ電歪
（Ｈ．Ｋａｗａｉ，応用物理，３９（９），８６９（１
９７０）」として理解できる。 （実施形態４）図１１に対して図１２に示すように、電
極（金の蒸着膜）をポリウレタンに密着させず、絶縁層
を挟んで電場を印加した場合（図１２）の屈曲変形につ
いて調べた。
は電場の２乗に比例する事から現象論的には「曲げ電歪
（Ｈ．Ｋａｗａｉ，応用物理，３９（９），８６９（１
９７０）」として理解できる。 （実施形態４）図１１に対して図１２に示すように、電
極（金の蒸着膜）をポリウレタンに密着させず、絶縁層
を挟んで電場を印加した場合（図１２）の屈曲変形につ
いて調べた。
【００２４】その結果、図１３に対して図１４に示すよ
うに、同じ大きさの電場を印加しても、絶縁層を挟んだ
場合の方（図１４）が屈曲変形は小さくなった。したが
って、屈曲変形を引き起こすには、電極がポリウレタン
に密着している事が必要である事を示唆する。
うに、同じ大きさの電場を印加しても、絶縁層を挟んだ
場合の方（図１４）が屈曲変形は小さくなった。したが
って、屈曲変形を引き起こすには、電極がポリウレタン
に密着している事が必要である事を示唆する。
【００２５】すなわちポリウレタンを用いて屈曲変形す
るアクチュエータを試作したが、この屈曲変形は「曲げ
電歪」として理解でき、屈曲変形を引き起こすには電場
だけではなく電極からの電荷の注入が必要である。
るアクチュエータを試作したが、この屈曲変形は「曲げ
電歪」として理解でき、屈曲変形を引き起こすには電場
だけではなく電極からの電荷の注入が必要である。
【００２６】なお、従来からポリビニリデンフロライド
等の圧電・電歪特性を示す高分子フィルムを用いたバイ
モルフ型アクチュエータが知られている。この種のアク
チュエータは２枚の圧電・電歪特性を示すフィルムを、
１枚の圧電・電歪特性を示さないフィルムの両面に貼り
合わせる事によって、電圧印加により屈曲変形を起こさ
せる事ができる。
等の圧電・電歪特性を示す高分子フィルムを用いたバイ
モルフ型アクチュエータが知られている。この種のアク
チュエータは２枚の圧電・電歪特性を示すフィルムを、
１枚の圧電・電歪特性を示さないフィルムの両面に貼り
合わせる事によって、電圧印加により屈曲変形を起こさ
せる事ができる。
【００２７】この種のアクチュエータは、フィルムを貼
り合わせた構造であるが故に、その貼り合わせたフィル
ムが剥がれやすく耐久性に本質的な問題があるが、本発
明者等は、両面に電極を有した一層のポリウレタン膜が
電場によって屈曲変形する事を見い出し、これを利用し
たアクチュエータを作製する事で前記耐久性の問題を解
決した。すなわち、本発明に用いられるポリウレタンモ
ノモルフアクチュエータは一層の高分子膜からなるた
め、上記のような貼り合わせ部分の耐久性の問題は本質
的にない。
り合わせた構造であるが故に、その貼り合わせたフィル
ムが剥がれやすく耐久性に本質的な問題があるが、本発
明者等は、両面に電極を有した一層のポリウレタン膜が
電場によって屈曲変形する事を見い出し、これを利用し
たアクチュエータを作製する事で前記耐久性の問題を解
決した。すなわち、本発明に用いられるポリウレタンモ
ノモルフアクチュエータは一層の高分子膜からなるた
め、上記のような貼り合わせ部分の耐久性の問題は本質
的にない。
【００２８】
【実施例】次に、この発明の構成をより具体的に説明す
る。
る。
【００２９】本発明のアクチュエータにはポリウレタン
を用いている。ポリウレタンは安価な汎用材料であり、
容易にゴム状物が得られる。なお、ポリウレタン膜の電
場による屈曲変形の機構は、曲げ電歪及び曲げ圧電によ
るものであると考えられるから、同様な機構による屈曲
変形は当然、他の種類の高分子材料にもみられると考え
られる。
を用いている。ポリウレタンは安価な汎用材料であり、
容易にゴム状物が得られる。なお、ポリウレタン膜の電
場による屈曲変形の機構は、曲げ電歪及び曲げ圧電によ
るものであると考えられるから、同様な機構による屈曲
変形は当然、他の種類の高分子材料にもみられると考え
られる。
【００３０】本発明に用いられるポリウレタンとして
は、電場に対する応答性の良さの点から比較的誘電率の
高いものの方が好ましい。そのためポリウレタン中のソ
フトセグメントとしては、ポリエステルやポリアルキレ
ングリコール、ポリエーテル、ポリカーボネートなどを
用いるのが良い。
は、電場に対する応答性の良さの点から比較的誘電率の
高いものの方が好ましい。そのためポリウレタン中のソ
フトセグメントとしては、ポリエステルやポリアルキレ
ングリコール、ポリエーテル、ポリカーボネートなどを
用いるのが良い。
【００３１】ポリエステルとしては、ポリ（３−メチル
−１，３−ペンタンアジペート）からなるポリエステ
ル、合成原料として１，６−ヘキサンジオール、２，２
−ジメチル−１，３−プロパンジオールとアジピン酸を
用いるポリエステル、合成原料としてノナンジオール、
メチルオクタンジオールとアジピン酸を用いるポリエス
テル、合成原料としてエチレングリコールと１，４−ブ
タンジオールとアジピン酸を用いるポリエステルなどが
好ましい。
−１，３−ペンタンアジペート）からなるポリエステ
ル、合成原料として１，６−ヘキサンジオール、２，２
−ジメチル−１，３−プロパンジオールとアジピン酸を
用いるポリエステル、合成原料としてノナンジオール、
メチルオクタンジオールとアジピン酸を用いるポリエス
テル、合成原料としてエチレングリコールと１，４−ブ
タンジオールとアジピン酸を用いるポリエステルなどが
好ましい。
【００３２】ポリアルキレングリコール、ポリエーテル
としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリオキシ
メチレンなどが好ましい。
としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリオキシ
メチレンなどが好ましい。
【００３３】ポリカーボネートとしては、ポリ（ヘキサ
ンジオールカーボネート）、ポリ（ノナンジオールカー
ボネート）などが好ましい。
ンジオールカーボネート）、ポリ（ノナンジオールカー
ボネート）などが好ましい。
【００３４】この発明の用いられるポリウレタンの原料
として使用されるジイソシアナートとしては、分子構造
上、特に限定されるものでないが、ヘキサメチレンジイ
ソシアナート、パラフェニレンジイソシアナート、トリ
レンジイソシアナート、ジフェニルメタンジイソシアナ
ートなどが好ましい。 〔実施例１〕平均分子量が１９９６のポリエステルジオ
ール（日本ポリウレタン工業社製、商品名ニッポラン４
０７０）１０００ｇにヘキサメチレンジイソシーナート
（日本ポリウレタン工業社製、商品名ＨＤＩ）１６８．
５ｇを加え、窒素気流下において８５℃で２時間反応さ
せプレポリマーを得た。
として使用されるジイソシアナートとしては、分子構造
上、特に限定されるものでないが、ヘキサメチレンジイ
ソシアナート、パラフェニレンジイソシアナート、トリ
レンジイソシアナート、ジフェニルメタンジイソシアナ
ートなどが好ましい。 〔実施例１〕平均分子量が１９９６のポリエステルジオ
ール（日本ポリウレタン工業社製、商品名ニッポラン４
０７０）１０００ｇにヘキサメチレンジイソシーナート
（日本ポリウレタン工業社製、商品名ＨＤＩ）１６８．
５ｇを加え、窒素気流下において８５℃で２時間反応さ
せプレポリマーを得た。
【００３５】このプレポリマーに、１，４−ブタンジオ
ール（関東化学社製）１８．１１ｇとトリメチロールプ
ロパン（関東化学社製）２２．４４ｇを溶融させて混合
し、予め１１０℃に保温しておいた厚み０．２ｍｍの金
型に注ぎ込んで１１０℃で１６時間オーブン中に放置し
硬化反応を行わせ、膜状のポリウレタンを得た。 〔実施例２〜13〕実施例１と同様にして、膜状のポリウ
レタン（試料２〜13）を得た。これら実施例２〜13の各
試料２〜13の組成は次の通りである。 (2) 試料２：ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアナー
ト、以下同様）とＰ−３０１０（ポリ（３−メチル−
１，３−ペンタンアジペート）（クラレ社製、商品名ク
ラポールＰ−３０１０）、以下同様）と１，２−ＰＤ
（１，２−プロパンジオール、以下同様）とＴＭＰ（ト
リメチロールプロパン、以下同様）。 (3) 試料３：ＨＤＩとＰ−３０１０と１，４−ＢＤ
（１，４−ブタンジオール、以下同様）。 (4) 試料４：ＨＤＩとＰ−３０１０と１，４−ＢＤとＴ
ＭＰ。 (5) 試料５：ＨＤＩとＰＮＯＡ−２０１０（ポリエステ
ル（クラレ社製、商品名ＰＮＯＡ−２０１０）、以下同
様）と１，２−ＰＤとＴＭＰ。 (6) 試料６：ＨＤＩとＮ−４０７０（ポリエステル（日
本ポリウレタン社製、商品名Ｎ−４０７０）、以下同
様）と１，２−ＰＤとＴＭＰ。 (7) 試料７：ＨＤＩとＮ−１６３（ポリエステル（日本
ポリウレタン社製、商品名Ｎ−１６３）、以下同様）と
１，２−ＰＤとＴＭＰ。 (8) 試料８：ＨＤＩとＮ−１６３と１，４−ＢＤとＴＭ
Ｐ。 (9) 試料９：ＨＤＩとＮ−１６３とＨＱＥＥ（ヒドロキ
ノン ビス（２−ヒドロキシエチル）エーテル）。 (10)試料10：ＰＰＤＩ（パラフェニレンジイソシアネー
ト）とＰＮＯＡ−２０１０と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 (11)試料11：ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアナー
ト）とＰＮＯＡ−２０１０と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 (12)試料12：ＴＤＩ（トリレンジイソシアナート）とＰ
ＮＯＡ−２０１０と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 (13)試料13：ＰＰＤＩとＰＰＧ（ポリプロピレングリコ
ール（分子量３０００））と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 そして、試料１〜13の電場による屈曲変形を評価した。
ール（関東化学社製）１８．１１ｇとトリメチロールプ
ロパン（関東化学社製）２２．４４ｇを溶融させて混合
し、予め１１０℃に保温しておいた厚み０．２ｍｍの金
型に注ぎ込んで１１０℃で１６時間オーブン中に放置し
硬化反応を行わせ、膜状のポリウレタンを得た。 〔実施例２〜13〕実施例１と同様にして、膜状のポリウ
レタン（試料２〜13）を得た。これら実施例２〜13の各
試料２〜13の組成は次の通りである。 (2) 試料２：ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアナー
ト、以下同様）とＰ−３０１０（ポリ（３−メチル−
１，３−ペンタンアジペート）（クラレ社製、商品名ク
ラポールＰ−３０１０）、以下同様）と１，２−ＰＤ
（１，２−プロパンジオール、以下同様）とＴＭＰ（ト
リメチロールプロパン、以下同様）。 (3) 試料３：ＨＤＩとＰ−３０１０と１，４−ＢＤ
（１，４−ブタンジオール、以下同様）。 (4) 試料４：ＨＤＩとＰ−３０１０と１，４−ＢＤとＴ
ＭＰ。 (5) 試料５：ＨＤＩとＰＮＯＡ−２０１０（ポリエステ
ル（クラレ社製、商品名ＰＮＯＡ−２０１０）、以下同
様）と１，２−ＰＤとＴＭＰ。 (6) 試料６：ＨＤＩとＮ−４０７０（ポリエステル（日
本ポリウレタン社製、商品名Ｎ−４０７０）、以下同
様）と１，２−ＰＤとＴＭＰ。 (7) 試料７：ＨＤＩとＮ−１６３（ポリエステル（日本
ポリウレタン社製、商品名Ｎ−１６３）、以下同様）と
１，２−ＰＤとＴＭＰ。 (8) 試料８：ＨＤＩとＮ−１６３と１，４−ＢＤとＴＭ
Ｐ。 (9) 試料９：ＨＤＩとＮ−１６３とＨＱＥＥ（ヒドロキ
ノン ビス（２−ヒドロキシエチル）エーテル）。 (10)試料10：ＰＰＤＩ（パラフェニレンジイソシアネー
ト）とＰＮＯＡ−２０１０と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 (11)試料11：ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアナー
ト）とＰＮＯＡ−２０１０と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 (12)試料12：ＴＤＩ（トリレンジイソシアナート）とＰ
ＮＯＡ−２０１０と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 (13)試料13：ＰＰＤＩとＰＰＧ（ポリプロピレングリコ
ール（分子量３０００））と１，４−ＢＤとＴＭＰ。 そして、試料１〜13の電場による屈曲変形を評価した。
【００３６】前記ポリウレタン膜（各試料）の両面に、
電極として金の薄膜をイオン・スパッタリング法によっ
て形成させた後、３０×５ｍｍの短冊状に切断した。こ
の短冊状のポリウレタン膜の上端を固定し、２ＭＶ／ｍ
の電場を印加した時の下端の変移量をレーザ式変位セン
サで測定することにより、屈曲変形の方向、大きさを評
価した。すると、 (1) 試料１は負極側に屈曲し、０．９５ｍｍの変位量で
あった。 (2) 試料２は負極側に屈曲し、０．１８ｍｍの変位量で
あった。 (3) 試料３は負極側に屈曲し、０．０５ｍｍの変位量で
あった。 (4) 試料４は正極側に屈曲し、０．０３ｍｍの変位量で
あった。 (5) 試料５は負極側に屈曲し、０．１０ｍｍの変位量で
あった。 (6) 試料６は負極側に屈曲し、０．０７ｍｍの変位量で
あった。 (7) 試料７は負極側に屈曲し、０．１７ｍｍの変位量で
あった。 (8) 試料８は正極側に屈曲し、０．０８ｍｍの変位量で
あった。 (9) 試料９は正極側に屈曲し、０．０３ｍｍの変位量で
あった。 (10)試料10は負極側に屈曲し、０．０９ｍｍの変位量で
あった。 (11)試料11は負極側に屈曲し、０．６８ｍｍの変位量で
あった。 (12)試料12は負極側に屈曲し、０．１１ｍｍの変位量で
あった。 (13)試料13は負極側に屈曲し、０．０８ｍｍの変位量で
あった。
電極として金の薄膜をイオン・スパッタリング法によっ
て形成させた後、３０×５ｍｍの短冊状に切断した。こ
の短冊状のポリウレタン膜の上端を固定し、２ＭＶ／ｍ
の電場を印加した時の下端の変移量をレーザ式変位セン
サで測定することにより、屈曲変形の方向、大きさを評
価した。すると、 (1) 試料１は負極側に屈曲し、０．９５ｍｍの変位量で
あった。 (2) 試料２は負極側に屈曲し、０．１８ｍｍの変位量で
あった。 (3) 試料３は負極側に屈曲し、０．０５ｍｍの変位量で
あった。 (4) 試料４は正極側に屈曲し、０．０３ｍｍの変位量で
あった。 (5) 試料５は負極側に屈曲し、０．１０ｍｍの変位量で
あった。 (6) 試料６は負極側に屈曲し、０．０７ｍｍの変位量で
あった。 (7) 試料７は負極側に屈曲し、０．１７ｍｍの変位量で
あった。 (8) 試料８は正極側に屈曲し、０．０８ｍｍの変位量で
あった。 (9) 試料９は正極側に屈曲し、０．０３ｍｍの変位量で
あった。 (10)試料10は負極側に屈曲し、０．０９ｍｍの変位量で
あった。 (11)試料11は負極側に屈曲し、０．６８ｍｍの変位量で
あった。 (12)試料12は負極側に屈曲し、０．１１ｍｍの変位量で
あった。 (13)試料13は負極側に屈曲し、０．０８ｍｍの変位量で
あった。
【００３７】すなわち本発明のアクチュエータは、実施
例１〜13の各結果により、一層のポリウレタン層である
にもかかわらず、バイモルフ型アクチュエータのような
屈曲変形を電場によって引き起こすことができ、有用な
アクチュエータとなり得ることが示された。
例１〜13の各結果により、一層のポリウレタン層である
にもかかわらず、バイモルフ型アクチュエータのような
屈曲変形を電場によって引き起こすことができ、有用な
アクチュエータとなり得ることが示された。
【００３８】また、屈曲方向、大きさはポリウレタンの
組成によってコントロールできることが分かる。また、
ヘキサメチレンジイソシアナート（ＨＤＩ）を用いて合
成したポリウレタンのうち試料１が特に大きく変形する
ことも分かる。
組成によってコントロールできることが分かる。また、
ヘキサメチレンジイソシアナート（ＨＤＩ）を用いて合
成したポリウレタンのうち試料１が特に大きく変形する
ことも分かる。
【００３９】このポリウレタンモノモルフアクチュエー
タは一層の膜からなるため、バイモルフ型アクチュエー
タのように貼り合わせたフィルムが剥がれるという耐久
性の問題がなく、また、電場によって屈曲変形が得られ
る有用なアクチュエータであることも示された。
タは一層の膜からなるため、バイモルフ型アクチュエー
タのように貼り合わせたフィルムが剥がれるという耐久
性の問題がなく、また、電場によって屈曲変形が得られ
る有用なアクチュエータであることも示された。
【００４０】
【発明の効果】この発明は上述のような構成であり、次
の効果を有する。
の効果を有する。
【００４１】空気中で駆動させる事ができる高分子材料
のアクチュエータを提供することができる。
のアクチュエータを提供することができる。
【図１】この発明のアクチュエータの実施形態１であっ
て電極の構造を説明する図。
て電極の構造を説明する図。
【図２】図１のアクチュエータで電場を印加していない
状態を説明する図。
状態を説明する図。
【図３】図１のアクチュエータで電場を印加した状態を
説明する図。
説明する図。
【図４】図２及び図３のアクチュエータで電場を印加し
た時の屈曲変形の経時変化を説明する図。
た時の屈曲変形の経時変化を説明する図。
【図５】電場の印加によって発生する力の測定装置の説
明図。
明図。
【図６】電場の印加によって発生する力を測定したグラ
フ。
フ。
【図７】この発明の実施形態２であって多関節型アクチ
ュエータを説明する図。
ュエータを説明する図。
【図８】図７の多関節型アクチュエータが変形した状態
を説明する図。
を説明する図。
【図９】この発明の実施形態３であって屈曲変形の大き
さと電場の関係を調べる装置を説明する図。
さと電場の関係を調べる装置を説明する図。
【図１０】屈曲変形の大きさと電場の関係を測定したグ
ラフ。
ラフ。
【図１１】この発明の実施形態３であって電極（金の蒸
着膜）をポリウレタンに密着させて電場を印加する状態
を説明する図。
着膜）をポリウレタンに密着させて電場を印加する状態
を説明する図。
【図１２】電極（金の蒸着膜）をポリウレタンに密着さ
せず、絶縁層を挟んで電場を印加する状態を説明する
図。
せず、絶縁層を挟んで電場を印加する状態を説明する
図。
【図１３】図１１の絶縁層を挟まない場合の屈曲変形を
測定したグラフ。
測定したグラフ。
【図１４】図１２の絶縁層を挟んだ場合の屈曲変形を測
定したグラフ。
定したグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天池 庸一 奈良県奈良市左京６−５−６ ニッタ株式 会社ならやま研究所内 (72)発明者 上田 敦 奈良県奈良市左京６−５−６ ニッタ株式 会社ならやま研究所内 (72)発明者 鈴木 信 奈良県奈良市左京６−５−６ ニッタ株式 会社ならやま研究所内 (72)発明者 平井 利博 長野県上田市諏訪形940番地の13 (72)発明者 渡辺 真志 長野県上田市常入１丁目15番64号 Ｆターム(参考） 4J002 CK031 CK041 CK051 GQ00
Claims (15)
- 【請求項１】 両面に電極を有する一層のポリウレタン
膜からなり、電場の印加により変形を起こすことを特徴
とするアクチュエータ。 - 【請求項２】 電場の印加により湾曲又は屈曲変形を起
こす請求項１記載のアクチュエータ。 - 【請求項３】 ソフトセグメントが、ポリエステルを有
するポリウレタンを主体とする請求項１又は２記載のア
クチュエータ。 - 【請求項４】 前記ポリエステルが、ポリ（３−メチル
−１，３−ペンタンアジペート）を有する請求項３記載
のアクチュエータ。 - 【請求項５】 前記ポリエステルが、１，６ヘキサンジ
オール又は／及び２，２−ジメチル−１，３−プロパン
ジオール並びにアジピン酸を有する請求項３記載のアク
チュエータ。 - 【請求項６】 前記ポリエステルが、ノナンジオール又
は／及びメチルオクタンジオール並びにアジピン酸を有
する請求項３記載のアクチュエータ。 - 【請求項７】 前記ポリエステルが、エチレングリコー
ル又は／及び１，４ブタンジオール並びにアジピン酸を
有する請求項２記載のアクチュエータ。 - 【請求項８】 ソフトセグメントが、ポリエーテルを有
するポリウレタンを主体とする請求項１又は２記載のア
クチュエータ。 - 【請求項９】 ソフトセグメントが、ポリカーボネート
を有するポリウレタンを主体とする請求項１又は２記載
のアクチュエータ。 - 【請求項１０】 ヘキサメチレンジイソシアナートを有
するポリウレタンを主体とする請求項１乃至９のいずれ
かに記載のアクチュエータ。 - 【請求項１１】 パラフェニレンジイソシアナートを有
するポリウレタンを主体とする請求項１乃至９のいずれ
かに記載のアクチュエータ。 - 【請求項１２】 トリレンジイソシアナートを有するポ
リウレタンを主体とする請求項１乃至９のいずれかに記
載のアクチュエータ。 - 【請求項１３】 ジフェニルメタンジイソシアナートを
有するポリウレタンを主体とする請求項１乃至９のいず
れかに記載のアクチュエータ。 - 【請求項１４】 １，６−ヘキサンジオール又は／及び
２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール並びにア
ジピン酸を有するポリエステルと、ヘキサメチレンジイ
ソシアナートから成るポリウレタンを主体とする請求項
１又は２記載のアクチュエータ。 - 【請求項１５】 ポリウレタンの組成により変形の方
向、大きさを制御する請求項１乃至１４のいずれかに記
載のアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10214196A JP2000049397A (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10214196A JP2000049397A (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000049397A true JP2000049397A (ja) | 2000-02-18 |
Family
ID=16651830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10214196A Pending JP2000049397A (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000049397A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7109643B2 (en) | 2004-02-03 | 2006-09-19 | Japan As Represented By The Director General Of Agency Of Shinshu University | Actuator |
| WO2013113846A1 (de) * | 2012-02-01 | 2013-08-08 | Bayer Intellectual Property Gmbh | Elektromechanischer wandler, umfassend ein polyurethanpolymer mit polyester-und/oder polycarbonat einheiten |
| CN114766757A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-07-22 | 福建博采星教育科技有限公司 | 一种可自动改变保温性的保暖校服 |
-
1998
- 1998-07-29 JP JP10214196A patent/JP2000049397A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7109643B2 (en) | 2004-02-03 | 2006-09-19 | Japan As Represented By The Director General Of Agency Of Shinshu University | Actuator |
| WO2013113846A1 (de) * | 2012-02-01 | 2013-08-08 | Bayer Intellectual Property Gmbh | Elektromechanischer wandler, umfassend ein polyurethanpolymer mit polyester-und/oder polycarbonat einheiten |
| CN114766757A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-07-22 | 福建博采星教育科技有限公司 | 一种可自动改变保温性的保暖校服 |
| CN114766757B (zh) * | 2022-05-16 | 2023-10-24 | 福建博采星教育科技有限公司 | 一种可自动改变保温性的保暖校服 |
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