JP2006081374A - Air drive polymer actuator element - Google Patents

Air drive polymer actuator element Download PDF

Info

Publication number
JP2006081374A
JP2006081374A JP2004265558A JP2004265558A JP2006081374A JP 2006081374 A JP2006081374 A JP 2006081374A JP 2004265558 A JP2004265558 A JP 2004265558A JP 2004265558 A JP2004265558 A JP 2004265558A JP 2006081374 A JP2006081374 A JP 2006081374A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actuator element
polymer actuator
electrolyte
exchange resin
ion exchange
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.)
Granted
Application number
JP2004265558A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4717400B2 (en
Inventor
Kazuo Onishi
和夫 大西
Shingo Sewa
信吾 瀬和
Minoru Sugiyama
稔 杉山
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.)
Eamex Corp
Original Assignee
Eamex Corp
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 Eamex Corp filed Critical Eamex Corp
Priority to JP2004265558A priority Critical patent/JP4717400B2/en
Publication of JP2006081374A publication Critical patent/JP2006081374A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4717400B2 publication Critical patent/JP4717400B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer actuator capable of being driven longer than one day, even in the atmospheric pressure or in an open system without a cover. <P>SOLUTION: The polymer actuator element which contains metal electrodes and an electrolyte containing polymer electrolyte, wherein the metal electrodes are formed so as to form a pair, the metal electrodes are in contact with the electrolyte, an organic compound which has a boiling point or a decomposition temperature of 180°C or higher and is a fluid at a normal temperature and normal pressure is contained, and the electrolyte is made into a state where an ion exchange resin swells and is moistened by the organic compound. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、イオン交換樹脂を含む電解質と接するように形成された対の金属電極に電圧を印加することにより変位乃至変形させることによりアクチュエータ素子として機能する高分子アクチュエータ素子に関する。   The present invention relates to a polymer actuator element that functions as an actuator element by applying a voltage to a pair of metal electrodes formed so as to be in contact with an electrolyte containing an ion exchange resin, thereby causing displacement or deformation.

従来、高分子アクチュエータ素子として、イオン交換樹脂成形品と、該イオン交換樹脂成形品の表面に相互に絶縁状態で形成された金属電極とを備え、前記イオン交換樹脂成形品の含水状態において、前記金属電極間に電位差をかけて、イオン交換樹脂成形品に変位および変形を生じさせることによりアクチュエータ素子として機能する高分子アクチュエータ素子が提供されている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, as a polymer actuator element, comprising an ion exchange resin molded product and a metal electrode formed in an insulated state on the surface of the ion exchange resin molded product, in the water-containing state of the ion exchange resin molded product, There has been provided a polymer actuator element that functions as an actuator element by applying a potential difference between metal electrodes to cause displacement and deformation of an ion exchange resin molded product (for example, Patent Document 1).

この高分子アクチュエータ素子は、軽量であって、柔軟であることから、カテーテル等の医療用デバイスの導入部等として、好適に用いることがでる。さらには、前記高分子アクチュエータ素子は、軽量で構成が簡単であることから、種々の駆動装置または押圧装置としての応用が期待される。   Since this polymer actuator element is lightweight and flexible, it can be suitably used as an introduction part of a medical device such as a catheter. Furthermore, since the polymer actuator element is light in weight and simple in configuration, application as various driving devices or pressing devices is expected.

特許第2961125号公報Japanese Patent No. 2961125

前記高分子アクチュエータ素子は、ナトリウムイオンや4級アンモニウムイオンなどのイオンを含む水溶液中では、一対の金属電極に電圧を印加して、大きな変位乃至変位を長時間駆動することが可能である。しかし、水溶液中から前記高分子アクチュエータ素子を取り出して、空気中に前記高分子アクチュエータ素子を設置した状態では、水が蒸発してしまって、電荷のキャリアであるイオンの移動を生じなくなる。そのため、前記高分子アクチュエータ素子は、被覆無しに空気に曝した状態では水が蒸発するために、初期の駆動(変位量)を1時間も維持することができない。   The polymer actuator element can drive a large displacement or a displacement for a long time by applying a voltage to a pair of metal electrodes in an aqueous solution containing ions such as sodium ions and quaternary ammonium ions. However, when the polymer actuator element is taken out from the aqueous solution and the polymer actuator element is installed in the air, the water evaporates and ions that are charge carriers do not move. For this reason, the polymer actuator element cannot maintain the initial driving (displacement amount) for 1 hour because water evaporates when exposed to air without coating.

前記高分子アクチュエータ素子は、屈曲乃至変位をするために、各種機器における駆動装置に用いることが可能である。しかし、前記高分子アクチュエータ素子は、初期の駆動を1時間も維持することができないために、実質的には、水の蒸発による水溶液中以外での環境下での駆動は、実質的に困難である。したがって、前記高分子アクチュエータ素子を各種機器の駆動装置に用いる場合においては、用途に制限がある。   The polymer actuator element can be used for a driving device in various devices in order to bend or displace. However, since the polymer actuator element cannot maintain the initial driving for 1 hour, it is substantially difficult to drive in an environment other than in an aqueous solution due to water evaporation. is there. Therefore, when the polymer actuator element is used in a driving device for various devices, there are limitations on the application.

また、前記高分子アクチュエータ素子を、可撓性を有する高分子で被覆して、素子からの水の蒸発を防止した場合であっても、前記高分子アクチュエータ素子の駆動により被覆層にワレなどが生じると、水が前記高分子アクチュエータ素子から蒸発する。そのため、前記高分子アクチュエータ素子は、被覆層を設けない場合には大気中では20分程度しか初期の変位量を維持することができないので、被覆層を設けた場合であっても被覆層のワレの発生により数時間程度で初期の変位量から大きく低下をする。つまり、前記高分子アクチュエータ素子を被覆した場合であっても、駆動に際しては、被覆樹脂のワレが無いことを確認しながら駆動させなければならない。そのために、前記高分子アクチュエータ素子を用いた駆動装置は、可撓性を有する樹脂で被覆された場合であっても、監視負担のために、長期間用いる用途には不向きであり、用途が制限される。   Further, even when the polymer actuator element is coated with a flexible polymer to prevent water from evaporating from the element, the coating layer may be cracked by driving the polymer actuator element. When generated, water evaporates from the polymer actuator element. Therefore, the polymer actuator element can maintain the initial displacement only for about 20 minutes in the air when the coating layer is not provided. Due to the occurrence of this, the initial displacement is greatly reduced within a few hours. In other words, even when the polymer actuator element is coated, it must be driven while confirming that there is no cracking of the coating resin. Therefore, even if the driving device using the polymer actuator element is coated with a flexible resin, it is not suitable for long-term use due to a monitoring burden, and the use is limited. Is done.

本発明の目的は、大気圧下の空気中での環境下において、覆い無しであっても、1日以上駆動することができる高分子アクチュエータ素子を提供することである。さらに、本発明の目的は、大気中に1時間放置しても初期の屈曲量または変位量とほぼ同等を示すことができる高分子アクチュエータ素子を提供することでもある。   An object of the present invention is to provide a polymer actuator element that can be driven for one day or more even in the environment in air under atmospheric pressure without a cover. Furthermore, an object of the present invention is to provide a polymer actuator element that can exhibit substantially the same amount of bending or displacement as the initial amount even when left in the atmosphere for 1 hour.

本発明者らは、鋭意検討の結果、本発明の高分子アクチュエータ素子を用いることにより、上記課題を解決することを見出した。本発明は、金属電極と高分子電解質を含む電解質とを含む高分子アクチュエータ素子であって、前記金属電極が対を形成することができるように形成され、前記金属電極が前記電解質と接し、前記電解質中に沸点または分解温度が180℃以上であり、常温常圧で液状の有機化合物を含み、前記電解質が前記有機化合物で膨潤した状態である高分子アクチュエータ素子である。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by using the polymer actuator element of the present invention. The present invention is a polymer actuator element comprising a metal electrode and an electrolyte containing a polymer electrolyte, wherein the metal electrode is formed so as to form a pair, the metal electrode is in contact with the electrolyte, In the polymer actuator element, the electrolyte has a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher, contains an organic compound that is liquid at normal temperature and pressure, and the electrolyte is swollen with the organic compound.

本発明の高分子アクチュエータ素子は、特定の極性溶媒を用いているので、高沸点であるために、屈曲若しくは変位の変形をする駆動を、空気中など水溶液中以外の環境で用いることができるので、多種多様の実用的用途に容易に用いることができる。特に、前記高分子アクチュエータ素子は長期間の駆動を必要とする用途に好適である。前記高分子アクチュエータ素子は、駆動させるために電圧を3.0Vより高い特定の電圧を金属電極に印加しても、溶媒の電気分解が生じることがないために気泡も発生しない。   Since the polymer actuator element of the present invention uses a specific polar solvent and has a high boiling point, it can be used to drive a bending or displacement deformation in an environment other than an aqueous solution such as air. It can be easily used for a wide variety of practical applications. In particular, the polymer actuator element is suitable for applications that require long-term driving. In the polymer actuator element, even when a specific voltage higher than 3.0 V is applied to the metal electrode in order to drive it, no electrolysis of the solvent occurs, and therefore no bubbles are generated.

本発明は、金属電極と高分子電解質を含む電解質とを含む高分子アクチュエータ素子であって、前記金属電極が対を形成することができるように形成され、前記金属電極が前記電解質と接し、前記電解質中に沸点または分解温度が180℃以上であり、常温常圧で液状の有機化合物を含み、前記電解質が前記有機化合物で膨潤した状態である高分子アクチュエータ素子である。前記高分子アクチュエータ素子は、特定の液状有機化合物を含むことによって、アクチュエータ素子の屈曲量または変位量の変化が生じにくい。そのため、前記高分子アクチュエータ素子は、溶液中の外、即ち空気中での駆動も可能であり、しかも溶液の蒸発がほとんど無いので長期間の駆動に好適である。   The present invention is a polymer actuator element comprising a metal electrode and an electrolyte containing a polymer electrolyte, wherein the metal electrode is formed so as to form a pair, the metal electrode is in contact with the electrolyte, In the polymer actuator element, the electrolyte has a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher, contains an organic compound that is liquid at normal temperature and pressure, and the electrolyte is swollen with the organic compound. When the polymer actuator element includes a specific liquid organic compound, the bending amount or the displacement amount of the actuator element hardly changes. Therefore, the polymer actuator element can be driven outside the solution, that is, in the air, and is suitable for long-term driving because there is almost no evaporation of the solution.

本発明の高分子アクチュエータ素子に含まれる沸点または分解温度が180℃以上であって常温常圧で液状の有機化合物は、電解質中に含まれる。電解質中に前記有機化合物が含まれることにより、前記アクチュエータ素子は、常温常圧下で被覆無しでの1時間後においても、膨潤状態の変化を少なく保つことができ、屈曲量または変位量が少ない。前記有機溶媒を含む事により電解質が膨潤した状態となり、前記高分子アクチュエータ素子の屈曲若しくは変位を容易に行うことができる。また、なお、本願の沸点とは、当然の事ながら、常圧下での測定される沸点である。   The organic compound that has a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher and is in a liquid state at normal temperature and pressure is contained in the electrolyte. When the organic compound is contained in the electrolyte, the actuator element can keep a small change in the swollen state even after 1 hour without coating at room temperature and normal pressure, and the amount of bending or displacement is small. By containing the organic solvent, the electrolyte is swollen and the polymer actuator element can be easily bent or displaced. In addition, the boiling point of the present application is, as a matter of course, a boiling point measured under normal pressure.

前記有機化合物は、180℃以上の沸点または分解温度を有し、常温常圧下で液状であれば、特に限定されるものでない。前記有機化合物は、溶媒としての機能も有することが好ましい。前記有機化合物としては、電荷のキャリアとなるイオンを含む塩の溶媒となることができる有機化合物、または電荷のキャリアとなることができる有機化合物であればよい。前記有機化合物は、極性有機溶媒及び/またはイオン性液体が好ましい。   The organic compound is not particularly limited as long as it has a boiling point of 180 ° C. or higher or a decomposition temperature and is liquid at normal temperature and pressure. The organic compound preferably has a function as a solvent. The organic compound may be an organic compound that can serve as a salt solvent containing ions that serve as charge carriers, or an organic compound that can serve as charge carriers. The organic compound is preferably a polar organic solvent and / or an ionic liquid.

前記極性有機溶媒は、180℃以上の沸点または分解温度を有する極性有機溶媒であれば、特に限定されるものではないが、245℃以上の沸点を有する極性有機溶媒であることがより好ましい。前記極性溶媒としては、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン又はこれらの混合物であることが更に好ましく、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン又はこれらの混合物であることが特に好ましい。前記高分子アクチュエータ素子に含まれる溶液の溶媒成分が前記極性溶媒であることにより、前記高分子アクチュエータ素子を密閉しない状態でも1日後に50°以上の屈曲を行うことができる。   The polar organic solvent is not particularly limited as long as it is a polar organic solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher or a decomposition temperature, but is more preferably a polar organic solvent having a boiling point of 245 ° C. or higher. The polar solvent is more preferably diethylene glycol, glycerin, sulfolane, propylene carbonate, butyrolactone, or a mixture thereof, and particularly preferably diethylene glycol, glycerin, sulfolane, or a mixture thereof. Since the solvent component of the solution contained in the polymer actuator element is the polar solvent, bending of 50 ° or more can be performed after one day without sealing the polymer actuator element.

また、従来の高分子アクチュエータ素子は、比較的低い電圧である1.2Vの印加電圧では、例えば角度が270°以上の屈曲を生じさせるためには、イオン交換樹脂との界面における金属電極の表面積を大きくするため、製造時に複雑な前処理を施す必要がある。しかし、本発明の高分子アクチュエータ素子は、3.0Vより大きい特定の電圧を印加しても水の電気分解による気体の発生が一定時間ほとんど無い場合がある。このような条件において用いる場合には、本発明の高分子アクチュエータ素子は、より簡単に電極を形成することができるので、製造が容易である。なお、本願において、屈曲乃至変位の程度を表す角度(°)は、高分子アクチュエータ素子の先端における屈曲乃至変位凸面の接線方向と重力方向とのなす角(変位角)を測定することにより求められるものである。   Further, the conventional polymer actuator element has a surface area of the metal electrode at the interface with the ion exchange resin, for example, in order to cause bending at an angle of 270 ° or more at an applied voltage of 1.2 V, which is a relatively low voltage. Therefore, it is necessary to perform complicated pretreatment at the time of manufacturing. However, the polymer actuator element of the present invention may generate almost no gas due to water electrolysis for a certain period of time even when a specific voltage higher than 3.0 V is applied. When used under such conditions, the polymer actuator element of the present invention can be easily manufactured because the electrode can be formed more easily. In the present application, the angle (°) representing the degree of bending or displacement is obtained by measuring the angle (displacement angle) between the tangential direction of the bending or displacement convex surface at the tip of the polymer actuator element and the direction of gravity. Is.

本発明で用いられる沸点または分解温度が180℃以上である常温常圧で液状の有機化合物は、イオン性液体を用いることができる。前記イオン性液体は、常温溶融塩とも呼ばれるものであり、室温での蒸気圧がほとんどない。そのため、前記電解質がイオン交換樹脂を含み、該イオン交換樹脂がイオン性液体で膨潤した状態である本発明の高分子アクチュエータ素子は、1ヶ月の長期間でも、初期とほぼ同等の屈曲または変位をすることができる。   An ionic liquid can be used as the organic compound that is liquid at room temperature and normal pressure and has a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher. The ionic liquid is also called a room temperature molten salt and has almost no vapor pressure at room temperature. Therefore, the polymer actuator element of the present invention in which the electrolyte contains an ion exchange resin and the ion exchange resin is swollen with an ionic liquid exhibits a bending or displacement substantially equal to the initial value even for a long period of one month. can do.

前記イオン性液体は、テトラアルキルアンモニウムイオン、ジアルキルイミダゾリウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリニウムイオン、ピロリジニウムイオン、及びピペリジニウムイオンからなる群より少なくとも一種選ばれたカチオンと、
PF 、BF 、AlCl 、ClO 、及び下式(1)で表されるスルホニウムイミドアニオンからなる群より少なくとも一種選ばれたアニオン
との組み合わせからなる塩である請求項2に記載の高分子アクチュエータ素子。
(C(2n+1)SO)(C(2m+1)SO)N (1)
(ここで、n及びmは任意の整数。)
The ionic liquid is selected from the group consisting of tetraalkylammonium ions, dialkylimidazolium ions, trialkylimidazolium ions, pyrazolium ions, pyrrolium ions, pyrrolium ions, pyrrolidinium ions, and piperidinium ions. Cations,
3. A salt comprising a combination of PF 6 , BF 4 , AlCl 4 , ClO 4 and an anion selected from the group consisting of sulfonium imide anions represented by the following formula (1): The polymer actuator element described in 1.
(C n F (2n + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) N - (1)
(Here, n and m are arbitrary integers.)

前記テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、特に限定されるものではないが、トリメチルプロピルアンモニウム、トリメチルヘキシルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウムを用いることができる。   The tetraalkylammonium ion is not particularly limited, and trimethylpropylammonium, trimethylhexylammonium, and tetrapentylammonium can be used.

前記イミダゾリウムカチオンは、ジアルキルイミダゾリウムイオン及び/またはトリアルキルイミダゾリウムイオンを用いることができる。例えば、前記イミダゾリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ヘキシル−3メチルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,3−ジメチルイミダゾリウムイオン、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムイオン、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムイオンを例示することができる。   The imidazolium cation may be a dialkyl imidazolium ion and / or a trialkyl imidazolium ion. For example, the imidazolium cation is not particularly limited, but includes 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1-hexyl-3 methylimidazolium ion, 1-butyl-3-methylimidazolium ion, 1 , 3-dimethylimidazolium ion, 1-methyl-3-ethylimidazolium ion, 1,2,3-trimethylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3 Examples thereof include -propylimidazolium ion and 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium ion.

前記アルキルピリジニウムイオンは、特に限定されるものではないが、N−ブチルピリジニウムイオン、N−メチルピリジニウムイオン、N−エチルピリジニウムイオン、N−プロピルピリジニウムイオン、1−エチル−2−メチルピリジニウム、1−ブチル−4−メチルピリジニウム、1−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウム、を用いることができる。   The alkylpyridinium ion is not particularly limited, but is N-butylpyridinium ion, N-methylpyridinium ion, N-ethylpyridinium ion, N-propylpyridinium ion, 1-ethyl-2-methylpyridinium ion, 1- Butyl-4-methylpyridinium, 1-butyl-2,4-dimethylpyridinium can be used.

前記ピロリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、1,1−ジメチルピロリウムイオン、1−エチル−1−メチルピロリウムイオン、1−メチル−1−プロピルピロリウムイオン、1−ブチル−1−メチルピロリウムイオンを用いることができる。   The pyrrolium cation is not particularly limited, but 1,1-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-1-methylpyrrolium ion, 1-methyl-1-propylpyrrolium ion, 1-butyl-1-methyl Pyrrolium ions can be used.

前記ピラゾリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、1,2−ジメチルピラゾリウムイオン、1−エチル−2−メチルピラゾリウムイオン、1−プロピル−2−メチルピラゾリウムイオン、1−ブチル−2−メチルピラゾリウムイオンを用いることができる。   The pyrazolium cation is not particularly limited, but 1,2-dimethylpyrazolium ion, 1-ethyl-2-methylpyrazolium ion, 1-propyl-2-methylpyrazolium ion, 1-butyl A 2-methylpyrazolium ion can be used.

前記ピロリニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、1,2−ジメチルピロリニウムイオン、1−エチル−2−メチルピロリニウムイオン、1−プロピル−2−メチルピロリニウムイオン、1−ブチル−2−メチルピロリニウムイオンを用いることができる。 The pyrrolium cation is not particularly limited, but 1,2-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-2-methylpyrrolium ion, 1-propyl-2-methylpyrrolium ion, 1-butyl- 2-Methylpyrrolinium ion can be used.

前記ピロリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、1,1−ジメチルピロリジニウムイオン、1−エチル−1−メチルピロリジニウムイオン、1−メチル−1−プロピルピロリジニウムイオン、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムイオンを用いることができる。 The pyrrolidinium cation is not particularly limited, but 1,1-dimethylpyrrolidinium ion, 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium ion, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium ion, 1-butyl A -1-methylpyrrolidinium ion can be used.

前記ピペリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、1,1−ジメチルピぺリジニウムイオン、1−エチル−1−メチルピぺリジニウムイオン、1−メチル−1−プロピルピぺリジニウムイオン、1−ブチル−1−メチルピぺリジニウムイオンを用いることができる。 The piperidinium cation is not particularly limited, but 1,1-dimethylpiperidinium ion, 1-ethyl-1-methylpiperidinium ion, 1-methyl-1-propylpiperidinium ion, 1-butyl A -1-methyl piperidinium ion can be used.

前記イオン性液体は、上記アニオンと上記カチオンとの組み合わせが特に限定されるものではないが、例えば、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホイミド(EMITFSI)、1−メチル−3−イミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMIBF)、1−メチル−3−イミダゾリウムヘキサフルオロリン酸(EMIPF)、トリメチルプロピルアンモニウムトリフルオロメタンスルホイミド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホイミドを用いることができる。 The ionic liquid is not particularly limited in the combination of the anion and the cation. For example, 1-methyl-3-ethylimidazolium trifluoromethanesulfimide (EMITFSI), 1-methyl-3-imidazo Rium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-methyl-3-imidazolium hexafluorophosphoric acid (EMIPF 6 ), trimethylpropylammonium trifluoromethanesulfonimide, 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-hexyl -3-Methylimidazolium hexafluorophosphoric acid, 1-hexyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfimide can be used.

本発明の高分子アクチュエータ素子において、前記電解質が前記イオン交換樹脂と前記イオン性液体を含むことにより、前記イオン交換樹脂が前記イオン性液体で膨潤した状態となったゲル電解質となることができる。前記電解質がイオン交換樹脂とイオン性液体とを含むことにより、大気圧下で1ヶ月放置しても、前記高分子アクチュエータ素子は駆動することができる。更に、イオン交換樹脂とイオン性液体とを含んだゲル電解質は、可撓性があり、高濃度の電解質を保持することが可能であるために、アクチュエータ素子及びキャパシタの電解質として好適である。   In the polymer actuator element of the present invention, when the electrolyte contains the ion exchange resin and the ionic liquid, the ion exchange resin can be a gel electrolyte swollen with the ionic liquid. When the electrolyte contains an ion exchange resin and an ionic liquid, the polymer actuator element can be driven even when left for one month at atmospheric pressure. Furthermore, since the gel electrolyte containing an ion exchange resin and an ionic liquid is flexible and can hold a high concentration of electrolyte, it is suitable as an electrolyte for actuator elements and capacitors.

前記イオン交換樹脂と前記イオン性液体とを含む電解質は、その製造方法は特に限定されるものではないが、沸点が100℃以下の公知の極性溶媒中にイオン性液体を1〜90重量%の割合含む混合溶液にイオン交換樹脂を浸漬し、室温にて、寸法若しくは重量の変化がなくなるまで放置、または時間以上放置することにより、容易に得ることができる。   The manufacturing method of the electrolyte containing the ion exchange resin and the ionic liquid is not particularly limited, but the ionic liquid is 1 to 90% by weight in a known polar solvent having a boiling point of 100 ° C. or less. It can be easily obtained by immersing the ion exchange resin in a mixed solution containing a proportion and leaving it at room temperature until there is no change in size or weight, or leaving it for more than an hour.

本発明の高分子アクチュエータ素子は、金属電極とイオン交換樹脂を電解質とを含み、前記金属電極が対を形成することができるように形成され、前記金属電極が電解質と接し高分子アクチュエータ素子であって、前記金属電極を複数備えた構造を有している。また、前記アクチュエータ素子は、イオン交換樹脂層を挟んで両側に電極層を1つずつ備えても良く、両側若しくは片側に電極層を複数備えていても良い。前記アクチュエータ素子の具体的な構造としては、例えば、一対の電極層がイオン交換樹脂層を挟んで電極対を形成したアクチュエータ素子を用いることもできるし、管状のイオン交換樹脂の外側面及び/又は内側面の表面上に複数の金属電極を備えていても良い。   The polymer actuator element of the present invention includes a metal electrode and an ion exchange resin electrolyte, and is formed so that the metal electrode can form a pair. The metal electrode is in contact with the electrolyte and is a polymer actuator element. And having a structure including a plurality of the metal electrodes. The actuator element may include one electrode layer on each side of the ion exchange resin layer, or may include a plurality of electrode layers on both sides or one side. As a specific structure of the actuator element, for example, an actuator element in which a pair of electrode layers form an electrode pair with an ion exchange resin layer sandwiched between them can be used, and an outer surface of a tubular ion exchange resin and / or A plurality of metal electrodes may be provided on the inner surface.

前記の電極層がイオン交換樹脂を挟んで電極対を形成した高分子アクチュエータ素子としては、公知の方法により得ることができる。例えば、膜状、板状、若しくは管状の形状を有するイオン交換樹脂有体物に無電解メッキをすることにより、イオン交換樹脂有体物表面又はイオン交換樹脂有体物表面から内側の範囲に金属層を形成させて、該金属層金属を電極層として用いることにより、前記高分子アクチュエータ素子である金属−イオン交換樹脂接合体を得ることもできる。   A polymer actuator element in which the electrode layer forms an electrode pair with an ion exchange resin interposed therebetween can be obtained by a known method. For example, by performing electroless plating on an ion exchange resin tangible material having a membrane shape, a plate shape, or a tubular shape, a metal layer is formed on the inner surface of the ion exchange resin tangible surface or the ion exchange resin tangible surface, By using the metal layer metal as an electrode layer, a metal-ion exchange resin assembly that is the polymer actuator element can also be obtained.

前記無電解メッキとしては、例えば、次の様な無電解メッキ方法を好適に用いることができる。粗面化処理を行った後に、イオン交換樹脂を、水中に浸漬して膨潤させた状態で、イオン交換樹脂に白金錯体や金錯体等の金属錯体を吸着させる吸着工程を行う。次いで吸着された金属錯体を還元剤により還元させて金属を析出させる還元工程を行い、還元工程後に所望により還元剤を洗浄除去する洗浄工程を行う。   As the electroless plating, for example, the following electroless plating method can be suitably used. After performing the roughening treatment, an adsorption step is performed in which the ion exchange resin is immersed in water and swollen to adsorb a metal complex such as a platinum complex or a gold complex to the ion exchange resin. Next, a reduction step of reducing the adsorbed metal complex with a reducing agent to deposit a metal is performed, and a cleaning step of cleaning and removing the reducing agent is optionally performed after the reduction step.

この無電解メッキでは、電極である金属層を通電や屈曲乃至変位に充分な厚さとするために、吸着工程、還元工程及び洗浄工程を1サイクルとして繰り返し行うことができる。このようにして得られたアクチュエータ素子は、イオン交換樹脂の内部方向に電極層が成長して電極が形成され、イオン交換樹脂と電極層との界面において、電極層の断面がフラクタル状の構造を形成しているので、前記電極層と前記イオン交換樹脂層との界面で大きな電気二重層を持つことができる。更に、前記電極層がイオン交換樹脂層の内部方向にフラクタル状の構造を形成しているので、アンカー効果が働くために、前記イオン交換樹脂接合体は、繰り返し曲げても耐久性を有する。   In this electroless plating, the adsorption process, the reduction process, and the cleaning process can be repeated as one cycle in order to make the metal layer as an electrode thick enough for energization, bending, or displacement. In the actuator element thus obtained, an electrode layer grows in the inner direction of the ion exchange resin to form an electrode, and the cross section of the electrode layer has a fractal structure at the interface between the ion exchange resin and the electrode layer. Since it forms, it can have a big electric double layer in the interface of the said electrode layer and the said ion exchange resin layer. Further, since the electrode layer forms a fractal structure in the inner direction of the ion exchange resin layer, the anchor effect is exerted, so that the ion exchange resin assembly is durable even when it is repeatedly bent.

本発明の高分子アクチュエータ素子の電解質に含まれるイオン交換樹脂は、特に限定されるものではない。前記イオン交換樹脂としては、特に限定されるものではなく、公知のイオン交換樹脂を用いることができ、陽イオン交換樹脂を用いる場合には、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基、カルボキシル基などの親水性官能基を導入したものを用いることができる。このような樹脂としては、例えばパーフルオロスルホン酸樹脂(商品名「Nafion」、DuPont社製)、パーフルオロカルボン酸樹脂(商品名「フレミオン」、旭硝子社製)、ACIPLEX(旭化成工業社製)、NEOSEPTA(トクヤマ社製)を用いることができる。   The ion exchange resin contained in the electrolyte of the polymer actuator element of the present invention is not particularly limited. The ion exchange resin is not particularly limited, and a known ion exchange resin can be used. When a cation exchange resin is used, a sulfonic acid group or a carboxyl group is added to polyethylene, polystyrene, fluororesin, or the like. What introduced hydrophilic functional groups, such as these, can be used. Examples of such resins include perfluorosulfonic acid resin (trade name “Nafion”, manufactured by DuPont), perfluorocarboxylic acid resin (trade name “Flemion”, manufactured by Asahi Glass), ACIPLEX (manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.), NEOSEPTA (manufactured by Tokuyama Corporation) can be used.

無電解メッキの吸着工程に用いられる金属錯体溶液は、還元されることにより形成される金属層が電極層として機能することができる金属の錯体を含むものであれば、特に限定されるものではない。前記金属錯体は、イオン化傾向の小さい金属が電気化学的に安定であるために金錯体、白金錯体、パラジウム錯体、ロジウム錯体、又はルテニウム錯体等の金属錯体を使用することが好ましく、析出した金属が電極として使用されるため、通電性が良好で電気化学的な安定性に富んだ貴金属からなる金属錯体が好ましく、さらに電気分解が比較的起こり難い金からなる金錯体が好ましい。前記金属塩溶液は、溶媒が特に限定されるものではないが、金属塩の溶解が容易であって取り扱いが容易であることから溶媒が水を主成分とすることが好ましく、前記金属塩溶液が金属塩水溶液であることが好ましい。したがって、前記金属錯体溶液としては、金属錯体水溶液であることが好ましく、特に金錯体水溶液または白金錯体水溶液であることが好ましく、さらに金錯体水溶液が好ましい。   The metal complex solution used in the electroless plating adsorption step is not particularly limited as long as the metal layer formed by reduction contains a metal complex that can function as an electrode layer. . The metal complex is preferably a metal complex such as a gold complex, a platinum complex, a palladium complex, a rhodium complex, or a ruthenium complex because a metal having a small ionization tendency is electrochemically stable. Since it is used as an electrode, a metal complex composed of a noble metal having good electrical conductivity and high electrochemical stability is preferable, and a gold complex composed of gold that is relatively difficult to undergo electrolysis is preferable. In the metal salt solution, the solvent is not particularly limited. However, since the metal salt is easy to dissolve and easy to handle, the solvent is preferably based on water. A metal salt aqueous solution is preferred. Therefore, the metal complex solution is preferably a metal complex aqueous solution, particularly preferably a gold complex aqueous solution or a platinum complex aqueous solution, and more preferably a gold complex aqueous solution.

無電解メッキの還元工程に用いられる還元剤としては、イオン交換樹脂に吸着される金属錯体溶液に使用される金属錯体の種類に応じて、種類を適宜選択して使用することができ、例えば亜硫酸ナトリウム、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム、亜リン酸、次亜リン酸ナトリウム等を用いることができる。   As the reducing agent used in the reduction process of electroless plating, depending on the type of metal complex used in the metal complex solution adsorbed on the ion exchange resin, the type can be appropriately selected and used, for example, sulfurous acid. Sodium, hydrazine, sodium borohydride, phosphorous acid, sodium hypophosphite and the like can be used.

前記還元剤は析出させる金属種によって、適宜選択することもできる。還元により析出させる金属がニッケルまたはコバルトの場合には、還元剤として、ホスフィン酸ナトリウム、ジメチルアミノボラン、ヒドラジン、テトラヒドロホウ酸カリウムを用いることができる。還元により析出させる金属がパラジウムの場合には、還元剤として、ホスフィン酸ナトリウム、ホスホン酸ナトリウム、テトラヒドロホウ酸カリウムを用いることができる。還元により析出させる金属が銅の場合には、還元剤として、ホルマリン、ホスホン酸ナトリウム、テトラヒドロホウ酸カリウムを用いることができる。還元により析出させる金属が銀または金の場合には、還元剤として、ジメチルアミノボラン、テトラヒドロホウ酸カリウムを用いることができる。還元により析出させる金属が白金の場合には、還元剤として、ヒドラジン、テトラヒドロホウ酸ナトリウムを用いることができる。還元により析出させる金属が錫の場合には、還元剤として、三塩化チタンを用いることができる。さらに、還元剤は、上記の種類に限られるものではなく、白金黒などの触媒と共に用いられる水素、HgS、HIやIなどの非金属の酸またはイオン、Na(HPO)やNaなどの低級酸素酸塩、COやSO2などの低級酸化物、Li、Na,Cu、Mg、Zn、Fe、Fe(II)、Sn(II)、Ti(III)、Cr(II)などのイオン化傾向の大きい金属またはそれらのアマルガム及び低原子価金属塩、AlH〔(CH3)2CHCH2〕2や水素化リチウムアルミニウムなどの水素化物、ジイミド、ギ酸、アルデヒド、糖類及びL−アスコルビン酸などを、適宜用いることもできる。 The reducing agent can be appropriately selected depending on the metal species to be deposited. When the metal deposited by reduction is nickel or cobalt, sodium phosphinate, dimethylaminoborane, hydrazine, or potassium tetrahydroborate can be used as the reducing agent. When the metal deposited by reduction is palladium, sodium phosphinate, sodium phosphonate, or potassium tetrahydroborate can be used as the reducing agent. When the metal deposited by reduction is copper, formalin, sodium phosphonate, or potassium tetrahydroborate can be used as the reducing agent. When the metal deposited by reduction is silver or gold, dimethylaminoborane and potassium tetrahydroborate can be used as the reducing agent. When the metal deposited by reduction is platinum, hydrazine and sodium tetrahydroborate can be used as the reducing agent. When the metal deposited by reduction is tin, titanium trichloride can be used as the reducing agent. Further, the reducing agent is not limited to the above type, but is used with a catalyst such as platinum black, hydrogen, non-metallic acid or ion such as HgS, HI or I , Na (H 2 PO 2 ) or Na lower oxyacid salts, such as 2 S 2 O 3, lower oxides such as CO or SO2, Li, Na, Cu, Mg, Zn, Fe, Fe (II), Sn (II), Ti (III), Cr ( II) metals having a high ionization tendency or their amalgams and low-valent metal salts, hydrides such as AlH [(CH3) 2CHCH2] 2 and lithium aluminum hydride, diimides, formic acid, aldehydes, saccharides and L-ascorbic acid Etc. can be used as appropriate.

前記還元剤は、還元される金属種に応じて、適宜選択することもできるが、メッキの成長速度、析出した金属の粒子サイズ、フラクタル構造の金属電極とイオン交換樹脂の接触面積、電極構造並びにメッキ後の樹脂の可撓性を変えるために、最適な還元剤の種類を選択して用いることができる。また、還元工程における還元浴を所望のpHとするために、前記還元剤の種類を適宜選択することもできる。   The reducing agent can be appropriately selected according to the metal species to be reduced. However, the growth rate of plating, the particle size of the deposited metal, the contact area between the metal electrode of the fractal structure and the ion exchange resin, the electrode structure, and In order to change the flexibility of the resin after plating, the optimum type of reducing agent can be selected and used. Moreover, in order to make the reducing bath in the reduction step have a desired pH, the type of the reducing agent can be appropriately selected.

なお、金属錯体を還元する際に、必要に応じて、酸またはアルカリを添加してもよい。前記還元剤溶液の濃度は、金属錯体の還元により析出させる金属量を得ることができるのに十分な量の還元剤を含んでいればよく、特に限定されるものではないが、通常の無電解メッキにより電極を形成する場合に用いられる金属塩溶液と同等の濃度を用いることも可能である。また、還元剤溶液中には、イオン交換樹脂の良溶媒を含むことができる。 In addition, when reducing a metal complex, you may add an acid or an alkali as needed. The concentration of the reducing agent solution is not particularly limited as long as it contains a sufficient amount of reducing agent to obtain the amount of metal to be deposited by reduction of the metal complex. It is also possible to use a concentration equivalent to the metal salt solution used when forming the electrode by plating. Further, the reducing agent solution can contain a good solvent for the ion exchange resin.

本発明の高分子アクチュエータ素子は、対を形成することができるように形成された金属電極と接する電解質の内部に溶媒と塩とを含む。前記高分子アクチュエータ素子が屈曲乃至変位をすることができるように、前記高分子アクチュエータ素子は、柔軟性が有ることが好ましい。当該柔軟性を得るために、前記高分子アクチュエータ素子は、イオン交換樹脂が常温常圧で液状の有機化合物により膨潤している。前記膨潤の度合いは、特に限定されるものではないが、前記高分子アクチュエータ素子の膨潤度、つまり、前記高分子電解質が乾燥した状態での厚さに対して高分子アクチュエータ素子の膨潤した状態での厚さの増加率が、3〜200%であることが好ましく、5〜60%であることがより好ましい。前記膨潤度が3%未満である場合には、変位屈曲性能が劣り、前記膨潤度が200%よりも大きい場合にも、変位屈曲性能が劣り、さらに大きく引張り強度が低下することとなってしまう。なお、前記有機化合物は、電解質中に含まれるが、電極層が多孔性の電極である場合には、前記溶媒の一部が塩とともに、前金属電極層に含まれても良い。   The polymer actuator element of the present invention includes a solvent and a salt inside an electrolyte in contact with a metal electrode formed so that a pair can be formed. The polymer actuator element is preferably flexible so that the polymer actuator element can be bent or displaced. In order to obtain the flexibility, in the polymer actuator element, the ion exchange resin is swollen with a liquid organic compound at normal temperature and pressure. The degree of swelling is not particularly limited, but the degree of swelling of the polymer actuator element, that is, in the swollen state of the polymer actuator element with respect to the thickness of the polymer electrolyte in a dry state. The thickness increase rate is preferably 3 to 200%, more preferably 5 to 60%. When the degree of swelling is less than 3%, the displacement bending performance is inferior, and when the degree of swelling is greater than 200%, the displacement bending performance is also inferior and the tensile strength is greatly reduced. . In addition, although the said organic compound is contained in electrolyte, when an electrode layer is a porous electrode, a part of said solvent may be contained in a pre-metal electrode layer with a salt.

また、本発明の高分子アクチュエータ素子は、前記電解質が前記有機化合物が極性有機溶媒である場合には、イオン性液体を用いた場合に比べて膨潤の度合いを大きくすることから、大きな屈曲または変位が必要な用途に好適に用いることができる。一方、前記有機化合物としてイオン性液体を用いた場合には、極性有機溶媒を用いた場合に比べて膨潤度合いは小さいが、常温常圧で1ヶ月程度の期間で開放系として放置しても膨潤による体積変化が少ないので、前記高分子アクチュエータ素子は、覆いを設ける必要なしに、1ヶ月程度の期間中に屈曲量若しくは変位量の大きな変化をせずに駆動することができる。前記電解質を得るためには、イオン交換樹脂層を前記有機化合物の液中に浸漬することにより得ることができる。例えば、前記高分子アクチュエータ素子がイオン交換樹脂に無電解メッキを施すことにより金属電極が形成された素子である場合には、前記高分子アクチュエータ素子を、前記有機化合物中の液中に一晩程度浸漬することにより、イオン交換樹脂が前記有機化合物により膨潤した状態の素子を得ることができる。   Further, the polymer actuator element of the present invention has a large bending or displacement because the electrolyte has a higher degree of swelling when the organic compound is a polar organic solvent than when an ionic liquid is used. Can be suitably used for applications that require. On the other hand, when an ionic liquid is used as the organic compound, the degree of swelling is smaller than when a polar organic solvent is used, but it swells even if left as an open system at room temperature and normal pressure for a period of about one month. Therefore, the polymer actuator element can be driven without a large change in the amount of bending or displacement during a period of about one month without the need for providing a cover. In order to obtain the electrolyte, it can be obtained by immersing the ion exchange resin layer in a liquid of the organic compound. For example, when the polymer actuator element is an element in which a metal electrode is formed by performing electroless plating on an ion exchange resin, the polymer actuator element is immersed in a liquid in the organic compound for about one night. By soaking, an element in which the ion exchange resin is swollen by the organic compound can be obtained.

本発明の高分子アクチュエータ素子の電解質は、イオン交換樹脂が上記のイオン性液体により膨潤した状態としてもよい。イオン性液体によりイオン交換樹脂が膨潤状態とする場合において、イオン性液体にイオン交換樹脂を浸漬してもイオン交換樹脂が膨潤しない場合には、膨潤用溶媒とイオン性液体との混合溶液でイオン交換樹脂を膨潤させた後に、膨潤用溶媒を蒸発させることで、イオン交換樹脂がイオン性液体で膨潤した電解質を容易に得ることができる。また、前記膨潤用溶媒として高沸点極性有機溶媒を使用し、素子内に残すこともできる。前記膨潤用溶媒は、イオン交換樹脂を膨潤させることが可能であり、イオン性液体を溶解することができる溶媒である。なお、上述の膨潤は、本願においては、無限膨潤を含まない。   The electrolyte of the polymer actuator element of the present invention may be in a state where the ion exchange resin is swollen by the ionic liquid. When the ion exchange resin is swollen by the ionic liquid and the ion exchange resin does not swell even when the ion exchange resin is immersed in the ionic liquid, the ion exchange resin is mixed with the solvent for swelling and the ionic liquid. The electrolyte in which the ion exchange resin is swollen with the ionic liquid can be easily obtained by evaporating the swelling solvent after swelling the exchange resin. Further, a high boiling polar organic solvent can be used as the swelling solvent and left in the device. The swelling solvent is a solvent that can swell the ion exchange resin and dissolve the ionic liquid. The above-mentioned swelling does not include infinite swelling in the present application.

本発明の高分子アクチュエータ素子は、対を形成することができるように形成された金属電極と接する電解質の内部に含まれる塩は、上記の常温常圧で液状の有機化合物に溶解できるものであれば特に限定されるものではないが、前記高分子電解質がカチオンと対イオンを形成する場合には、1〜3価のカチオンの塩を用いることができ、Na+、K+、Li+等の1価のカチオンを用いることが大きな屈曲若しくは変位をすることができるために好ましく、イオン半径の大きなアルキルアンモニウムイオンを用いることがより大きな屈曲若しくは変位をすることができるために更に好ましい。前記アルキルアンモニウムイオンとしては、CH3+3、C25+3、(CH3)2+2、(C25)2+2、(CH3)3+H、(C25)3+H、(CH3)4+、(C25)4+、(C37)4+、(C49)4+、H3+(CH2)4+3、H2C=CHCH2+HCH3、H3+(CH2)4+2(CH2)4+3、HC≡CCH2+2、CH3CH(OH)CH2+3、H3+(CH2)5OH、H3+CH(CH2OH)2、(HOCH2)2C(CH2+3)2、C25OCH2CH2+3や脂肪族炭化水素を置換基として備えるアンモニウムイオン、または官能基として炭化水素の他に脂環式の環状炭化水素をも有するアンモニウムイオンを用いることができる。このとき、前記の塩の濃度としては、イオン交換樹脂の官能基と等量以上の濃度として含まれていればよく、十分な屈曲乃至変位を得るために0.01〜10mol/lであることが好ましく、0.1〜1.0mol/lであることがより好ましい。なお、常温常圧での液状の有機化合物として、イオン性液体を用いる場合には、上記の塩を用いなくても良い。 In the polymer actuator element of the present invention, the salt contained in the electrolyte in contact with the metal electrode formed so that a pair can be formed can be dissolved in the liquid organic compound at the normal temperature and pressure. Although not particularly limited, when the polymer electrolyte forms a counter ion with a cation, a salt of a monovalent to trivalent cation can be used, and a monovalent salt such as Na +, K +, or Li + can be used. It is preferable to use a cation because it can be bent or displaced greatly, and it is further preferable to use an alkylammonium ion having a large ionic radius because it can be bent or displaced more greatly. Examples of the alkyl ammonium ion include CH 3 N + H 3 , C 2 H 5 N + H 3 , (CH 3 ) 2 N + H 2 , (C 2 H 5 ) 2 N + H 2 , and (CH 3 ) 3. N + H, (C 2 H 5 ) 3 N + H, (CH 3 ) 4 N + , (C 2 H 5 ) 4 N + , (C 3 H 7 ) 4 N + , (C 4 H 9 ) 4 N + , H 3 N + (CH 2 ) 4 N + H 3 , H 2 C═CHCH 2 N + HCH 3 , H 3 N + (CH 2 ) 4 N + H 2 (CH 2 ) 4 N + H 3 , HC≡CCH 2 N + H 2 , CH 3 CH (OH) CH 2 N + H 3 , H 3 N + (CH 2 ) 5 OH, H 3 N + CH (CH 2 OH) 2 , (HOCH 2 ) 2 C (CH 2 N + H 3 ) 2 , C 2 H 5 OCH 2 CH 2 N + H 3 or an ammonium ion having an aliphatic hydrocarbon as a substituent, or an alicyclic in addition to a hydrocarbon as a functional group Ammonium ions having cyclic hydrocarbons can also be used. At this time, the concentration of the salt only needs to be contained as a concentration equal to or higher than the functional group of the ion exchange resin, and is 0.01 to 10 mol / l in order to obtain sufficient bending or displacement. Is preferable, and it is more preferable that it is 0.1-1.0 mol / l. In addition, when using an ionic liquid as a liquid organic compound at normal temperature and normal pressure, it is not necessary to use said salt.

本発明の高分子アクチュエータ素子は、上記の極性溶媒を含むために、樹脂による被覆なしに、1日以上駆動することができるが、更に、可撓性を有する樹脂で被覆されてもよい。前記樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリウレタン樹脂及び/又はシリコン樹脂を用いることができる。前記ポリウレタン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟な熱可塑性ポリウレタンを用いることが、柔軟度が大きく密着性が良好であるために特に好ましい。柔軟な熱可塑性ポリウレタンとしては、商品名「アサフレックス 825」(柔軟度200%、旭化成社製)、商品名「ペレセン 2363−80A」(柔軟度550%)、「ペレセン 2363−80AE」(柔軟度650%)、「ペレセン 2363−90A」(柔軟度500%)、「ペレセン 2363−90AE」(柔軟度550%)、(以上、ダウ・ケミカル社製)を用いることができる。また、前記シリコン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟度が50%以上である樹脂が、柔軟度が大きいので密着性が良好であるために、特に好ましい。前記シリコン樹脂としては、例えば、「シラシール3FW」、「シラシールDC738RTV」、「DC3145」、及び「DC3140」(以上、ダウコーニング社製)を用いることができる。なお、本願において、柔軟度とは、ASTM D412に準拠する引張破断伸び(Ultimate Elongation%)をいうものである。   Since the polymer actuator element of the present invention contains the above-mentioned polar solvent, it can be driven for one day or more without being coated with a resin, but may be further coated with a flexible resin. Although it does not specifically limit as said resin, A polyurethane resin and / or a silicon resin can be used. The polyurethane resin is not particularly limited, but it is particularly preferable to use a flexible thermoplastic polyurethane because of its high flexibility and good adhesion. As a flexible thermoplastic polyurethane, a trade name “Asaflex 825” (flexibility 200%, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), a trade name “Peresen 2363-80A” (flexibility 550%), “Peresen 2363-80AE” (flexibility) 650%), “Pelecene 2363-90A” (flexibility: 500%), “Pelecene 2363-90AE” (flexibility: 550%), (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.). Further, the silicone resin is not particularly limited, but a resin having a flexibility of 50% or more is particularly preferable because of its high flexibility and good adhesion. As the silicone resin, for example, “SilaSeal 3FW”, “SilaSeal DC738RTV”, “DC3145”, and “DC3140” (above, manufactured by Dow Corning) can be used. In addition, in this application, a softness | flexibility means the tensile breaking elongation (Ultimate Elongation%) based on ASTMD412.

(駆動方法)
また、本発明は、高分子アクチュエータ素子の駆動方法でもある。前記高分子アクチュエータ素子は、イオン交換樹脂を挟んで対向する様に形成された一対の金属電極を備えた高分子アクチュエータ素子であって、一対の金属電極を備えた高分子アクチュエータ素子であって、イオン交換樹脂中に、180℃以上の沸点を有する極性溶媒を含む高分子アクチュエータ素子であるので、160°以上の屈曲乃至変位を生じさせるために、3.0Vより高い電圧を印加した場合であっても、気泡を発生することなく、しかも溶媒の蒸発が生じにくいので、樹脂による被覆なしに1日以上駆動することが可能である。
(Driving method)
The present invention is also a method for driving a polymer actuator element. The polymer actuator element is a polymer actuator element provided with a pair of metal electrodes formed so as to face each other with an ion exchange resin interposed therebetween, and is a polymer actuator element provided with a pair of metal electrodes, Since this is a polymer actuator element containing a polar solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher in the ion exchange resin, a voltage higher than 3.0 V was applied in order to cause bending or displacement of 160 ° C. or higher. However, since the solvent is not easily evaporated without generating bubbles, it can be driven for one day or more without being covered with resin.

前記駆動方法は、上述のように、前記高分子アクチュエータ素子に、該素子を膨潤し、電荷のキャリアとしてのイオンを溶解する溶媒として、180℃以上の沸点を有する極性溶媒を用いていれば、特に限定されるものではない。前記極性溶媒は、特に、ジエチレングリコール及び/またはグリセリンである場合には、160°以上の屈曲をすることができるために好ましい。   As described above, the driving method uses a polar solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher as a solvent that swells the polymer actuator element and dissolves ions as charge carriers, as described above. It is not particularly limited. In particular, the polar solvent is preferably diethylene glycol and / or glycerin because it can be bent at 160 ° or more.

以下、本発明の実施例及び比較例を記載するが、本願発明は、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, although the Example and comparative example of this invention are described, this invention is not limited to these.

(実施例1)
乾燥時の膜厚0.2mmのイオン交換樹脂膜(フッ素樹脂系イオン交換樹脂:パーフルオロカルボン酸樹脂、商品名「フレミオン」、旭硝子社製、イオン交換容量1.4meq/g)を、下記(1)〜(3)の工程を6サイクル繰り返して実施しイオン交換樹脂を挟んで形成された一対の金属電極を備えたイオン交換樹脂膜を得た。(1)吸着工程:ジクロロフェナントロリン金塩化物水溶液に12時間浸漬し、成形品内にジクロロフェナントロリン金錯体を吸着させた。(2)還元工程:亜硫酸ナトリウムを含む水溶液中で、吸着したジクロロフェナントロリン金錯体を還元して、前記膜状高分子電解質に金電極を形成させた。このとき、水溶液の温度を60〜80℃とし、亜硫酸ナトリウムを徐々に添加しながら、6時間ジクロロフェナントリン金錯体の還元を行った。次いで、(3)洗浄工程:表面に金電極が形成した膜状高分子電解質を取り出し、70℃の水で1時間洗浄した。上記無電解メッキにより一対の金属電極が形成されたイオン交換樹脂膜を長さ22mm、幅1.5mmに切断した。ついで、前記イオン交換樹脂膜を0.5mol/lの塩化テトラエチルアンモニウム塩の水溶液に浸漬し、乾燥させた後に、膨潤度が約15%となるように0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのジエチレングリコール溶液に24時間浸漬して実施例1の高分子アクチュエータ素子を得た。
Example 1
An ion exchange resin membrane having a thickness of 0.2 mm when dried (fluororesin-based ion exchange resin: perfluorocarboxylic acid resin, trade name “Flemion”, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., ion exchange capacity 1.4 meq / g) is shown below ( The processes of 1) to (3) were repeated 6 cycles to obtain an ion exchange resin membrane provided with a pair of metal electrodes formed with the ion exchange resin sandwiched therebetween. (1) Adsorption process: It was immersed in a dichlorophenanthroline gold chloride aqueous solution for 12 hours to adsorb the dichlorophenanthroline gold complex in the molded article. (2) Reduction step: The adsorbed dichlorophenanthroline gold complex was reduced in an aqueous solution containing sodium sulfite to form a gold electrode on the membrane polymer electrolyte. At this time, the temperature of the aqueous solution was set to 60 to 80 ° C., and the dichlorophenanthrine gold complex was reduced for 6 hours while gradually adding sodium sulfite. Next, (3) washing step: The membrane polymer electrolyte having a gold electrode formed on the surface was taken out and washed with water at 70 ° C. for 1 hour. The ion exchange resin film on which a pair of metal electrodes was formed by electroless plating was cut into a length of 22 mm and a width of 1.5 mm. Next, the ion exchange resin membrane is dipped in an aqueous solution of 0.5 mol / l tetraethylammonium chloride and dried, and then 0.5 mol / l of tetraethyleneammonium chloride is added so that the degree of swelling is about 15%. The polymer actuator element of Example 1 was obtained by being immersed in a diethylene glycol solution for 24 hours.

(実施例2)
切断された前記イオン交換樹脂膜を浸漬する溶媒を、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのジエチレングリコール溶液に替えて、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのプロピレンカーボネート溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、実施例2の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 2)
Other than using a 0.5 mol / l propylene carbonate solution of tetraethyleneammonium chloride instead of 0.5 mol / l tetraethyleneammonium diethylene glycol solution as a solvent for immersing the cut ion exchange resin membrane. Obtained the polymer actuator element of Example 2 by the same method as Example 1.

(実施例3)
切断された前記イオン交換樹脂膜を浸漬する溶媒を、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのジエチレングリコール溶液に替えて、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのグリセリン溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、実施例3の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 3)
The solvent for immersing the cut ion exchange resin membrane was changed to 0.5 mol / l tetraethyleneammonium chloride diethylene glycol solution, except that 0.5 mol / l tetraethyleneammonium chloride glycerin solution was used. The polymer actuator element of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1.

(実施例4)
切断された前記イオン交換樹脂膜を浸漬する溶媒を、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのジエチレングリコール溶液に替えて、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのスルホラン溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、実施例4の高分子アクチュエータ素子を得た。
Example 4
The solvent for immersing the cut ion exchange resin membrane was changed to 0.5 mol / l tetraethyleneammonium chloride diethylene glycol solution, except that a 0.5 mol / l tetraethyleneammonium chloride sulfolane solution was used. The polymer actuator element of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1.

(実施例5)
切断された前記イオン交換樹脂膜を浸漬する溶媒を、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのジエチレングリコール溶液に替えて、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのブチロラクトン溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、実施例3の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 5)
The solvent for immersing the cut ion exchange resin membrane was changed to a 0.5 mol / l tetraethyleneammonium chloride diethylene glycol solution, but a 0.5 mol / l tetraethyleneammonium chloride butyrolactone solution was used. The polymer actuator element of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1.

(実施例6)
乾燥時の膜厚0.2mmのイオン交換樹脂膜(フッ素樹脂系イオン交換樹脂:パーフルオロカルボン酸樹脂、商品名「フレミオン」、旭硝子社製、イオン交換容量1.4meq/g)を、下記(1)〜(3)の工程を6サイクル繰り返して実施しイオン交換樹脂を挟んで形成された一対の金属電極を備えたイオン交換樹脂膜を得た。(1)吸着工程:ジクロロフェナントロリン金塩化物水溶液に12時間浸漬し、成形品内にジクロロフェナントロリン金錯体を吸着させた。(2)還元工程:亜硫酸ナトリウムを含む水溶液中で、吸着したジクロロフェナントロリン金錯体を還元して、前記膜状高分子電解質に金電極を形成させた。このとき、水溶液の温度を60〜80℃とし、亜硫酸ナトリウムを徐々に添加しながら、6時間ジクロロフェナントリン金錯体の還元を行った。次いで、(3)洗浄工程:表面に金電極が形成した膜状高分子電解質を取り出し、70℃の水で1時間洗浄した。上記無電解メッキにより一対の金属電極が形成されたイオン交換樹脂膜を長さ22mm、幅1.5mmに切断した。ついで、前記イオン交換樹脂膜を0.5mol/lの塩化テトラエチルアンモニウム塩の水溶液に浸漬し、乾燥させた後に、0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホンイミド塩(EMITFSI)の水溶液に室温にて一晩浸漬して、2時間以上室温で風乾させて水を蒸発させることにより実施例6の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 6)
An ion exchange resin membrane having a thickness of 0.2 mm when dried (fluororesin-based ion exchange resin: perfluorocarboxylic acid resin, trade name “Flemion”, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., ion exchange capacity 1.4 meq / g) is shown below ( The processes of 1) to (3) were repeated 6 cycles to obtain an ion exchange resin membrane provided with a pair of metal electrodes formed with the ion exchange resin sandwiched therebetween. (1) Adsorption process: It was immersed in a dichlorophenanthroline gold chloride aqueous solution for 12 hours to adsorb the dichlorophenanthroline gold complex in the molded article. (2) Reduction step: The adsorbed dichlorophenanthroline gold complex was reduced in an aqueous solution containing sodium sulfite to form a gold electrode on the membrane polymer electrolyte. At this time, the temperature of the aqueous solution was set to 60 to 80 ° C., and the dichlorophenanthrine gold complex was reduced for 6 hours while gradually adding sodium sulfite. Next, (3) washing step: The membrane polymer electrolyte having a gold electrode formed on the surface was taken out and washed with water at 70 ° C. for 1 hour. The ion exchange resin film on which a pair of metal electrodes was formed by electroless plating was cut into a length of 22 mm and a width of 1.5 mm. Next, the ion exchange resin membrane was dipped in an aqueous solution of 0.5 mol / l tetraethylammonium chloride and dried, and then diluted with an aqueous solution of 0.2 mol / l ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonimide salt (EMITFSI). The polymer actuator element of Example 6 was obtained by immersing at room temperature overnight and air drying at room temperature for 2 hours or more to evaporate water.

(実施例7)
0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホンイミド塩の水溶液に替えて、0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩(EMIPF)の水溶液を用いたこと以外は、実施例6と同様にして、実施例7の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 7)
Implementation was performed except that an aqueous solution of 0.2 mol / l of ethylmethylimidazolium hexafluorophosphate (EMIPF 6 ) was used instead of the aqueous solution of 0.2 mol / l of ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonimide salt. In the same manner as in Example 6, the polymer actuator element of Example 7 was obtained.

(実施例8)
0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホンイミドイミド塩水溶液に替えて、0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩(EMIBF)の水溶液を用いたこと以外は、実施例6と同様にして実施例8の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 8)
Implementation was performed except that an aqueous solution of 0.2 mol / l of ethylmethylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ) was used instead of the aqueous solution of 0.2 mol / l of ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonimideimide salt. A polymer actuator element of Example 8 was obtained in the same manner as Example 6.

(実施例9)
0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホンイミド塩水溶液に替えて、0.2mol/lのトリメチルプロピルアンモニウムトリフルオロメタンスルホンイミド塩(TMPATFSI)の水溶液を用いたこと以外は、実施例6と同様にして実施例9の高分子アクチュエータ素子を得た。
Example 9
Example 6 was used except that instead of the 0.2 mol / l ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonimide salt aqueous solution, an aqueous solution of 0.2 mol / l trimethylpropylammonium trifluoromethanesulfonimide salt (TMPATFSI) was used. Similarly, a polymer actuator element of Example 9 was obtained.

(実施例10)
0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホンイミド塩水溶液に替えて、0.2mol/lの1−ブチル3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩(BMIBF)の水溶液を用いたこと以外は、実施例6と同様にして実施例10の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 10)
Other than using 0.2 mol / l of an aqueous solution of 1-butyl 3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIBF 4 ) instead of 0.2 mol / l of ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonimide salt aqueous solution Obtained a polymer actuator element of Example 10 in the same manner as in Example 6.

(実施例11)
0.2mol/lのエチルメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホンイミド塩水溶液に替えて、0.2mol/lの1−ヘキシル3−メチルイミダゾリウムヘキサオロリン酸塩(HMIPF)の水溶液を用いたこと以外は、実施例6と同様にして実施例11の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Example 11)
Other than using an aqueous solution of 0.2 mol / l 1-hexyl 3-methylimidazolium hexaolophosphate (HMIPF 6 ) instead of the 0.2 mol / l ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonimide salt aqueous solution Obtained a polymer actuator element of Example 11 in the same manner as in Example 6.

(比較例)
切断された前記イオン交換樹脂膜を浸漬する溶媒を、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムのジエチレングリコール溶液に替えて、0.5mol/lの塩化テトラエチレンアンモニウムの水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、比較例の高分子アクチュエータ素子を得た。
(Comparative example)
Except for using a 0.5 mol / l aqueous solution of tetraethyleneammonium chloride in place of the solvent for immersing the cut ion exchange resin membrane in place of a 0.5 mol / l tetraethyleneammonium chloride diethylene glycol solution, A polymer actuator element of a comparative example was obtained in the same manner as in Example 1.

〔評価〕
実施例1〜11及び比較例の高分子アクチュエータ素子について、空気中での変位角、及び3.0V電圧印加での素子性状を、下記の方法により評価した。結果を表1に示す。
[Evaluation]
About the polymer actuator element of Examples 1-11 and a comparative example, the displacement angle in the air and the element property in 3.0V voltage application were evaluated with the following method. The results are shown in Table 1.

(空気中での変位角)
実施例1〜11及び比較例の高分子アクチュエータ素子のそれぞれについて、一方の端部から2mm内側の位置において、一対の金属電極のそれぞれに通電できるように、白金端子にて高分子アクチュエータ素子の厚さ方向に挟んで、膜面が重力方向と平行になるように握持した。一対の金属電極の一方が正極となり、他方が負極となるようにポテンショスタッタト(DCモード、商品名「ポテンショ・ガルバノースタット HA−501」、北斗電工(株)社製)を用いて1.5Vの電圧を印加し、0.1Hz周期で各金属電極に反対電圧が印加されるように電圧を印加して、左右に往復する変位運動をさせた。この往復変位運動の3往復目で屈曲乃至変位した状態における、高分子アクチュエータ素子の先端における変位凸面の接線方向と重力方向とのなす角を、右側変位と左側変位とにおいて測定し、平均して変位角を求めた。この測定を各高分子アクチュエータ素子について、白金端子による握持したときから、1分後、1時間後、及び24時間後のそれぞれにおいて測定を実施した。
(Displacement angle in air)
For each of the polymer actuator elements of Examples 1 to 11 and the comparative example, the thickness of the polymer actuator element at the platinum terminal is such that each pair of metal electrodes can be energized at a position 2 mm inside from one end. The film surface was gripped so that the film surface was parallel to the gravity direction. 1. Using a potentiostat (DC mode, trade name “Potentio Galvanostat HA-501”, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) so that one of the pair of metal electrodes is a positive electrode and the other is a negative electrode. A voltage of 5 V was applied, and a voltage was applied so that an opposite voltage was applied to each metal electrode at a period of 0.1 Hz, and a displacement motion reciprocating left and right was performed. The angle formed by the tangential direction of the displacement convex surface at the tip of the polymer actuator element and the gravity direction in the bent or displaced state at the third reciprocation of this reciprocating displacement movement is measured in the right displacement and the left displacement, and averaged. The displacement angle was determined. This measurement was carried out for each polymer actuator element at 1 minute, 1 hour, and 24 hours after being held by the platinum terminal.

Figure 2006081374
Figure 2006081374


Figure 2006081374
Figure 2006081374

(結果)
実施例1の高分子アクチュエータ素子は、沸点245℃の極性溶媒であるジエチレングリコールが溶媒として素子に含まれるために、24時間後、つまり1日後であっても、印加電圧1.2Vにおいて100°以上の変位角を示した。これに対して、比較例の高分子アクチュエータ素子は、沸点が100℃である極性溶媒の水を溶媒として含むために、24時間後の変位を生じなかった。
(result)
In the polymer actuator element of Example 1, since diethylene glycol, which is a polar solvent having a boiling point of 245 ° C., is contained in the element as a solvent, even after 24 hours, that is, after one day, 100 ° or more at an applied voltage of 1.2 V The displacement angle is shown. On the other hand, since the polymer actuator element of the comparative example contained water as a polar solvent having a boiling point of 100 ° C. as a solvent, no displacement occurred after 24 hours.

実施例2〜5の高分子アクチュエータ素子は、沸点204〜290℃の極性溶媒をそれぞれ溶媒として素子に含まれるために、24時間後であっても、印加電圧1.2Vにおいて50°以上の変位角を示した。特に、実施例4においては、24時間後の変位角が1分後の変位角の80%であり、変位の減少が少なく、良好であった。   Since the polymer actuator elements of Examples 2 to 5 were included in the element with polar solvents having boiling points of 204 to 290 ° C., displacements of 50 ° or more at an applied voltage of 1.2 V even after 24 hours. The corner was shown. In particular, in Example 4, the displacement angle after 24 hours was 80% of the displacement angle after 1 minute, and the change in displacement was small and good.

実施例6〜11の高分子アクチュエータ素子は、膨潤度が14.0〜22.1%で、変位角が大きくないが、変位の減少がほとんど無かった。また、実施例6〜11の高分子アクチュエータ素子は、覆いをすること無しに、室温の開放系において1ヶ月間放置しても、変位の減少が少なく、良好であった。イオン性液体を用いた高分子アクチュエータ素子は、大きな変位量が要求される用途にはあまり適していないが、スイッチングデバイスなどの小さな変位量が要求される用途に好適に用いられる。   In the polymer actuator elements of Examples 6 to 11, the degree of swelling was 14.0 to 22.1% and the displacement angle was not large, but there was almost no decrease in displacement. In addition, the polymer actuator elements of Examples 6 to 11 were good with little decrease in displacement even when left for one month in an open system at room temperature without being covered. A polymer actuator element using an ionic liquid is not very suitable for an application that requires a large amount of displacement, but is suitably used for an application that requires a small amount of displacement, such as a switching device.

実施例1〜11の高分子アクチュエータ素子が示すように、室温解放系において1日の駆動が可能であって、1時間後の変位量の低下がほとんど無い経時的性能で十分であり、大きな変位量が要求される用途には、沸点が180℃以上である常圧室温で液状の有機化合物としては、極性有機溶媒を好適に用いることができる。一方、大きな変位量は必要ないが、室温解放系において1日放置しても変位量の変化がほとんどなく、1ヶ月後においても変位をすることができる用途には、沸点が180℃以上である常圧室温で液状の有機化合物としては、イオン性液体を好適に用いることができる。なお、変位量と経時的な変位量の変化を制御するために、任意の割合で前記極性有機溶媒とイオン性液体とを混合しても良い。   As shown by the polymer actuator elements of Examples 1 to 11, the performance over time is sufficient with the ability to drive for one day in the room temperature release system, and there is almost no decrease in the amount of displacement after one hour. For applications where the amount is required, a polar organic solvent can be suitably used as the organic compound which is liquid at normal pressure and room temperature with a boiling point of 180 ° C. or higher. On the other hand, although a large amount of displacement is not required, the boiling point is 180 ° C. or higher for applications in which the amount of displacement hardly changes even if left in a room temperature release system for one day and the displacement can be made even after one month. As the organic compound that is liquid at normal pressure and room temperature, an ionic liquid can be suitably used. The polar organic solvent and the ionic liquid may be mixed at an arbitrary ratio in order to control the displacement amount and the change of the displacement amount with time.

実施例1〜11の高分子アクチュエータ素子は、被覆されることにより、傷が付いた場合でも、比較例1のような水溶媒を用いた高分子アクチュエータ素子に比べて、傷により解放系となった状態であっても長時間駆動することができる。また、実施例1〜11の高分子アクチュエータ素子被覆しない場合には、被覆層が屈曲を阻害することがないので、素子本来が有する屈曲をすることもできる。   Even when the polymer actuator elements of Examples 1 to 11 are covered and scratched, they become a release system due to scratches compared to the polymer actuator element using an aqueous solvent as in Comparative Example 1. Even in such a state, it can be driven for a long time. Further, when the polymer actuator elements of Examples 1 to 11 are not covered, the covering layer does not hinder the bending, and thus the bending inherent in the element can be performed.

本発明の高分子アクチュエータ素子は、変位若しくは屈曲の変位を生じるアクチュエータ素子として用いることができる。また、前記積層体を、屈曲運動を直線的な運動に変換する装置と組合わせることにより、直線的が変位を生じるアクチュエータとすることもできる。直線的な変位若しくは屈曲の変位を生じるアクチュエータは、直線的な駆動力を発生する駆動部、または円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部として用いることができる。さらに、前記アクチュエータは、直線的な動作をする押圧部として用いることもできる。   The polymer actuator element of the present invention can be used as an actuator element that causes displacement or bending displacement. Further, by combining the laminate with a device that converts a bending motion into a linear motion, an actuator that generates a displacement linearly can also be used. An actuator that generates a linear displacement or a bending displacement can be used as a driving unit that generates a linear driving force or a driving unit that generates a driving force for moving a track-type orbit made of an arc portion. . Further, the actuator can be used as a pressing portion that performs a linear operation.

即ち、前記アクチュエータは、OA機器、アンテナ、ベッドや椅子等の人を乗せる装置、医療機器、エンジン、光学機器、固定具、サイドトリマ、車両、昇降器械、食品加工装置、清掃装置、測定機器、検査機器、制御機器、工作機械、加工機械、電子機器、電子顕微鏡、電気かみそり、電動歯ブラシ、マニピュレータ、マスト、遊戯装置、アミューズメント機器、乗車用シミュレーション装置、車両乗員の押さえ装置及び航空機用付属装備展張装置において、直線的な駆動力を発生する駆動部若しくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作若しくは曲線的な動作をする押圧部として好適に用いることができる。前記アクチュエータは、例えば、OA機器や測定機器等の上記機器等を含む機械全般に用いられる弁、ブレーキ及びロック装置において、直線的な駆動力を発生する駆動部もしくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作をする押圧部として用いることができる。また、前記の装置、機器、器械等以外においても、機械機器類全般において、位置決め装置の駆動部、姿勢制御装置の駆動部、昇降装置の駆動部、搬送装置の駆動部、移動装置の駆動部、量や方向等の調節装置の駆動部、軸等の調整装置の駆動部、誘導装置の駆動部、及び押圧装置の押圧部として好適に用いることができる。また、前記アクチュエータは、回転的な運動をすることができるので、切替え装置の駆動部、搬送物等の反転装置の駆動部、ワイヤ−等の巻取り装置の駆動部、牽引装置の駆動部、及び首振り等の左右方向への旋回装置の駆動部としても用いることができる。   That is, the actuator is an OA device, an antenna, a device for placing a person such as a bed or a chair, a medical device, an engine, an optical device, a fixture, a side trimmer, a vehicle, a lifting device, a food processing device, a cleaning device, a measuring device, Inspection equipment, control equipment, machine tools, processing machines, electronic equipment, electron microscopes, electric razors, electric toothbrushes, manipulators, masts, amusement equipment, amusement equipment, riding simulation equipment, vehicle occupant restraining devices, and aircraft accessories In the device, as a driving unit that generates a linear driving force, a driving unit that generates a driving force for moving a track-type track composed of an arc portion, or a pressing unit that performs a linear operation or a curved operation It can be used suitably. The actuator is, for example, a track-type track formed of a drive unit or a circular arc unit that generates a linear drive force in valves, brakes, and lock devices used in all machines including the above-described devices such as OA devices and measurement devices. It can be used as a driving unit that generates a driving force for moving the sway, or a pressing unit that performs a linear operation. In addition to the above-mentioned devices, devices, instruments, etc., in general mechanical devices, a positioning device drive unit, a posture control device drive unit, a lifting device drive unit, a transport device drive unit, and a movement device drive unit It can be suitably used as a drive unit for an adjustment device such as an amount and a direction, a drive unit for an adjustment device such as a shaft, a drive unit for a guidance device, and a pressing unit for a pressing device. In addition, since the actuator can perform a rotational motion, a drive unit of a switching device, a drive unit of a reversing device such as a conveyed product, a drive unit of a winding device such as a wire, a drive unit of a traction device, It can also be used as a drive unit for a swiveling device in the left-right direction such as swinging.

Claims (7)

金属電極と高分子電解質を含む電解質とを含む高分子アクチュエータ素子であって、
前記金属電極が対を形成することができるように形成され、
前記金属電極が前記電解質と接し、
前記電解質中に沸点または分解温度が180℃以上であり、常温常圧で液状の有機化合物を含み
前記電解質が前記有機化合物によりイオン交換樹脂が膨潤した状態である
高分子アクチュエータ素子。
A polymer actuator element comprising a metal electrode and an electrolyte comprising a polymer electrolyte,
The metal electrodes are formed to form a pair;
The metal electrode is in contact with the electrolyte;
A polymer actuator element, wherein the electrolyte has a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher, contains an organic compound that is liquid at normal temperature and pressure, and the electrolyte is in a state in which an ion exchange resin is swollen by the organic compound.
前記有機化合物が極性有機溶媒及び/またはイオン性液体である請求項1に記載の高分子アクチュエータ素子。 The polymer actuator element according to claim 1, wherein the organic compound is a polar organic solvent and / or an ionic liquid. 前記イオン性液体が、
テトラアルキルアンモニウムイオン、ジアルキルイミダゾリウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリニウムイオン、ピロリジニウムイオン、及びピペリジニウムイオンからなる群より少なくとも一種選ばれたカチオンと、
PF 、BF 、AlCl 、ClO 、及び下式(1)で表されるスルホニウムイミドアニオンからなる群より少なくとも一種選ばれたアニオン
との組み合わせからなる塩である請求項2に記載の高分子アクチュエータ素子。
(C(2n+1)SO)(C(2m+1)SO)N (1)
(ここで、n及びmは任意の整数。)
The ionic liquid is
A cation selected from at least one selected from the group consisting of tetraalkylammonium ions, dialkylimidazolium ions, trialkylimidazolium ions, pyrazolium ions, pyrrolium ions, pyrrolium ions, pyrrolidinium ions, and piperidinium ions;
3. A salt comprising a combination of PF 6 , BF 4 , AlCl 4 , ClO 4 and an anion selected from the group consisting of sulfonium imide anions represented by the following formula (1): The polymer actuator element described in 1.
(C n F (2n + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) N - (1)
(Here, n and m are arbitrary integers.)
前記電解質がイオン交換樹脂とイオン性液体とを含む高分子ゲル電解質である請求項2または3に記載の高分子アクチュエータ素子。 The polymer actuator element according to claim 2 or 3, wherein the electrolyte is a polymer gel electrolyte containing an ion exchange resin and an ionic liquid. 前記高分子アクチュエータ素子が前記有機化合物により膨潤した状態であり、膨潤度が3〜200%である請求項1〜4に記載の高分子アクチュエータ素子。 The polymer actuator element according to claim 1, wherein the polymer actuator element is in a state swollen by the organic compound and has a swelling degree of 3 to 200%. 前記高分子アクチュエータ素子を、可撓性を有する樹脂で被覆された請求項1〜5に記載の高分子アクチュエータ素子。 The polymer actuator element according to claim 1, wherein the polymer actuator element is coated with a flexible resin. イオン交換樹脂とイオン性液体とを含む高分子ゲル電解質。



A polymer gel electrolyte comprising an ion exchange resin and an ionic liquid.



JP2004265558A 2004-09-13 2004-09-13 Air-driven polymer actuator element Expired - Fee Related JP4717400B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004265558A JP4717400B2 (en) 2004-09-13 2004-09-13 Air-driven polymer actuator element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004265558A JP4717400B2 (en) 2004-09-13 2004-09-13 Air-driven polymer actuator element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006081374A true JP2006081374A (en) 2006-03-23
JP4717400B2 JP4717400B2 (en) 2011-07-06

Family

ID=36160359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004265558A Expired - Fee Related JP4717400B2 (en) 2004-09-13 2004-09-13 Air-driven polymer actuator element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4717400B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008054446A (en) * 2006-08-25 2008-03-06 Eamex Co Polymeric actuator element and its driving method
WO2008026534A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Eamex Corporation Polymer actuator element and method of producing the same
WO2008029839A1 (en) * 2006-09-05 2008-03-13 Eamex Corporation Method for filling polymer actuator with electrolytic solution, method for controlling the elastic modulus of polymer actuator, and process for production of polymer actuator
WO2008123064A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Kuraray Co., Ltd. Electrode and actuator using the electrode
JP2009033856A (en) * 2007-07-26 2009-02-12 Sony Corp Actuator system
WO2009060527A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Eamex Corporation Polymer actuator element and method for driving the polymer actuator element
EP2071584A1 (en) * 2006-10-06 2009-06-17 Kuraray Co., Ltd., Kurashiki Plant Polymer solid electrolyte, electrochemical device, and actuator element
JP2009278787A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Sony Corp Actuator element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11280639A (en) * 1998-03-30 1999-10-15 Agency Of Ind Science & Technol High polymer electrolyte ammonium derivative
JP2003170400A (en) * 2001-12-04 2003-06-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method of manufacturing actuator element
JP2004188523A (en) * 2002-12-10 2004-07-08 Sony Corp Polymer actuator
JP2004197069A (en) * 2002-08-09 2004-07-15 Eamex Co Method for producing conductive polymer, conductive polymer molded product, electrolytically stretching method, laminated product and use of the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11280639A (en) * 1998-03-30 1999-10-15 Agency Of Ind Science & Technol High polymer electrolyte ammonium derivative
JP2003170400A (en) * 2001-12-04 2003-06-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method of manufacturing actuator element
JP2004197069A (en) * 2002-08-09 2004-07-15 Eamex Co Method for producing conductive polymer, conductive polymer molded product, electrolytically stretching method, laminated product and use of the same
JP2004188523A (en) * 2002-12-10 2004-07-08 Sony Corp Polymer actuator

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008054446A (en) * 2006-08-25 2008-03-06 Eamex Co Polymeric actuator element and its driving method
WO2008026534A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Eamex Corporation Polymer actuator element and method of producing the same
WO2008029839A1 (en) * 2006-09-05 2008-03-13 Eamex Corporation Method for filling polymer actuator with electrolytic solution, method for controlling the elastic modulus of polymer actuator, and process for production of polymer actuator
JP2008067444A (en) * 2006-09-05 2008-03-21 Eamex Co Electrolytic solution filling method of polymer actuator element, elasticity modulus control method of polymer actuator element, and manufacturing method of polymer actuator element
EP2071584A1 (en) * 2006-10-06 2009-06-17 Kuraray Co., Ltd., Kurashiki Plant Polymer solid electrolyte, electrochemical device, and actuator element
EP2071584A4 (en) * 2006-10-06 2010-08-25 Kuraray Co Ltd Kurashiki Plant Polymer solid electrolyte, electrochemical device, and actuator element
US8138246B2 (en) 2006-10-06 2012-03-20 Kuraray Co., Ltd. Polymer electrolyte, electrochemical device, and actuator element
WO2008123064A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Kuraray Co., Ltd. Electrode and actuator using the electrode
JP2009033856A (en) * 2007-07-26 2009-02-12 Sony Corp Actuator system
WO2009060527A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Eamex Corporation Polymer actuator element and method for driving the polymer actuator element
JP2009278787A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Sony Corp Actuator element

Also Published As

Publication number Publication date
JP4717400B2 (en) 2011-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0943402B1 (en) Polymeric actuators and process for producing the same
US8172998B2 (en) Ionic solvents used in ionic polymer transducers, sensors and actuators
US7583009B2 (en) Actuator
JP6431094B2 (en) Gelled ionic liquid film coated surface and use thereof
JP4711765B2 (en) Linear motion type polymer actuator device
JP4717400B2 (en) Air-driven polymer actuator element
US20110133607A1 (en) Polymer actuator containing graphene and method of preparing the same
US20040025639A1 (en) Novel electrically active ionic polymer metal composites and novel methods of manufacturing them
HUT75023A (en) A modified cation exchange membrane for electrochemical cells and method for the preparation of such membrane
JP5310972B2 (en) Polymer actuator element and driving method thereof
JP4931521B2 (en) Method for filling polymer actuator element with electrolyte, method for controlling elastic modulus of polymer actuator element, and method for manufacturing polymer actuator element
JP3646166B2 (en) Method for manufacturing actuator element
JP2008259381A (en) Actuator body and aperture mechanism
Mondal et al. IPMC based flexible platform: a boon to the alternative energy solution
JP5584896B2 (en) Polymer actuator element and polymer sensor using the same
Khmelnitskiy et al. Performance improvement of an ionic polymer-metal composite actuator by using DMSO as solvent
WO2007069310A1 (en) Polymer actuator element drivable in air
JP5604737B2 (en) Polymer actuator element and driving method thereof
JP5463482B2 (en) Polymer actuator element and driving method thereof
JP2005033991A (en) Polymer actuator element
JPH0979129A (en) Actuator element
JP5250761B2 (en) Voltage application method for ion-conducting composite
WO2005050721A1 (en) Method for preparing ruthenium oxide-thin film using electrodeposition
DE102017211592A1 (en) Process for producing omniphobic surfaces
JPH0757917B2 (en) Method of treating cathode used in electrolytic cell

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20060227

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060228

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100914

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101111

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20101111

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110301

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110330

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140408

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees