JP2003152234A - Actuator and its manufacturing method - Google Patents
Actuator and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電極間に電
圧を印加することで形状が変化するアクチュエータ及び
その製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator whose shape is changed by applying a voltage between a plurality of electrodes and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】アクチュエータとは、例えば電気、熱、
光等の信号を受けることで力学的に作用する機構であ
る。実用化されているアクチュエータとしては、例えば
磁気モーター、電圧素子、油圧駆動シリンダ、空圧駆動
シリンダ等がある。そして、これらのアクチュエータで
は、主に電気信号を受けることで回転、伸縮といった力
学的な仕事が行われる。また、これらのアクチュエータ
は、組み合わせることにより例えば産業用ロボット等の
マクロ的な動きから磁気ディスク記録装置におけるヘッ
ド移動等ミクロ的な動きまで幅広く利用されている。2. Description of the Related Art Actuators are, for example, electricity, heat,
It is a mechanism that acts mechanically by receiving signals such as light. Practical actuators include, for example, magnetic motors, voltage elements, hydraulic drive cylinders, pneumatic drive cylinders, and the like. Then, in these actuators, mechanical work such as rotation and expansion and contraction is mainly performed by receiving an electric signal. Also, these actuators are widely used by combining them, for example, from a macroscopic movement of an industrial robot or the like to a microscopic movement such as head movement in a magnetic disk recording apparatus.
【0003】上述した産業用ロボットは、その動きが複
雑なために多数のアクチュエータが用いられている。こ
のように産業用ロボット等に用いられるアクチュエータ
は、主に金属材料によって構成されており、重量が重
く、小型化が困難であり、用いられる機器自体も大型化
させてしまうといった問題があった。The industrial robot described above uses a large number of actuators because its movement is complicated. As described above, the actuator used in the industrial robot or the like is mainly composed of a metal material, has a problem in that it is heavy and difficult to reduce in size, and the device itself used is also increased in size.
【0004】このため、近年では、主に軽量で柔軟性に
富んだ高分子材料によって構成される高分子アクチュエ
ータが注目されている。この高分子アクチュエータとし
ては、例えばポリフッ化ビニリデン等を用いた高分子電
圧素子、イオン導電性高分子ゲル等を用いたゲルアクチ
ュエータ、電子導電性高分子等を用いた導電性高分子ア
クチュエータ等が知られている。これらのうち導電性高
分子アクチュエータは、作動電圧が1V〜3Vと低い割
には発生応力が数MPaと大きいといった利点を有して
いる。For this reason, in recent years, polymer actuators mainly composed of a light-weight and highly flexible polymer material have attracted attention. Known polymer actuators include, for example, polymer voltage elements using polyvinylidene fluoride or the like, gel actuators using ionic conductive polymer gels, conductive polymer actuators using electronic conductive polymers, etc. Has been. Among them, the conductive polymer actuator has an advantage that the generated stress is as large as several MPa although the operating voltage is as low as 1V to 3V.
【0005】この導電性高分子アクチュエータでは、力
学的な仕事を行う際に、用いられている電子導電性高分
子で電気化学的な酸化還元反応が行われている。この場
合、電子導電性高分子では、電荷を補充するイオンの供
給源として例えば電解液や固体電解質等を用いてイオン
のドープ/脱ドープが行われると共に、高分子鎖のコン
フォメーション変化や、分子間/分子内静電反発が生じ
る。これにより、導電性高分子アクチュエータでは、電
子導電性高分子における酸化還元反応によって電子導電
性高分子が膨張/収縮することから、伸縮といった力学
的な仕事を行うことが可能となる。In this electroconductive polymer actuator, an electrochemical redox reaction is carried out in the electroconductive polymer used when performing mechanical work. In this case, in the electronically conductive polymer, ion doping / dedoping is performed using, for example, an electrolytic solution or a solid electrolyte as a source of ions for replenishing charges, and at the same time, conformational changes of polymer chains and molecular Intra / intramolecular electrostatic repulsion occurs. As a result, in the conductive polymer actuator, since the electronic conductive polymer expands / contracts due to the redox reaction in the electronic conductive polymer, it becomes possible to perform mechanical work such as expansion and contraction.
【0006】ところで、電子導電性高分子では、その膨
張/収縮が例えば線方向に対して数%程度であり、上述
した産業用ロボットの関節等で生体筋のように用いるに
は変位量が不十分であった。By the way, in the electronically conductive polymer, its expansion / contraction is, for example, about several percent in the linear direction, and the displacement amount is not enough to be used like a biological muscle in the joint of the industrial robot described above. Was enough.
【0007】そこで、導電性高分子アクチュエータで
は、電子導電性高分子を含有する二枚の板状電極が例え
ば固体電解質等を挟持した構造の電気化学素子として形
成させ、二枚の板状電極の間に電圧を印加することで一
方の板状電極にイオンがドープされて膨張し、他方の板
状電極からイオンが脱ドープして収縮することから電気
化学素子が湾曲、すなわち弾性変形し、この弾性変形に
よって力学的な仕事を行うことを可能にさせる。この場
合、導電性高分子アクチュエータでは、電気化学素子の
弾性変形を用いることで例えば線方向に対する弾性変形
の変位量が30%〜50%程度となり生体筋のように用
いることが可能となる。Therefore, in a conductive polymer actuator, two plate-shaped electrodes containing an electronic conductive polymer are formed as an electrochemical element having a structure in which, for example, a solid electrolyte is sandwiched, and two plate-shaped electrodes By applying a voltage in between, one plate electrode is doped with ions and expands, and the other plate electrode dedopes and contracts, causing the electrochemical element to bend, that is, elastically deform. It makes it possible to perform mechanical work by elastic deformation. In this case, in the conductive polymer actuator, by using the elastic deformation of the electrochemical element, for example, the displacement amount of the elastic deformation in the line direction becomes about 30% to 50%, and the actuator can be used like a living muscle.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述した導電性高分子
アクチュエータにおいては、電気化学素子で酸化還元反
応が行われる際に、一方の板状電極の電子導電性高分子
にイオンがドープされることにより電子導電性が高くな
るが、他方の板状電極の電子導電性高分子ではイオンが
脱ドープされて絶縁状態になってしまう。このため、導
電性高分子アクチュエータにおいては、例えば金属箔の
集電体上に電子導電性高分子を形成させたり、電子導電
性高分子の表面にめっき、蒸着、スパッタ等で金属膜を
成膜させる等して板状電極の電子伝導、すなわち集電を
高めるようにさせている。In the above-described conductive polymer actuator, the electron conductive polymer of one plate electrode is doped with ions when the redox reaction is performed in the electrochemical device. As a result, the electron conductivity is increased, but in the electron conductive polymer of the other plate-like electrode, ions are dedoped and become in an insulating state. Therefore, in a conductive polymer actuator, for example, an electronic conductive polymer is formed on the collector of a metal foil, or a metal film is formed on the surface of the electronic conductive polymer by plating, vapor deposition, sputtering, etc. By doing so, the electron conduction of the plate electrode, that is, the current collection is enhanced.
【0009】しかしながら、この導電性高分子アクチュ
エータでは、電気化学素子を弾性変形させた際に、集電
が高められた板状電極の金属箔が伸縮しないことから電
子導電性高分子の膨張/収縮の妨げて、電気化学素子を
充分に弾性変形させることが困難になるといった問題に
なった。However, in this electroconductive polymer actuator, when the electrochemical element is elastically deformed, the metal foil of the plate-shaped electrode with enhanced current collection does not expand or contract, so that the electroconductive polymer expands / contracts. Therefore, it becomes difficult to elastically deform the electrochemical device sufficiently.
【0010】この導電性高分子アクチュエータでは、電
気化学素子が弾性変形を繰り返した場合、板状電極の電
子導電性高分子が金属箔から剥がれてしまい、電子導電
性高分子の集電が悪くなり電気化学素子の弾性変形の繰
り返し特性を劣化させたり、電気化学素子の応答速度を
鈍くさせる、すなわち弾性変形の動作を鈍くさせるとい
った問題もあった。In this electroconductive polymer actuator, when the electrochemical element repeatedly elastically deforms, the electroconductive polymer of the plate electrode is peeled off from the metal foil, so that the current collection of the electroconductive polymer is deteriorated. There are also problems that the repeated characteristics of elastic deformation of the electrochemical element are deteriorated, or the response speed of the electrochemical element is slowed down, that is, the operation of elastic deformation is slowed down.
【0011】この導電性高分子アクチュエータでは、電
気化学素子が弾性変形する際に、板状電極の金属箔が電
子導電性高分子の伸縮の妨げとなり電気化学素子の湾曲
する方向とは反対方向に反力を生じさせることから、電
気化学素子における弾性変形の変位量を小さくさせると
共に弾性変形の応答速度を鈍くさせる。In this conductive polymer actuator, when the electrochemical element is elastically deformed, the metal foil of the plate-shaped electrode hinders the expansion and contraction of the electronic conductive polymer, which is in the direction opposite to the bending direction of the electrochemical element. Since the reaction force is generated, the displacement amount of elastic deformation in the electrochemical element is reduced and the response speed of elastic deformation is slowed down.
【0012】また、導電性高分子アクチュエータでは、
電子導電性高分子の集電を高めるために金属膜を用いた
場合、電気化学素子が弾性変形を繰り返すと電子導電性
高分子の表面の金属膜にひび割れが生じてしまい、電子
導電性高分子の集電が悪くなり電気化学素子の弾性変形
の繰り返し特性を劣化させてしまうことがある。Further, in the conductive polymer actuator,
When a metal film is used to increase the current collection of the electronically conductive polymer, cracks occur in the metal film on the surface of the electronically conductive polymer when the electrochemical element repeatedly elastically deforms, and The current collection may deteriorate and the repeated characteristics of elastic deformation of the electrochemical element may deteriorate.
【0013】そこで、本発明は、このような従来の実情
に鑑みて提案されたものであり、電気化学反応による弾
性変形の変位量が大きく、作動電圧が低く、軽量で且つ
応答速度が速く、優れた弾性変形の繰り返し特性を有す
るアクチュエータ及びその製造方法を提供することを目
的とする。Therefore, the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and the displacement of elastic deformation due to an electrochemical reaction is large, the operating voltage is low, the weight is light, and the response speed is high. An object of the present invention is to provide an actuator having excellent characteristics of repeated elastic deformation and a manufacturing method thereof.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明のアクチュエータ
は、複数の電極の間に電解質が配置され、電極間に電圧
を印加することで形状が変化するアクチュエータであっ
て、電極が、イオンをドープ/脱ドープする導電性高分
子と、電子伝導性を有していると共に導電性高分子と電
気的に接触する導電材とを備え、導電材の形状が、粉末
状、網状、多孔質状のうち何れか一種を呈している。The actuator of the present invention is an actuator in which an electrolyte is arranged between a plurality of electrodes and the shape of which changes when a voltage is applied between the electrodes, and the electrodes are doped with ions. / A conductive polymer to be dedoped and a conductive material that has electronic conductivity and is in electrical contact with the conductive polymer are provided, and the conductive material has a powdery, net-like, or porous shape. Presents one of them.
【0015】このアクチュエータでは、複数の電極の導
電材の形状が粉末状、網状、多孔質状のうち何れか一種
を呈していることから、電極間に電圧が印加されて起こ
る電極の形状の変化に導電材が追従し易く、電極の形状
変形により導電性高分子と導電材との接触状態が劣化し
てしまうことを防止させる。In this actuator, the shape of the conductive material of the plurality of electrodes is one of powder, mesh, and porous, so that the shape of the electrodes changes when a voltage is applied between the electrodes. The conductive material easily follows, and prevents the contact state between the conductive polymer and the conductive material from being deteriorated due to the shape deformation of the electrode.
【0016】本発明のアクチュエータの製造方法は、複
数の電極の間に高分子電解質が配置され、電極間に電圧
を印加することで形状が変化するアクチュエータの製造
方法であって、イオンをドープ/脱ドープする導電性高
分子と、電子伝導性を有すると共に導電性高分子と電気
的に接触する導電材とを有する電極を形成し、電極に、
形状が粉末状、網状、多孔質状のうち何れか一種を呈す
る導電材を用いる。A method of manufacturing an actuator according to the present invention is a method of manufacturing an actuator in which a polymer electrolyte is arranged between a plurality of electrodes and the shape of which changes when a voltage is applied between the electrodes. A conductive polymer to be dedoped, and an electrode having a conductive material having electronic conductivity and being in electrical contact with the conductive polymer are formed, and the electrode is
A conductive material having one of a powder shape, a net shape, and a porous shape is used.
【0017】このアクチュエータの製造方法では、その
形状が粉末状、網状、多孔質状のうち何れか一種を呈す
る導電材を用いて電極を形成しており、このようにして
形成された電極では電圧が印加されて起こる形状の変化
に導電材が容易に追従することから、電極の形状変化に
より導電性高分子と導電材との接触状態が劣化してしま
うことが防止されたアクチュエータが得られる。In this manufacturing method of the actuator, the electrode is formed by using a conductive material whose shape is any one of powder, mesh, and porous, and the voltage is applied to the electrode thus formed. Since the conductive material easily follows the shape change caused by the application of the electric field, it is possible to obtain an actuator in which the contact state between the conductive polymer and the conductive material is prevented from being deteriorated due to the shape change of the electrode.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したアクチュ
エータについて図面を参照にして説明する。図1は、本
発明を適用したアクチュエータ1の一構成例を示す概略
斜視図である。アクチュエータ1は、二枚の板状電極2
a,2bと、これらの板状電極2a,2bに挟持された
電解質層3と、二枚の板状電極2a,2bにそれぞれ備
わる端子部4a,4bとを備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An actuator to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration example of an actuator 1 to which the present invention is applied. The actuator 1 includes two plate electrodes 2
a, 2b, an electrolyte layer 3 sandwiched between the plate electrodes 2a, 2b, and terminal portions 4a, 4b provided on the two plate electrodes 2a, 2b, respectively.
【0019】板状電極2a,2bは、導電性高分子と、
導電材とによってそれぞれ構成されている。導電性高分
子は、電圧印加による酸化還元反応に伴うイオンのドー
プ/脱ドープを行うことが可能であり、例えば二枚の板
状電極2a,2b間に電圧が印加されてイオンがドープ
されると膨張し、イオンが脱ドープされると収縮するこ
とになる。The plate-shaped electrodes 2a and 2b are made of a conductive polymer.
And a conductive material. The conductive polymer can perform doping / dedoping of ions accompanying an oxidation-reduction reaction by applying a voltage. For example, a voltage is applied between the two plate-shaped electrodes 2a and 2b to dope the ions. Will expand and contract when the ions are dedoped.
【0020】この導電性高分子には、例えばポリアセチ
レン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、
ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリア
ズレン等のπ共役系導電性高分子、及びこれらのπ共役
系導電性高分子にアルキル基、スルホン酸基、カルボン
酸基、アルキルスルホン酸基、アルキルカルボン酸基等
の官能基を付与した誘導体、π共役系導電性高分子にポ
リオキシエチレン、ポリオキシプロピレン等の側鎖状有
機物を付与した誘導体等を用いる。これらのうち、導電
性高分子には、主に、化学的及び電気化学的に重合が容
易なポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン及び
これらの誘導体を用いる。Examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene,
Π-conjugated conductive polymer such as polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, and polyazulene, and an alkyl group, a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, an alkylsulfonic acid group, an alkylcarboxylic acid group, etc. in these π-conjugated conductive polymers And a derivative obtained by adding a side chain organic compound such as polyoxyethylene or polyoxypropylene to a π-conjugated conductive polymer are used. Among them, polyaniline, polypyrrole, polythiophene and their derivatives, which are easily chemically and electrochemically polymerized, are mainly used as the conductive polymer.
【0021】導電材は、導電性高分子と電気的に接触す
ることによって導電性高分子に対して電子伝導、すなわ
ち集電を高めるように機能している。導電材としては、
電子伝導性が高く、溶剤等に対して耐性を有し、且つ導
電性高分子が酸化還元する電位範囲において電気化学的
に安定な炭素材料、金属等を用いる。この導電材は、例
えば炭素繊維、非結晶性炭素、黒鉛、金、白金、パラジ
ウム等を用いる。例えば電解質層3中に水を含む場合
は、導電材に還元反応により水素を発生する際の過電圧
が大きい金を用いることが好ましい。The electrically conductive material functions to enhance electronic conduction, that is, current collection, with respect to the electrically conductive polymer by making electrical contact with the electrically conductive polymer. As the conductive material,
A carbon material, metal, or the like having high electron conductivity, resistance to a solvent, etc., and electrochemically stable in the potential range where the conductive polymer is redox-reduced is used. As the conductive material, for example, carbon fiber, amorphous carbon, graphite, gold, platinum, palladium or the like is used. For example, when the electrolyte layer 3 contains water, it is preferable to use gold, which has a large overvoltage when hydrogen is generated by the reduction reaction, as the conductive material.
【0022】この導電材は、酸化還元により導電性高分
子が膨張/収縮する際に、この導電性高分子の動きを妨
げることがないような形状として粉末状、網状、多孔質
状を呈しており、導電性高分子と電気的に接触した状態
で板状電極2a,2bを構成している。また、板状電極
2a,2bにおいては、形状の異なる導電材を複数種備
えた構成としても良い。これにより、板状電極2a,2
bでは、導電性高分子と導電材との電気的な接触を更に
適切な状態にすることも可能になる。The conductive material has a powdery, net-like, or porous shape that does not hinder the movement of the conductive polymer when the conductive polymer expands / contracts by redox. The plate electrodes 2a and 2b are configured in a state of being in electrical contact with the conductive polymer. Further, the plate electrodes 2a and 2b may be configured to include a plurality of types of conductive materials having different shapes. As a result, the plate electrodes 2a, 2
In b, the electrical contact between the conductive polymer and the conductive material can be made more appropriate.
【0023】粉末状を呈する導電材は、図2に示すよう
に、導電性高分子中に分散させた状態で用いられる。こ
の粉末状を呈する導電材を用いた板状電極2a,2bを
形成する際は、導電性高分子を例えばN−メチルピロリ
ドン等の溶剤に溶解し、この導電性高分子溶液に粉末状
の導電材を添加して撹拌分散した後に、離型性を有する
平板等に塗布して溶剤を除去する。このようにして、粉
末状を呈する導電材を用いた板状電極2a,2bが得ら
れる。The powdery conductive material is used in a state of being dispersed in a conductive polymer as shown in FIG. When forming the plate-like electrodes 2a and 2b using this powdery conductive material, the conductive polymer is dissolved in a solvent such as N-methylpyrrolidone, and the conductive polymer solution is added to the powdered conductive material. After the material is added and dispersed by stirring, it is applied to a flat plate or the like having releasability to remove the solvent. Thus, the plate-shaped electrodes 2a and 2b using the powdery conductive material are obtained.
【0024】導電性高分子を溶剤に溶解できない場合
は、モノマーを含む電解液に粉末状の導電材を分散さ
せ、この電解液中で電解重合させて平板上に板状電極2
a,2bを形成するか、或いはモノマーを含む電解液中
で粉末状の導電材を均一に蒔いた平板上に電解重合させ
て板状電極2a,2bを形成する。このようにして粉末
状を呈する導電材を用いた板状電極2a,2bを得ても
良い。When the conductive polymer cannot be dissolved in a solvent, a powdery conductive material is dispersed in an electrolytic solution containing a monomer, and electropolymerization is performed in this electrolytic solution to form a plate electrode 2 on a flat plate.
a or 2b is formed, or plate-shaped electrodes 2a and 2b are formed by electrolytic polymerization on a flat plate on which a powdery conductive material is uniformly spread in an electrolytic solution containing a monomer. In this way, the plate-like electrodes 2a and 2b using the powdery conductive material may be obtained.
【0025】粉末状を呈する導電材は、その粒子形状が
例えば球状、板状、棒状、繊維状等であり、その粒径の
最大値が板状電極2a,2bの厚み以下とされている。
具体的に、粉末状を呈する導電材は、その粒径を導電性
高分子の膨張/収縮を妨げることがないように板状電極
2a,2bの厚みに対して1/2以下にして用いること
が好ましい。また、粉末状を呈する導電材の添加量は、
導電性高分子に対して添加量が少ないと板状電極2a,
2bの導電性を確保することが困難であり、添加量が多
いと導電性高分子の膨張/収縮を妨げてしまうことか
ら、導電性高分子に対して0.1体積%〜50体積%が
好ましく、より好ましくは1体積%〜20体積%であ
る。The powdery conductive material has, for example, a spherical shape, a plate shape, a rod shape, a fibrous shape, or the like, and the maximum value of the particle diameter is not more than the thickness of the plate electrodes 2a and 2b.
Specifically, the conductive material in the form of powder should be used with its particle size being 1/2 or less of the thickness of the plate-shaped electrodes 2a, 2b so as not to hinder the expansion / contraction of the conductive polymer. Is preferred. In addition, the addition amount of the powdery conductive material is
If the addition amount is small relative to the conductive polymer, the plate electrode 2a,
It is difficult to secure the conductivity of 2b, and if the addition amount is large, the expansion / contraction of the conductive polymer is hindered. It is more preferably 1% by volume to 20% by volume.
【0026】網状を呈する導電材は、図3に示すよう
に、導電性高分子中に埋め込むようにさせた状態で用い
られる。この網状を呈する導電材を用いて板状電極2
a,2bを形成する際は、導電性高分子を例えばN−メ
チルピロリドン等の溶剤に溶解し、この導電性高分子溶
液を網状の導電材に直接塗布した後に溶剤を除去する
か、或いは網状の導電材を敷いた平板上に導電性高分子
溶液を塗布した後に溶剤を除去する。このようにして、
網状を呈する導電材を用いた板状電極2a,2bが得ら
れる。The net-like conductive material is used in a state of being embedded in a conductive polymer as shown in FIG. The plate-like electrode 2 is formed by using this net-like conductive material.
When forming a and 2b, the conductive polymer is dissolved in a solvent such as N-methylpyrrolidone and the solution of the conductive polymer is directly applied to the mesh-shaped conductive material, and then the solvent is removed or After the conductive polymer solution is applied on the flat plate on which the conductive material is laid, the solvent is removed. In this way
Plate-shaped electrodes 2a and 2b using a conductive material having a mesh shape are obtained.
【0027】導電性高分子を溶剤に溶解できない場合
は、網状の導電材を基材としてモノマーを含む電解液中
で電解重合させて板状電極2a,2bを形成するか、或
いはモノマーを含む電解液中で網状の導電材を敷いた平
板上に電解重合させて板状電極2a,2bを形成する。
このようにして網状を呈する導電材を用いた板状電極2
a,2bを得ても良い。When the conductive polymer cannot be dissolved in the solvent, the plate-shaped electrodes 2a and 2b are formed by electrolytic polymerization using a net-shaped conductive material as a base material in an electrolytic solution containing a monomer, or electrolysis containing a monomer. Plate electrodes 2a and 2b are formed by electrolytic polymerization on a flat plate on which a mesh-like conductive material is laid in the liquid.
In this way, the plate-like electrode 2 using the conductive material having a mesh shape
You may obtain a, 2b.
【0028】網状を呈する導電材は、例えば網の升目が
平面的や立体的に構成されていても良く、板状電極2
a,2b内にそれぞれ複数備えられていても良い。網状
を呈する導電材は、その厚みが板状電極2a,2bの厚
み以下にされている。具体的に、網状を呈する導電材
は、その厚みを導電性高分子の膨張/収縮を妨げること
がないように100μm以下にして用いることが好まし
い。また、網状を呈する導電材は、網の升目が大きいと
板状電極2a,2bの導電性を確保することが困難であ
り、網の升目が小さいと導電性高分子の膨張/収縮を妨
げてしまうことから、30メッシュ〜300メッシュで
あることが好ましい。The mesh-like conductive material may have, for example, a mesh having a flat or three-dimensional structure, and the plate-shaped electrode 2
Plural pieces may be provided in each of a and 2b. The net-like conductive material has a thickness equal to or less than the thickness of the plate electrodes 2a and 2b. Specifically, it is preferable to use the net-like conductive material with a thickness of 100 μm or less so as not to hinder the expansion / contraction of the conductive polymer. In addition, it is difficult for the mesh-shaped conductive material to secure the conductivity of the plate-shaped electrodes 2a and 2b if the mesh of the mesh is large, and if the mesh of the mesh is small, the expansion / contraction of the conductive polymer is hindered. Therefore, the mesh size is preferably 30 to 300 mesh.
【0029】多孔質状を呈する導電材は、網状の導電材
と同様に、導電性高分子中に埋め込むようにさせた状態
で用いられる。また、多孔質状を呈する導電材を用いた
板状電極2a,2bは、網状の導電材を用いた板状電極
2a,2bを形成した際と同じようにして得ることがで
きる。多孔質状を呈する導電材としては、例えば金属ス
ポンジ等の発泡メタル、炭素繊維フェルト、或いはポリ
オレフィン等の樹脂不織布や多孔質膜の表面に無電解め
っき等によって金属膜を成膜したもの等が用いられる。The porous conductive material is used in a state of being embedded in a conductive polymer, like the net-shaped conductive material. Further, the plate-shaped electrodes 2a and 2b using the porous conductive material can be obtained in the same manner as when forming the plate-shaped electrodes 2a and 2b using the mesh-shaped conductive material. As the porous conductive material, for example, foamed metal such as metal sponge, carbon fiber felt, or resin nonwoven fabric such as polyolefin, or a porous film on which a metal film is formed by electroless plating or the like is used. To be
【0030】電解質層3は、高分子電解質であり、いわ
ゆるゲル状電解質や固体電解質である。この高分子電解
質は、例えば電解質塩と、この電解質塩を溶解する溶媒
と、この溶媒を保持する高分子マトリクスとによって構
成されている。The electrolyte layer 3 is a polymer electrolyte, and is a so-called gel electrolyte or solid electrolyte. The polymer electrolyte is composed of, for example, an electrolyte salt, a solvent that dissolves the electrolyte salt, and a polymer matrix that holds the solvent.
【0031】電解質塩としては、通常、非水電池電解質
に用いられている公知のリチウム塩等を使用することが
できる。具体的には、LiPF6、LiBF4、LiA
sF 6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(S
O2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiAl
Cl4、LiSiF6等の塩を使用することができ、こ
れらの塩を一種類もしくは二種類以上を混合して用い
る。The electrolyte salt is usually a non-aqueous battery electrolyte.
It is possible to use a known lithium salt or the like used in
it can. Specifically, LiPF6, LiBFFour, LiA
sF 6, LiClOFour, LiCFThreeSOThree, LiN (S
OTwoCFThree)Two, LiC (SOTwoCFThree)Three, LiAl
ClFour, LiSiF6You can use salt such as
Use one or more of these salts
It
【0032】電解質塩を溶解させる溶媒としては、通
常、非水電池電解質に用いられている公知の溶媒等を使
用することができる。具体的には、プロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、
ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジ
プロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、
エチルプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、
ブチルメチルカーボネート、ブチルエチルカーボネー
ト、ブチルプロピルカーボネート、及びこれらの炭酸エ
ステル類の水素原子をハロゲン原子に置換した溶媒、γ
−ブチルラクトン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフ
ラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキ
ソラン、4−メチル1,3−ジオキソラン、ジエチルエ
ーテル、スルホラン、メチルスルホラン、酪酸メチルス
ルホラン、アセトニトリル、プロピオンニトリル、プロ
ピオン酸メチル等を使用することができ、これらの溶媒
を一種類もしくは二種類以上を混合して用いる。As a solvent for dissolving the electrolyte salt, a known solvent or the like which is usually used for a non-aqueous battery electrolyte can be used. Specifically, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate,
Diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate,
Ethyl propyl carbonate, dibutyl carbonate,
Butyl methyl carbonate, butyl ethyl carbonate, butyl propyl carbonate, and solvents in which carbon atoms of these carbonates are replaced with halogen atoms, γ
-Butyl lactone, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl 1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, methylsulfolane butyrate, acetonitrile, propionnitrile, methyl propionate, etc. Can be used, and these solvents can be used alone or in combination of two or more.
【0033】高分子マトリクスとしては、例えばポリフ
ッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル、
ポロエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリ
メタクリルニトリル等が使用でき、ゲル状電解質、固体
電解質等使用形態に応じてこれらのうち一種もしくは二
種以上混合して用いる。As the polymer matrix, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile,
Polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethacrylonitrile, etc. can be used, and one or more of them can be mixed and used depending on the usage such as gel electrolyte and solid electrolyte.
【0034】電解質塩を溶解させる溶媒として水を用い
た場合には、電解質塩として公知の水溶性電解質塩を使
用することができるが、電解質層3がアルカリ性になる
と板状電極2a,2bの導電性高分子が不可逆絶縁化さ
れることから中性塩もしくは酸性塩を用いる。また、高
分子マトリクスとしては、例えばポリエチレンオキシ
ド、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルアルコール、
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等の高分子が使用で
き、必要に応じてこれら高分子のうち一種もしくは複数
種を混合したり、これら高分子を架橋する等して用い
る。When water is used as a solvent for dissolving the electrolyte salt, a known water-soluble electrolyte salt can be used as the electrolyte salt, but when the electrolyte layer 3 becomes alkaline, the conductivity of the plate electrodes 2a, 2b is increased. Neutral salts or acid salts are used because the ionic polymer is irreversibly insulated. Examples of the polymer matrix include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol,
Polymers such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid may be used, and if necessary, one or more of these polymers may be mixed, or these polymers may be crosslinked to be used.
【0035】電解質層3としては、高分子マトリクスが
電解質塩をとしても機能する例えばカチオン交換樹脂や
アニオン交換樹脂等に溶媒を膨潤させたものも用いるこ
とが可能である。具体的には、電気化学安定性が高いフ
ッ素樹脂にスルホン酸基やカルボン酸基を導入したカチ
オン交換樹脂を用いる。As the electrolyte layer 3, it is also possible to use, for example, a polymer matrix in which a solvent also swells a cation exchange resin or anion exchange resin, which also functions as an electrolyte salt. Specifically, a cation exchange resin obtained by introducing a sulfonic acid group or a carboxylic acid group into a fluororesin having high electrochemical stability is used.
【0036】端子部4a,4bには、例えば金、白金、
銅、銀、アルミニウム等の短冊状の金属片を用いる。板
状電極2a,2bにおいては、例えば網状もしくは多孔
質状の導電材を導電性高分子から露出させて端子部4
a,4bの代わりにすることも可能であり、この場合低
コスト化を図ることができる。The terminals 4a and 4b are made of, for example, gold, platinum,
Strip-shaped metal pieces such as copper, silver and aluminum are used. In the plate-shaped electrodes 2a and 2b, for example, a net-like or porous conductive material is exposed from the conductive polymer and the terminal portion 4 is formed.
It is also possible to substitute for a and 4b, and in this case, cost reduction can be achieved.
【0037】以上のように構成されるアクチュエータ1
は、導電性高分子中に導電材を含有する二枚の板状電極
2a,2b間に電圧を印加することによって二枚の板状
電極2a,2bのうち一方で酸化反応、他方で還元反応
が起こり、例えば板状電極2aの導電性高分子にイオン
がドープされると導電性高分子が膨張し、他方の板状電
極の導電性高分子からイオンが脱ドープすると導電性高
分子が収縮されることになる。これにより、アクチュエ
ータ1では、図4に示すように、二枚の板状電極2a,
2bにおいて一方が導電性高分子が膨張し、他方の導電
性高分子が収縮していることから、電解質層3を挟持す
る板状電極2a,2bが湾曲、すなわち弾性変形し、例
えば図中矢印Aで示す板状電極2a,2bの弾性変形の
変位量に伴う範囲で物体を移動させる等、力学的な仕事
を行うことが可能になる。The actuator 1 constructed as described above
Is an oxidation reaction on one of the two plate-shaped electrodes 2a and 2b by applying a voltage between the two plate-shaped electrodes 2a and 2b containing a conductive material in a conductive polymer, and a reduction reaction on the other. Occurs, for example, when the conductive polymer of the plate electrode 2a is doped with ions, the conductive polymer expands, and when the ion is dedoped from the conductive polymer of the other plate electrode, the conductive polymer contracts. Will be done. As a result, in the actuator 1, as shown in FIG. 4, the two plate-shaped electrodes 2a,
In 2b, one of the conductive polymers expands and the other conductive polymer contracts, so that the plate-shaped electrodes 2a and 2b sandwiching the electrolyte layer 3 are curved, that is, elastically deformed. It becomes possible to perform mechanical work such as moving an object within a range associated with the amount of elastic deformation of the plate-shaped electrodes 2a and 2b indicated by A.
【0038】そして、このアクチュエータ1では、板状
電極2a,2bに備わる導電材の形状が粉末状、網状、
多孔質状の何れかを呈しており、板状電極2a,2b間
に電圧を印加して起こる板状電極2a,2bの弾性変形
に導電材が追従し易く、板状電極2a,2bが弾性変形
を繰り返した際でも導電性高分子から導電材が剥がれて
しまい電気的な接触が劣化することを防止する。In this actuator 1, the shape of the conductive material provided on the plate-shaped electrodes 2a and 2b is powder, mesh,
The conductive material easily exhibits the elastic deformation of the plate-shaped electrodes 2a and 2b caused by applying a voltage between the plate-shaped electrodes 2a and 2b, and the plate-shaped electrodes 2a and 2b are elastic. Even when the deformation is repeated, the conductive material is prevented from peeling off from the conductive polymer and electrical contact is prevented from being deteriorated.
【0039】これにより、アクチュエータ1では、板状
電極2a,2bにおける導電性高分子の電子伝導が劣化
してしまうことを防ぎ、板状電極2a,2bの弾性変形
の繰り返し特性の劣化、すなわち板状電極2a,2bが
弾性変形を繰り返した際の弾性変形の変位量が小さくな
ってしまうことや、板状電極2a,2bの応答速度の鈍
化、すなわち弾性変形の動作を鈍くさせることを防止す
る。As a result, in the actuator 1, it is possible to prevent the electron conduction of the conductive polymer in the plate-shaped electrodes 2a and 2b from deteriorating, and the deterioration of the repeated characteristics of elastic deformation of the plate-shaped electrodes 2a and 2b, that is, the plate It is prevented that the displacement amount of elastic deformation becomes small when the elastic deformation of the plate electrodes 2a and 2b is repeated and the response speed of the plate electrodes 2a and 2b is slowed, that is, the operation of elastic deformation is slowed. .
【0040】このアクチュエータ1では、導電材の形状
が粉末状、網状、多孔質状を呈しており板状電極2a,
2bの弾性変形に導電材が追従し易いことから、例えば
導電性高分子の膨張/収縮といった動きを妨げる金属箔
を導電材に用いた場合に比べて板状電極2a,2bが弾
性変形する際の変位量を大きくすることが可能である。
このアクチュエータ1では、板状電極2a,2bが弾性
変形する際に、板状電極2a,2bにおける導電材が導
電性高分子の伸縮に追従し易いことから、導電材に板状
電極2a,2bの湾曲する方向とは反対方向に反力が生
じることがなく、板状電極2a,2bが弾性変形する際
の応答速度が鈍くなることを防止する。In this actuator 1, the shape of the conductive material is powder, mesh, or porous, and the plate-shaped electrodes 2a,
Since the conductive material easily follows the elastic deformation of 2b, when the plate-shaped electrodes 2a, 2b elastically deform as compared with the case where a metal foil that prevents movement such as expansion / contraction of the conductive polymer is used as the conductive material. It is possible to increase the displacement amount of.
In this actuator 1, when the plate-shaped electrodes 2a and 2b elastically deform, the conductive material in the plate-shaped electrodes 2a and 2b easily follows the expansion and contraction of the conductive polymer. A reaction force is not generated in the direction opposite to the bending direction of the plate electrode, and the response speed when the plate electrodes 2a and 2b are elastically deformed is prevented from becoming slow.
【0041】次に、上述したアクチュエータ1の製造方
法について説明する。本発明を適用したアクチュエータ
1を製造する際は、先ず、板状電極を2a,2bを作製
する。ここでは、粉末状を呈する導電材を用いた場合に
ついて説明する。Next, a method of manufacturing the above-mentioned actuator 1 will be described. When manufacturing the actuator 1 to which the present invention is applied, first, the plate electrodes 2a and 2b are manufactured. Here, the case of using a conductive material in the form of powder will be described.
【0042】板状電極2a,2bを作製する際は、モノ
マーを含む電解液中に水平に離型性を有する金属平板を
置載し、この金属平板上に粉末状の呈する導電材を所定
の厚みで堆積させる。次に、金属平板を作用極とし、対
極と参照極とに例えば金属リチウム等を用い、所定の電
位或いは電流で電解重合させることで、金属平板上に粉
末状の導電材と電気的に接触している板状の導電性高分
子を形成する。次に、この導電性高分子を金属平板から
剥がし、所定の大きさに切り出す。このようにして、粉
末状の導電材が含有された板状電極2a,2bが作製さ
れる。When the plate-shaped electrodes 2a and 2b are manufactured, a metal flat plate having releasability is placed horizontally in an electrolytic solution containing a monomer, and a conductive material in the form of powder is predetermined on the metal flat plate. Deposit in thickness. Next, a metal plate is used as a working electrode, and metal lithium or the like is used for the counter electrode and the reference electrode, and electrolytically polymerized at a predetermined potential or current to electrically contact the powdery conductive material on the metal plate. A plate-shaped conductive polymer is formed. Next, the conductive polymer is peeled off from the metal flat plate and cut into a predetermined size. In this way, the plate-like electrodes 2a and 2b containing the powdery conductive material are manufactured.
【0043】次に、以上のように作製された板状電極2
a,2bに電解質層3をそれぞれ形成する。電解質層3
を形成する際は、電解質と高分子マトリクスとを溶媒に
溶解させて高分子電解質溶液を調製する。この高分子電
解質溶液を板状電極2a,2bの一方主面上に塗布し、
溶媒を揮発させる。このようにして板状電極2a,2b
の一方主面上に電解質層3をそれぞれ形成される。Next, the plate electrode 2 manufactured as described above.
An electrolyte layer 3 is formed on each of a and 2b. Electrolyte layer 3
When forming, the polymer electrolyte solution is prepared by dissolving the electrolyte and the polymer matrix in a solvent. This polymer electrolyte solution is applied to one main surface of the plate electrodes 2a and 2b,
Volatilize the solvent. In this way, the plate electrodes 2a, 2b
Electrolyte layers 3 are formed on the respective one main surfaces.
【0044】次に、以上のように電解質層3が一方主面
上に形成された板状電極2a,2bを電解質層3が対向
するように貼り合わせ、板状電極2a,2bの任意の位
置に端子部4a,4bをそれぞれ取り付ける。このよう
にしてアクチュエータ1が製造される。Next, the plate-like electrodes 2a and 2b having the electrolyte layer 3 formed on one principal surface as described above are bonded so that the electrolyte layer 3 faces each other, and the plate-like electrodes 2a and 2b are placed at arbitrary positions. The terminal portions 4a and 4b are attached to each. In this way, the actuator 1 is manufactured.
【0045】以上のようなアクチュエータ1の製造方法
では、粉末状を呈する導電材を用いて板状電極2a,2
bを形成しており、このようにして形成された板状電極
2a,2bでは電圧が印加されて起こる弾性変形に導電
材が容易に追従することから、板状電極2a,2bが弾
性変形を繰り返した際でも導電性高分子から導電材が剥
がれてしまうことを防止することが可能なアクチュエー
タ1が得られる。In the method of manufacturing the actuator 1 as described above, the plate-shaped electrodes 2a, 2 are formed by using the powdery conductive material.
b, and the plate-shaped electrodes 2a and 2b formed in this manner easily follow the elastic deformation that occurs when a voltage is applied, so that the plate-shaped electrodes 2a and 2b are not elastically deformed. The actuator 1 capable of preventing the conductive material from peeling off from the conductive polymer even when it is repeated is obtained.
【0046】これにより、このアクチュエータ1の製造
方法では、板状電極2a,2bにおける導電性高分子の
電子伝導が劣化してしまうことを防ぎ、板状電極2a,
2bの弾性変形の繰り返し特性を劣化させたり、板状電
極2a,2bの応答速度を鈍くさせることを防止するア
クチュエータ1が製造される。As a result, in the method of manufacturing the actuator 1, it is possible to prevent the electron conduction of the conductive polymer in the plate-shaped electrodes 2a and 2b from deteriorating, and
The actuator 1 is manufactured which prevents deterioration of the repetitive characteristics of elastic deformation of 2b and slowing down the response speed of the plate electrodes 2a and 2b.
【0047】[0047]
【実施例】以下、本発明を適用したアクチュエータを実
際に作製した実施例について説明する。また、これら実
施例と比較するために作製した比較例について説明す
る。EXAMPLES Examples in which an actuator according to the present invention is actually manufactured will be described below. A comparative example prepared for comparison with these examples will be described.
【0048】<実施例1>実施例1におけるアクチュエ
ータを作製した際は、先ず、二枚の板状電極を作製し
た。モノマーとしてピロールと、電解質塩としてLiP
F6とをプロピレンカーボネートに溶解して導電性高分
子を形成させるための電解液を調製した。この電解液中
に片面に粘着テープを被覆した金属平板を水平に置載
し、この金属平板上に導電材として粒径が0.5μmの
金粉末を1cm2当たりに3mgで堆積させた。次に、
金属平板を作用極とし、対極と参照極とに金属リチウム
等を用いて3.9VでLi/Li+の定電位電解重合さ
せることによって、金属平板上に導電材として金粉末を
含有した厚みが60μmの板状の導電性高分子を形成し
た。次に、この導電性高分子を金属平板から剥がし、ジ
メチルカーボネートで洗浄した後に幅5mm、長さ20
mmの短冊状に複数切り出した。このようにして、板状
電極が作製された。<Example 1> When the actuator in Example 1 was produced, first, two plate-like electrodes were produced. Pyrrole as the monomer and LiP as the electrolyte salt
An electrolytic solution was prepared by dissolving F 6 in propylene carbonate to form a conductive polymer. A metal flat plate having one surface coated with an adhesive tape was placed horizontally in the electrolytic solution, and gold powder having a particle diameter of 0.5 μm was deposited as 3 mg / cm 2 on the metal flat plate as a conductive material. next,
By using a metal plate as a working electrode and using lithium or the like for the counter electrode and the reference electrode, and performing a constant potential electrolytic polymerization of Li / Li + at 3.9 V, the thickness containing the gold powder as a conductive material on the metal plate was reduced. A 60 μm plate-shaped conductive polymer was formed. Next, after peeling off the conductive polymer from the metal flat plate and washing with dimethyl carbonate, a width of 5 mm and a length of 20
Multiple pieces were cut into a strip of mm. In this way, a plate electrode was produced.
【0049】次に、以上のように作製された二枚の板状
電極に電解質層をそれぞれ形成した。電解質層を形成す
る際は、エチレンカーボネートを60重量%とプロピレ
ンカーボネートを40重量%とを混合させた溶媒に溶媒
重量に対してLiPF6を0.9mol/kg溶解させ
た電解液を調製した。次に、この電解液と、ヘキサフル
オロプロピレンを7.7%未満含有するポリフッ化ビニ
リデンと、ジメチルカーボネートとを混合撹拌してゾル
状態のゲル状電解質溶液を作製した。次に、このゲル状
電解質溶液を二枚の板状電極の一方主面上にそれぞれ塗
布し、ジメチルカーボネートを揮発させた。このように
して二枚の板状電極の一方主面上に電解質層をそれぞれ
形成させた。Next, an electrolyte layer was formed on each of the two plate-shaped electrodes produced as described above. When forming the electrolyte layer, an electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 6 in an amount of 0.9 mol / kg with respect to the solvent weight in a solvent in which 60 wt% of ethylene carbonate and 40 wt% of propylene carbonate were mixed. Next, this electrolytic solution, polyvinylidene fluoride containing less than 7.7% of hexafluoropropylene, and dimethyl carbonate were mixed and stirred to prepare a gel electrolyte solution in a sol state. Next, this gel electrolyte solution was applied on one main surface of each of the two plate-shaped electrodes to volatilize dimethyl carbonate. In this way, an electrolyte layer was formed on one main surface of each of the two plate-shaped electrodes.
【0050】次に、以上のように電解質層が一方主面上
に形成された二枚の板状電極を電解質層が対向するよう
に貼り合わせ、二枚の板状電極の任意の位置に金からな
る短冊状の端子部をそれぞれ取り付けた。このようにし
て、実施例1では、板状電極の導電材に金粉末を用いた
アクチュエータを製造した。Next, the two plate-shaped electrodes having the electrolyte layer formed on the one main surface as described above are bonded so that the electrolyte layers face each other, and the gold is placed at an arbitrary position on the two plate-shaped electrodes. Each of the strip-shaped terminal portions made of was attached. In this way, in Example 1, an actuator using gold powder as the conductive material of the plate electrode was manufactured.
【0051】<実施例2>実施例2では、板状電極の導
電材に線径が40μm、網の升目が150メッシュのを
白金網を用いたこと以外は、実施例1と同様のアクチュ
エータを作製した。Example 2 In Example 2, the same actuator as in Example 1 was used except that the conductive material of the plate-like electrode was a platinum mesh having a wire diameter of 40 μm and a mesh of 150 mesh. It was made.
【0052】<実施例3>実施例3では、板状電極の導
電材に無電解めっきで表面に金被膜が成膜された厚みが
40μmの多孔質状ポリエチレン不織布を用いたこと以
外は、実施例1と同様のアクチュエータを作製した。Example 3 In Example 3, except that a porous polyethylene nonwoven fabric having a thickness of 40 μm and having a gold coating film formed by electroless plating was used as the conductive material of the plate electrode. An actuator similar to that in Example 1 was manufactured.
【0053】<比較例1>比較例1では、板状電極に導
電材を用いなかったこと以外は、実施例1と同様のアク
チュエータを作製した。<Comparative Example 1> In Comparative Example 1, an actuator similar to that of Example 1 was produced except that a conductive material was not used for the plate electrode.
【0054】<比較例2>比較例2では、板状電極の導
電材に厚みが20μmの金箔を用いたこと以外は、実施
例1と同様のアクチュエータを作製した。<Comparative Example 2> In Comparative Example 2, an actuator similar to that of Example 1 was produced except that a gold foil having a thickness of 20 μm was used as the conductive material of the plate electrode.
【0055】<比較例3>比較例3では、板状電極の導
電材として板状電極の表面に真空蒸着による厚みが1μ
mの金層を成膜したこと以外は、実施例1と同様のアク
チュエータを作製した。<Comparative Example 3> In Comparative Example 3, as the conductive material of the plate-like electrode, the thickness of 1 μm formed by vacuum deposition on the surface of the plate-like electrode.
An actuator similar to that of Example 1 was produced except that a gold layer of m was formed.
【0056】次に、以上のように作製した実施例1〜実
施例3、並びに、比較例1〜比較例3のアクチュエータ
について、板状電極間に電圧を印加した際のアクチュエ
ータが湾曲、すなわち弾性変形を1回、2回、及び10
回繰り返し、各回毎に最大変形するまでの時間と、弾性
変形した際の変位量とを測定した。Next, with respect to the actuators of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 produced as described above, the actuators bend when a voltage is applied between the plate electrodes, that is, elasticity. Deform once, twice, and 10
Repeated times, the time until maximum deformation and the amount of displacement at the time of elastic deformation were measured for each time.
【0057】なお、アクチュエータの板状電極への電圧
印加及びアクチュエータの最大変形するまでの時間と変
位量の測定は、先ず、2Vの電圧をアクチュエータの板
状電極間に印加し、アクチュエータが弾性変形を開始し
て弾性変形が完了するまでの時間と、弾性変形が完了し
た時の変位量とを測定した。次に、測定が終了したら二
枚の板状電極を短絡させてアクチュエータが弾性変形す
る前の形状に戻した。次に、2Vの電圧を初めとは逆向
きに板状電極間に印加し、初めと同様にアクチュエータ
が弾性変形を開始して弾性変形が完了するまでの時間
と、弾性変形が完了した時の変位量とを測定した。次
に、板状電極間に逆向きの電圧を印加させた際の測定が
終了したら初めと同様に二枚の板状電極を短絡させてア
クチュエータが弾性変形する前の形状に戻した。このよ
うにして順方向及び逆方向で板状電極間に電圧を印加さ
せることを1サイクルとし、2回及び10回繰り返した
際のアクチュエータが弾性変形を開始して弾性変形が完
了するまでの時間と、弾性変形が完了した時の変位量と
を測定した。In order to apply the voltage to the plate electrode of the actuator and measure the time until the actuator deforms to the maximum and the amount of displacement, first, a voltage of 2 V is applied between the plate electrodes of the actuator, and the actuator elastically deforms. The time from the start of elastic deformation to completion of elastic deformation and the amount of displacement when elastic deformation was completed were measured. Next, when the measurement was completed, the two plate-shaped electrodes were short-circuited to restore the actuator to the shape before elastic deformation. Next, a voltage of 2V is applied between the plate electrodes in the opposite direction to the initial direction, and similarly to the beginning, the time until the actuator starts elastic deformation and the elastic deformation is completed, and the time when the elastic deformation is completed The amount of displacement and was measured. Next, when the measurement when the reverse voltage was applied between the plate-shaped electrodes was completed, the two plate-shaped electrodes were short-circuited in the same manner as at the beginning to restore the actuator to the shape before elastic deformation. In this way, applying a voltage between the plate-shaped electrodes in the forward direction and the reverse direction is defined as one cycle, and the time from when the actuator starts elastic deformation and when the elastic deformation is completed is repeated 2 and 10 times. And the amount of displacement when elastic deformation was completed were measured.
【0058】以下に、実施例1〜実施例3及び比較例1
〜比較例3における、アクチュエータの最大変位位置到
達時間、最大変位量の評価結果を表1に示す。Hereinafter, Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 will be described.
Table 1 shows the evaluation results of the maximum displacement position arrival time and the maximum displacement amount of the actuator in Comparative Example 3.
【0059】[0059]
【表1】 [Table 1]
【0060】なお、表1においては、板状電極間に順方
向及び逆方向の電圧を印加させた際の測定結果がほぼ同
一であることから、板状電極間に順方向の電圧を印加さ
せた時の測定結果を示している。In Table 1, since the measurement results when applying the forward and reverse voltages between the plate electrodes are almost the same, the forward voltage is applied between the plate electrodes. The measurement results are shown.
【0061】表1に示す評価結果から、板状電極の導電
材に金粉末、白金網、金皮膜が成膜された多孔質状ポリ
エチレン不織布をそれぞれ用いた実施例1〜実施例3で
は、板状電極に導電材を用いていない比較例1に比べて
大幅にアクチュエータの最大変位位置到達時間が短く、
最大変位量が大きくなっていることがわかる。From the evaluation results shown in Table 1, in Examples 1 to 3 using gold powder, platinum net, and porous polyethylene nonwoven fabric having a gold coating formed on the conductive material of the plate electrodes, The maximum displacement position arrival time of the actuator is significantly shorter than in Comparative Example 1 in which a conductive material is not used for the electrode.
It can be seen that the maximum displacement is large.
【0062】板状電極に導電材を用いていない比較例1
では、板状電極に導電材を用いていないことにより導電
性高分子の電子伝導が悪く、板状電極間に電圧を印加さ
せることで起こる酸化還元反応によって導電性高分子間
でドープ/脱ドープされるイオンの量が少ないことか
ら、アクチュエータの応答速度が鈍くなると共にアクチ
ュエータの弾性変形に伴う最大変位量も小さくなってし
まう。また、比較例1では、導電性高分子の電子伝導が
悪いことから、イオンが導電性高分子に完全にドープさ
れる前に脱ドープされてしまい、アクチュエータが弾性
変形のサイクルを重ねることによって板状電極の導電性
が失われてしまう。Comparative Example 1 in which no conductive material is used for the plate electrode
However, since the conductive material is not used for the plate-like electrodes, the electron conduction of the conductive polymer is poor, and the redox reaction that occurs when a voltage is applied between the plate-like electrodes causes doping / de-doping between the conductive polymers. Since the amount of generated ions is small, the response speed of the actuator becomes slow and the maximum displacement amount due to elastic deformation of the actuator also becomes small. Further, in Comparative Example 1, since the electroconductive polymer has poor electron conductivity, ions are dedoped before the electroconductive polymer is completely doped, and the actuator undergoes a cycle of elastic deformation to cause a plate failure. The electrical conductivity of the electrode is lost.
【0063】これに対して実施例1〜実施例3では、板
状電極の導電材に金粉末、白金網、金皮膜が成膜された
多孔質状ポリエチレン不織布をそれぞれ用いており、板
状電極の導電性高分子の電子伝導が良好であり、板状電
極間に電圧を印加させることで起こる酸化還元反応によ
って導電性高分子間でドープ/脱ドープされるイオンの
量が適量であることから、アクチュエータの応答速度が
鈍くなることがなく、アクチュエータの弾性変形に伴う
最大変位量も大きくできる。On the other hand, in Examples 1 to 3, the conductive material of the plate-like electrodes was made of gold powder, platinum mesh, and porous polyethylene nonwoven fabric having a gold coating film, respectively. Since the electroconductive polymer has a good electron conductivity and the amount of ions doped / dedoped between the electroconductive polymers by the redox reaction caused by applying a voltage between the plate-like electrodes is appropriate. The response speed of the actuator does not slow down, and the maximum amount of displacement due to elastic deformation of the actuator can be increased.
【0064】また、表1に示す評価結果から、板状電極
の導電材に金粉末、白金網、金皮膜が成膜された多孔質
状ポリエチレン不織布をそれぞれ用いた実施例1〜実施
例3では、板状電極に導電材として金箔を用いた比較例
2に比べて、最大変位量が大幅に大きく、アクチュエー
タの最大変位位置到達時間も2サイクル目以降短くなっ
ていることがわかる。Further, from the evaluation results shown in Table 1, in Examples 1 to 3 in which gold powder, platinum net, and porous polyethylene nonwoven fabric having a gold film formed thereon were used as the conductive materials of the plate-like electrodes, respectively. It can be seen that the maximum displacement amount is significantly larger and the maximum displacement position arrival time of the actuator is also shorter after the second cycle as compared with Comparative Example 2 in which gold foil is used as the conductive material for the plate electrode.
【0065】板状電極の導電材に金箔を用いた比較例2
では、板状電極の導電材が金箔であることから導電材が
アクチュエータの弾性変形に追従することが困難であ
り、導電性高分子の伸縮の妨げとなり板状電極が湾曲す
る方向とは反対方向に反力を生じさせることからアクチ
ュエータの弾性変形に伴う最大変位量が小さくなってし
まう。また、比較例2では、導電材の金箔がアクチュエ
ータの弾性変形に追従しにくく、弾性変形の繰り返すこ
とで導電性高分子から導電材が剥離していき導電性高分
子の電子伝導が除々に劣化することから、アクチュエー
タの最大変位位置到達時間が2サイクル目以降遅くな
り、10サイクル目では板状電極の導電性が失われてア
クチュエータの弾性変形が起こらなくなってしまう。Comparative Example 2 in which gold foil is used as the conductive material of the plate electrode
However, since the conductive material of the plate electrode is gold foil, it is difficult for the conductive material to follow the elastic deformation of the actuator, which hinders the expansion and contraction of the conductive polymer and the direction opposite to the direction in which the plate electrode bends. Since the reaction force is generated in the actuator, the maximum displacement amount due to the elastic deformation of the actuator becomes small. Further, in Comparative Example 2, the gold foil of the conductive material does not easily follow the elastic deformation of the actuator, and the repeated elastic deformation causes the conductive material to peel off from the conductive polymer, and the electron conduction of the conductive polymer gradually deteriorates. As a result, the arrival time of the maximum displacement position of the actuator is delayed after the second cycle, and the conductivity of the plate electrode is lost at the tenth cycle, so that the elastic deformation of the actuator does not occur.
【0066】これに対して実施例1〜実施例3では、板
状電極の導電材に金粉末、白金網、金皮膜が成膜された
多孔質状ポリエチレン不織布をそれぞれ用いており、導
電材がアクチュエータの弾性変形に追従し易く導電性高
分子の伸縮の妨げとなることがないことからアクチュエ
ータの弾性変形に伴う最大変位量を大きくできる。ま
た、実施例1〜実施例3では、導電材がアクチュエータ
の弾性変形に追従し易いことから、アクチュエータが弾
性変形を繰り返しても導電性高分子からの導電材の剥離
が抑制されて導電性高分子の電子伝導が劣化することを
防ぎ、アクチュエータの応答速度が2サイクル目以降鈍
くなることを抑制する。On the other hand, in Examples 1 to 3, the conductive material of the plate-like electrode was made of gold powder, platinum net, and porous polyethylene nonwoven fabric having a gold coating film, respectively. Since the elastic deformation of the actuator is easily followed and the expansion and contraction of the conductive polymer is not hindered, the maximum displacement amount due to the elastic deformation of the actuator can be increased. In addition, in Examples 1 to 3, since the conductive material easily follows the elastic deformation of the actuator, even if the actuator repeatedly elastically deforms, peeling of the conductive material from the conductive polymer is suppressed, and high conductivity is achieved. It prevents the electron conduction of the molecule from deteriorating and suppresses the response speed of the actuator from becoming slow after the second cycle.
【0067】さらに、表1に示す評価結果から、板状電
極の導電材に金粉末、白金網、金皮膜が成膜された多孔
質状ポリエチレン不織布をそれぞれ用いた実施例1〜実
施例3では、板状電極の導電材として板状電極の表面に
金層を成膜させた比較例3に比べ、2サイクル目以降で
アクチュエータの最大変位位置到達時間が短く、最大変
位量が大きくなっていることがわかる。Furthermore, from the evaluation results shown in Table 1, in Examples 1 to 3 in which gold powder, platinum mesh, and porous polyethylene nonwoven fabric having a gold coating film were used as the conductive material of the plate-like electrodes, respectively. In comparison with Comparative Example 3 in which a gold layer is formed on the surface of the plate electrode as the conductive material of the plate electrode, the maximum displacement position arrival time of the actuator is short and the maximum displacement amount is large after the second cycle. I understand.
【0068】板状電極の導電材として板状電極の表面に
金層を成膜させた比較例3では、板状電極の表面に成膜
された金層が1サイクル目のアクチュエータの弾性変形
で金層にひび割れが生じてしまい導電性高分子の電子伝
導がアクチュエータの弾性変形の繰り返しに従い除々に
劣化することから、2サイクル目以降のアクチュエータ
の最大変位位置到達時間が遅くなると共に、最大変位量
も小さくなってしまう。In Comparative Example 3 in which a gold layer was formed on the surface of the plate electrode as a conductive material of the plate electrode, the gold layer formed on the surface of the plate electrode was elastically deformed by the actuator in the first cycle. Since the gold layer is cracked and the electron conduction of the conductive polymer gradually deteriorates as the actuator elastically deforms repeatedly, the maximum displacement position arrival time of the actuator after the second cycle is delayed and the maximum displacement amount is increased. Also becomes smaller.
【0069】これに対して実施例1〜実施例3では、板
状電極の導電材に金粉末、白金網、金皮膜が成膜された
多孔質状ポリエチレン不織布をそれぞれ用いており、導
電材がアクチュエータの弾性変形に追従し易く、アクチ
ュエータが弾性変形を繰り返しても導電材にひび割れ等
を生じることなく導電性高分子の電子伝導が劣化するこ
とが防止されることから、アクチュエータの応答速度が
2サイクル目以降鈍くなることや、アクチュエータの最
大変位量が小さくなってしまうことを抑制できる。On the other hand, in Examples 1 to 3, the conductive material of the plate-like electrodes was made of gold powder, platinum mesh, and porous polyethylene nonwoven fabric on which a gold film was formed. It is easy to follow the elastic deformation of the actuator, and even if the actuator is repeatedly elastically deformed, the conductive material is prevented from being cracked and the electronic conduction of the conductive polymer is prevented from being deteriorated. It is possible to suppress the decrease in the maximum displacement amount of the actuator and the decrease in the maximum amount of displacement after the cycle.
【0070】以上のことから、アクチュエータを作製す
るに際して、板状電極に金粉末、白金網、金皮膜が成膜
された多孔質状ポリエチレン不織布といった導電材を用
いることは、弾性変形に伴う最大変位位置到達時間が短
く、弾性変形に伴う最大変位量が大きなアクチュエータ
を作製する上で大変有効である。From the above, when the actuator is manufactured, it is necessary to use a conductive material such as gold powder, platinum mesh, or porous polyethylene non-woven fabric having a gold coating for the plate electrode, when the maximum displacement due to elastic deformation is caused. It is very effective in manufacturing an actuator that has a short time to reach the position and a large maximum displacement amount due to elastic deformation.
【0071】[0071]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電極にその形状が粉末状、網状、多孔質状の
うち何れか一種を呈する導電材を用いることにより、電
極に電圧を印加することで起こる形状の変化に導電材が
追従しやすくなることから、電極が形状変形しても導電
性高分子と導電材との接触状態が劣化することのないア
クチュエータが得られる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a voltage is applied to the electrode by using a conductive material whose shape is one of powdery, reticulated and porous. Since the conductive material easily follows the change in shape caused by applying the voltage, an actuator in which the contact state between the conductive polymer and the conductive material does not deteriorate even if the shape of the electrode deforms can be obtained.
【0072】したがって、本発明によれば、導電性高分
子と導電材との接触不良により生じるアクチュエータの
形状変化が変位量が小さくなることや、アクチュエータ
が形状変化する際の応答速度が鈍くなることや、アクチ
ュエータが形状変化を繰り返した際の繰り返し特性が劣
化することを防止できる。Therefore, according to the present invention, the change in the shape of the actuator caused by the contact failure between the conductive polymer and the conductive material is small, and the response speed when the shape of the actuator is changed is slow. Also, it is possible to prevent deterioration of the repeating characteristics when the actuator repeatedly changes its shape.
【0073】また、本発明によれば、アクチュエータが
導電性高分子や、粉末状、網状、多孔質状を呈する導電
材、電解質等によって構成されていることから、作動電
圧を電池並みに小さくすることが可能であると共に、軽
量化且つ低コスト化が図られる。Further, according to the present invention, since the actuator is made of a conductive polymer, a powdery, net-like, or porous conductive material, an electrolyte, etc., the operating voltage is made as small as a battery. It is possible to reduce the weight and the cost.
【図1】本発明に係るアクチュエータを示す概略斜視図
である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an actuator according to the present invention.
【図2】同アクチュエータおいて、粉末状を呈する導電
材を用いた板状電極の要部断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a plate-like electrode using a powdery conductive material in the actuator.
【図3】同アクチュエータおいて、網状を呈する導電材
を用いた板状電極の要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a plate-like electrode using a net-like conductive material in the actuator.
【図4】同アクチュエータが弾性変形する状態を示す側
面図である。FIG. 4 is a side view showing a state where the actuator is elastically deformed.
1 アクチュエータ、2a,2b 板状正極、3 電解
質層、4a,4b 端子部1 Actuator, 2a, 2b Plate-shaped positive electrode, 3 Electrolyte layer, 4a, 4b Terminal part
Claims (8)
記電極間に電圧を印加することで形状が変化するアクチ
ュエータにおいて、 上記電極が、上記電極間の間を移動するイオンをドープ
/脱ドープする導電性高分子と、電子伝導性を有すると
共に上記導電性高分子と電気的に接触する導電材とを備
え、 上記導電材の形状が、粉末状、網状、多孔質状のうち何
れか一種を呈しているアクチュエータ。1. An actuator in which an electrolyte is arranged between a plurality of electrodes and whose shape is changed by applying a voltage between the electrodes, wherein the electrodes dope / de-ionize ions moving between the electrodes. A conductive polymer to be doped and a conductive material having electronic conductivity and being in electrical contact with the conductive polymer are provided, and the shape of the conductive material is one of powder, mesh, and porous. An actuator that is a kind of.
うち何れか一種又は複数種を備える請求項1記載のアク
チュエータ。2. The actuator according to claim 1, wherein the electrode comprises any one kind or plural kinds of the conductive materials having different shapes.
素、黒鉛、金、白金、パラジウムのうち何れか一種又は
複数種を有している請求項1記載のアクチュエータ。3. The actuator according to claim 1, wherein the conductive material contains any one or a plurality of carbon fibers, amorphous carbon, graphite, gold, platinum and palladium.
リアニリン、ポリチオフェン、及びこれらの誘導体のう
ち何れか一種又は複数種の混合物である請求項1記載の
アクチュエータ。4. The actuator according to claim 1, wherein the conductive polymer is one or a mixture of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, and derivatives thereof.
記電極間に電圧を印加することで形状が変化するアクチ
ュエータの製造方法において、上記電極間を移動するイ
オンをドープ/脱ドープする導電性高分子と、電子伝導
性を有すると共に上記導電性高分子と電気的に接触する
導電材とを有する上記電極を形成し、 上記電極に、形状が粉末状、網状、多孔質状のうち何れ
か一種を呈する上記導電材を用いるアクチュエータの製
造方法。5. A method of manufacturing an actuator, wherein an electrolyte is arranged between a plurality of electrodes, and the shape of which changes when a voltage is applied between the electrodes, in a method of doping / dedoping ions moving between the electrodes. Forming an electrode having a conductive polymer and a conductive material that has electronic conductivity and is in electrical contact with the conductive polymer, and the electrode has any one of a powdery shape, a net-like shape, and a porous shape. A method for manufacturing an actuator, which uses one of the above conductive materials.
うち何れか一種又は複数種を用いる請求項5記載のアク
チュエータの製造方法。6. The method for manufacturing an actuator according to claim 5, wherein any one or more of the conductive materials having different shapes are used for the electrodes.
素、黒鉛、金、白金、パラジウムのうち何れか一種又は
複数種を用いる請求項5記載のアクチュエータの製造方
法。7. The method for manufacturing an actuator according to claim 5, wherein any one or a plurality of carbon fibers, amorphous carbon, graphite, gold, platinum and palladium is used as the conductive material.
リアニリン、ポリチオフェン、及びこれらの誘導体のう
ち何れか一種又は複数種の混合物で形成する請求項5記
載のアクチュエータの製造方法。8. The method for manufacturing an actuator according to claim 5, wherein the conductive polymer is formed of any one kind or a mixture of plural kinds of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, and derivatives thereof.
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