JP2006246659A - High polymer actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、優れたエネルギー効率を有する高分子アクチュエータ及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a polymer actuator having excellent energy efficiency and a driving method thereof.
導電性高分子ゲルを用いたゲルアクチュエータ、導電性高分子膜を用いた高分子膜アクチュエータ等の高分子アクチュエータは、小型軽量化が可能であるため、近年、注目を集めている。導電性高分子膜アクチュエータの例として、導電性高分子膜とその表面に接合した金属電極とからなるものが挙げられる。金属電極は化学めっき、電気めっき、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着等の方法によって導電性高分子膜の表面に形成される。導電性高分子膜と金属電極の接合体を含水状態にして電位差をかけると、導電性高分子膜に湾曲及び変形が生じるので、これを駆動力として利用することができる。 Polymer actuators such as a gel actuator using a conductive polymer gel and a polymer film actuator using a conductive polymer film have attracted attention in recent years because they can be reduced in size and weight. As an example of the conductive polymer film actuator, there may be mentioned one composed of a conductive polymer film and a metal electrode bonded to the surface thereof. The metal electrode is formed on the surface of the conductive polymer film by a method such as chemical plating, electroplating, vacuum deposition, sputtering, coating, pressure bonding, or welding. When a potential difference is applied while the joined body of the conductive polymer film and the metal electrode is in a water-containing state, the conductive polymer film is bent and deformed, and this can be used as a driving force.
特開2004-197069号（特許文献１）には、作動部、対極及び電解質を含むアクチュエータであって、作動部が所定の電解重合法により製造された導電性高分子からなるものが記載されている。このアクチュエータに通電すると、作動部が電気化学的酸化還元によって伸縮する。しかし、実施例に記載のような白金プレートを対極としたアクチュエータは、通電時に水素を発生してしまうため、危険を伴う上、密封容器内に収容することはできないという問題がある。 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-197069 (Patent Document 1) describes an actuator including an operating part, a counter electrode and an electrolyte, wherein the operating part is made of a conductive polymer manufactured by a predetermined electrolytic polymerization method. Yes. When this actuator is energized, the operating portion expands and contracts by electrochemical oxidation and reduction. However, an actuator using a platinum plate as a counter electrode as described in the embodiment generates hydrogen when energized, and thus involves a risk and cannot be accommodated in a sealed container.
特開2004-350495号（特許文献２）には、対向する一対の導電性高分子層を具備するアクチュエータが記載されている。両導電性高分子層間に電圧を印加すると一方は伸長し、他方は収縮するので、このアクチュエータは屈曲運動を生じる。このアクチュエータは白金電極を対極としたものではないので、通電時に水素を発生するおそれがない。しかしながら、このアクチュエータを駆動させるには大きな印加電圧を要する。つまり、このアクチュエータは良好なエネルギー効率を示すものではないという問題がある。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-350495 (Patent Document 2) describes an actuator having a pair of conductive polymer layers facing each other. When a voltage is applied between the two conductive polymer layers, one of the actuators expands and the other contracts, causing the actuator to bend. Since this actuator does not have a platinum electrode as a counter electrode, there is no possibility of generating hydrogen when energized. However, a large applied voltage is required to drive this actuator. That is, there is a problem that this actuator does not exhibit good energy efficiency.
従って、本発明の目的は、優れたエネルギー効率を示す高分子アクチュエータ及びその駆動方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a polymer actuator exhibiting excellent energy efficiency and a driving method thereof.
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、高分子アクチュエータを一方向に駆動させた後、逆向きに通電して逆向きの駆動をさせる前に、電極間で電流を短絡させることにより、高分子アクチュエータのエネルギー効率を向上させることができることを発見し、本発明に想到した。 As a result of diligent research in view of the above object, the present inventors have short-circuited the current between the electrodes after driving the polymer actuator in one direction and then energizing it in the reverse direction to drive it in the reverse direction. Thus, it was discovered that the energy efficiency of the polymer actuator can be improved, and the present invention has been conceived.
すなわち本発明の高分子アクチュエータは、導電性高分子及びドーパントを含有する第一の導電体と、第二の導電体と、前記第一及び第二の導電体に接触したイオン供給体と、前記第一及び第二の導電体に電圧を印加する回路と、前記第一及び第二の導電体間で電流を短絡させる回路とを具備することを特徴とする。 That is, the polymer actuator of the present invention includes a first conductor containing a conductive polymer and a dopant, a second conductor, an ion supplier in contact with the first and second conductors, A circuit for applying a voltage to the first and second conductors and a circuit for short-circuiting the current between the first and second conductors are provided.
前記第二の導電体は、酸化還元能を有する化合物からなるのが好ましく、導電性高分子及びドーパントからなるのがより好ましい。 The second conductor is preferably made of a compound having oxidation-reduction ability, and more preferably made of a conductive polymer and a dopant.
第一の導電体、又は第一及び第二の導電体に含まれる導電性高分子は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。イオン供給体は溶液、ゾル、ゲル又はこれらの組合せであるのが好ましい。 The conductive polymer contained in the first conductor or the first and second conductors is preferably at least one selected from the group consisting of polypyrrole, polythiophene, polyaniline, polyacetylene, and derivatives thereof. The ion donor is preferably a solution, sol, gel or a combination thereof.
導電体は膜状であっても良いし、導電性高分子及びドーパントを含有する導電性粉末からなる圧粉体であっても良い。また(a) 第一の導電体と第二の導電体との間に固体又はゲル状のイオン供給体が挟まれていても良いし、(b) 溶液、ゾル等の流動性のイオン供給体に、両導電体が浸漬されていても良い。 The conductor may be in the form of a film, or may be a green compact made of conductive powder containing a conductive polymer and a dopant. Further, (a) a solid or gel ion supplier may be sandwiched between the first conductor and the second conductor, and (b) a fluid ion supplier such as a solution or a sol. In addition, both conductors may be immersed.
第一の導電体と第二の導電体とは一つのセル内に収容されていても良いし、別々のセルに収容されていても良い。別々のセルに収容されている場合、各セルにイオン供給体が入れられ、両イオン供給体が電気的に接続されている必要がある。 The first conductor and the second conductor may be accommodated in one cell, or may be accommodated in separate cells. In the case of being accommodated in separate cells, it is necessary that an ion supply body is put in each cell and both ion supply bodies are electrically connected.
本発明の高分子アクチュエータの駆動方法は、前記電圧を印加する回路によって、前記第一及び第二の導電体の一方が正極で他方が負極となるように電圧を印加し、前記短絡させる回路によって両導電体間に電流を短絡させた後、前記第一及び第二の導電体に逆向きに電圧を印加することを特徴とする。 The driving method of the polymer actuator according to the present invention is such that the voltage is applied so that one of the first and second conductors is a positive electrode and the other is a negative electrode. After a current is short-circuited between the two conductors, a voltage is applied to the first and second conductors in opposite directions.
本発明の高分子アクチュエータは、駆動によって蓄電した導電体を放電させるための短絡回路を有する。したがって、逆方向の駆動をする際に、蓄電状態の導電体に逆向きの電圧を印加する必要が無いので、良好なエネルギー効率を示す。また好ましい高分子アクチュエータは、対極に導電性高分子及びドーパントからなる導電体又は酸化還元能を有する化合物からなる電極を有する。したがって、金属電極を有する高分子アクチュエータのように、駆動時に対極上で水素や酸素が発生して、電気エネルギーの一部が化学エネルギーとして消費されてエネルギー効率の低下を招くことがない。また気体を発生しないため、危険性がない上、密封容器に収容することもできる。 The polymer actuator of the present invention has a short circuit for discharging a conductor stored by driving. Therefore, when driving in the reverse direction, it is not necessary to apply a reverse voltage to the conductor in the charged state, so that good energy efficiency is exhibited. Moreover, a preferable polymer actuator has an electrode made of a conductive polymer or a compound having a redox ability at the counter electrode. Therefore, unlike a polymer actuator having a metal electrode, hydrogen and oxygen are generated on the counter electrode during driving, and a part of electric energy is not consumed as chemical energy, resulting in a decrease in energy efficiency. Further, since no gas is generated, there is no danger and it can be housed in a sealed container.
図１は本発明の高分子アクチュエータの一例を示す。図１に示す高分子アクチュエータは、セル３内に長手方向に並設された第一及び第二の導電性膜1a，1bと、導電性膜1a，1bの間に挟まれたイオン供給体２と、導電性膜1a，1bに接続された回路４と、回路４の途中に設けられた短絡回路５とを有する。 FIG. 1 shows an example of the polymer actuator of the present invention. The polymer actuator shown in FIG. 1 includes first and second conductive films 1a and 1b arranged in a longitudinal direction in a cell 3, and an ion supplier 2 sandwiched between the conductive films 1a and 1b. And a circuit 4 connected to the conductive films 1a and 1b, and a short circuit 5 provided in the middle of the circuit 4.
第一及び第二の導電性膜1a，1bの固定端部には、回路４の両端がそれぞれ接続されている。可動端側には、それぞれ駆動部材6a，6bが取り付けられている。駆動部材6a，6bは、セル３の開口部31，31を貫通しており、開口部31，31に設けられたベアリングにより移動自在に支持されている。通電により導電性膜1a，1bが伸縮されると、駆動部材6a，6bも同様に駆動される。従って、駆動部材6a，6bの一端を駆動部とすることができる。 Both ends of the circuit 4 are connected to fixed ends of the first and second conductive films 1a and 1b, respectively. Drive members 6a and 6b are attached to the movable end sides, respectively. The drive members 6a and 6b pass through the openings 31 and 31 of the cell 3, and are supported by a bearing provided in the openings 31 and 31 so as to be movable. When the conductive films 1a and 1b are expanded and contracted by energization, the drive members 6a and 6b are similarly driven. Therefore, one end of the drive members 6a and 6b can be used as a drive unit.
第一及び第二の導電性膜1a，1bは酸化されると伸長し、還元されると収縮する。なお導電性膜1a，1bの収縮の仕方は、導電性高分子やイオン供給体２の種類、及びこれらの組合わせによって変わることがある。つまり導電性膜1a，1bに含まれる導電性高分子の種類やイオン供給体２中の電解質の種類によっては、導電性膜1a，1bが還元されると伸長し、酸化されると収縮する場合もある。 The first and second conductive films 1a and 1b expand when oxidized and contract when reduced. The manner of contraction of the conductive films 1a and 1b may vary depending on the type of the conductive polymer and the ion supplier 2 and the combination thereof. In other words, depending on the type of conductive polymer contained in the conductive films 1a and 1b and the type of electrolyte in the ion supplier 2, the conductive films 1a and 1b expand when reduced, and contract when oxidized. There is also.
導電性膜1a，1bの厚さは、0.1μm〜１mm程度であるのが好ましい。0.1μm未満であると、高分子アクチュエータの駆動力が小さすぎる。１mm超の膜は作製に非常に時間がかかる上、均一に成膜し難過ぎる。導電性膜1a，1bは導電性高分子及びドーパントを含有する。導電性高分子は共役構造を有するのが好ましい。具体的にはポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種であるのが好ましく、ポリピロールであるのがより好ましい。 The thickness of the conductive films 1a and 1b is preferably about 0.1 μm to 1 mm. If it is less than 0.1 μm, the driving force of the polymer actuator is too small. A film exceeding 1 mm takes a very long time to produce, and is difficult to form uniformly. The conductive films 1a and 1b contain a conductive polymer and a dopant. The conductive polymer preferably has a conjugated structure. Specifically, it is preferably at least one selected from the group consisting of polypyrrole, polythiophene, polyaniline, polyacetylene, and derivatives thereof, and more preferably polypyrrole.
ドーパントはp型でもn型でも良く、一般的なものを使用することができる。p型ドーパントとしてはCl2、Br2、I2、ICl、ICl3、IBr、IF3等のハロゲンや、PF5、PF6、BF4、
AsF5、SbF5等のルイス酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、有機酸（p-トルエンスルホン酸等）、及び三塩化鉄、四塩化チタン、硫酸鉄、硝酸鉄、過塩素酸鉄、リン酸鉄、スルホン酸鉄、臭化鉄、水酸化鉄、硝酸銅、硫酸銅、塩化銅等の遷移金属塩が挙げられる。n型ドーパントとしてはLi、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属や、Be、Mg、Ca、Sc、Ba、Ag、Eu、Yb等のアルカリ土類金属が挙げられる。
The dopant may be p-type or n-type, and a general dopant can be used. As p-type dopants, halogens such as Cl 2 , Br 2 , I 2 , ICl, ICl 3 , IBr, IF 3 , PF 5 , PF 6 , BF 4 ,
Lewis acids such as AsF 5 and SbF 5 , sulfuric acid, nitric acid, perchloric acid, organic acids (p-toluenesulfonic acid, etc.), iron trichloride, titanium tetrachloride, iron sulfate, iron nitrate, iron perchlorate, phosphorus Examples thereof include transition metal salts such as iron oxide, iron sulfonate, iron bromide, iron hydroxide, copper nitrate, copper sulfate, and copper chloride. Examples of the n-type dopant include alkali metals such as Li, Na, K, Rb, and Cs, and alkaline earth metals such as Be, Mg, Ca, Sc, Ba, Ag, Eu, and Yb.
膜状の導電性高分子は電解重合によって作製することができる。導電性高分子のモノマーとドーパントとを含む電解液に板状の電極を浸漬し、電圧を印加することによって、電極上にドーパントを含有する導電性高分子膜を形成させることができる。電解重合法は特に限定されず、定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれに依ってもよい。使用する電極も特に限定されず、Pt電極、Ti電極、Ni電極等、一般的なものでよい。 The film-like conductive polymer can be produced by electrolytic polymerization. A conductive polymer film containing a dopant can be formed on the electrode by immersing the plate-like electrode in an electrolytic solution containing a conductive polymer monomer and a dopant and applying a voltage. The electrolytic polymerization method is not particularly limited, and may be any of a constant potential method, a constant current method, and an electric sweep method. The electrode to be used is not particularly limited, and may be a general one such as a Pt electrode, a Ti electrode, or a Ni electrode.
イオン供給体２は電解質板21と、潤滑性電解質層22とからなる。電解質板21の両面に潤滑性電解質層22が設けられており、潤滑性電解質層22に導電性膜1a，1bが接触している。電解質板21上に潤滑性電解質層22を介して導電性膜1a，1bが設けられているために、導電性膜1a，1bは、大きな摩擦を生じることなく電解質板21に沿って伸縮することができる。 The ion supplier 2 includes an electrolyte plate 21 and a lubricating electrolyte layer 22. Lubricating electrolyte layers 22 are provided on both surfaces of the electrolyte plate 21, and the conductive films 1 a and 1 b are in contact with the lubricating electrolyte layer 22. Since the conductive films 1a and 1b are provided on the electrolyte plate 21 via the lubricating electrolyte layer 22, the conductive films 1a and 1b can expand and contract along the electrolyte plate 21 without causing large friction. Can do.
電解質板21の厚さは0.1μm〜100 mmであるのが好ましい。100 mm超であると、抵抗が大き過ぎて、印加すべき電圧が大き過ぎる。0.1μm未満であると、電流が短絡し易すぎる。潤滑性電解質層22は、駆動時に生じる摩擦が大き過ぎない程度に設けられていればよい。具体的には、厚さ10 nm〜１μmであるのが好ましい。 The thickness of the electrolyte plate 21 is preferably 0.1 μm to 100 mm. If it exceeds 100 mm, the resistance is too large and the voltage to be applied is too large. If it is less than 0.1 μm, the current is easily short-circuited. The lubricating electrolyte layer 22 only needs to be provided to such an extent that friction generated during driving is not too large. Specifically, the thickness is preferably 10 nm to 1 μm.
電解質板21及び潤滑性電解質層22は、電解質及び／又は高分子を含有する。電解質としては塩化ナトリウム、NaPF6、p-トルエンスルホン酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム等が挙げられる。好ましい高分子の例として、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸等が挙げられる。電解質板21は固体又はゲル状であり、潤滑性電解質層22はゲル状、ゾル状又はこれらの組合せである。好ましいゲル電解質の例として、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、寒天にスルホン酸塩等の塩を分散させたものが挙げられる。 The electrolyte plate 21 and the lubricating electrolyte layer 22 contain an electrolyte and / or a polymer. Examples of the electrolyte include sodium chloride, NaPF 6 , sodium p-toluenesulfonate, sodium perchlorate and the like. Examples of preferred polymers include polyethylene glycol and polyacrylic acid. The electrolyte plate 21 is solid or gel, and the lubricating electrolyte layer 22 is gel, sol, or a combination thereof. Examples of preferred gel electrolytes include polyacrylamide, polyethylene glycol, and agar in which a salt such as sulfonate is dispersed.
回路４は、並列に設けられた第一及び第二のスイッチ4a，4bを有する。第一のスイッチ4aは外部電極７の正極と回路４とを接続するものであり、第二のスイッチ4bは負極と回路４とを接続するものである。第一及び第二の導電性膜1a，1bのいずれを正極にするかは、スイッチ4a，4bによって適宜設定できる。 The circuit 4 includes first and second switches 4a and 4b provided in parallel. The first switch 4 a connects the positive electrode of the external electrode 7 and the circuit 4, and the second switch 4 b connects the negative electrode and the circuit 4. Which of the first and second conductive films 1a and 1b is to be positive can be appropriately set by the switches 4a and 4b.
短絡回路５は、第一及び第二のスイッチ4a，4bに並列に設けられている。スイッチ4a，4bを開いた状態で短絡回路５のスイッチ50を閉じると、第一の導電性膜1aと第二の導電性膜1bとは電気的に直接繋がる。 The short circuit 5 is provided in parallel with the first and second switches 4a and 4b. When the switch 50 of the short circuit 5 is closed with the switches 4a and 4b opened, the first conductive film 1a and the second conductive film 1b are electrically connected directly.
図２(a)は、回路４を閉じた高分子アクチュエータを示す。図中の細い矢印は、電流の流れを表す。図２(a) に示すように、第一のスイッチ4aを第一の導電性膜1a側に接続し、第二のスイッチ4bを第二の導電性膜1b側に接続すると、第一の導電性膜1aは酸化され、イオン供給体２を取り込んで伸長する。一方、第二の導電性膜1bは還元され、イオン供給体２を放出して収縮する。第一の導電性膜1aの伸長によって駆動部材6aは図中右側に移動し、第二の導電性膜1bの収縮によって駆動部材6bは図中左側に移動する。この間に、導電性膜1a，1bには電荷が蓄えられ、コンデンサー（二次電池）の状態になる。 FIG. 2 (a) shows a polymer actuator with the circuit 4 closed. The thin arrows in the figure represent the current flow. When the first switch 4a is connected to the first conductive film 1a side and the second switch 4b is connected to the second conductive film 1b side as shown in FIG. The conductive membrane 1a is oxidized and takes in the ion supplier 2 and expands. On the other hand, the second conductive film 1b is reduced and releases the ion supplier 2 and contracts. The driving member 6a moves to the right side in the figure by the extension of the first conductive film 1a, and the driving member 6b moves to the left side in the figure by the contraction of the second conductive film 1b. During this time, electric charges are stored in the conductive films 1a and 1b, and a state of a capacitor (secondary battery) is obtained.
図２(b) に示すように、スイッチ4a，4bを開いて短絡回路５のスイッチ50を閉じると、第二の導電性膜1bに溜まった電荷が短絡回路５を通って第一の導電性膜1aに流れる。このように電流が短絡することによって、両導電性膜1a，1bが電気的に中和される。中和によって、第一の導電性膜1aが収縮するとともに、第二の導電性膜1bは伸長し、導電性膜1a，1bはほぼ元の長さに戻る。 As shown in FIG. 2 (b), when the switches 4a and 4b are opened and the switch 50 of the short circuit 5 is closed, the charge accumulated in the second conductive film 1b passes through the short circuit 5 and the first conductivity. It flows into the membrane 1a. Thus, when the current is short-circuited, both the conductive films 1a and 1b are electrically neutralized. The neutralization causes the first conductive film 1a to contract, the second conductive film 1b to expand, and the conductive films 1a and 1b return to their original lengths.
電流の短絡によって両導電性膜1a，1bを中和した後で、外部電極７によって逆向きに通電する。図２(c) に示すように、第二のスイッチ4bを第一の導電性膜1a側に接続し、第一のスイッチ4aを第二の導電性膜1b側に接続すると、第一の導電性膜1aは収縮し、第二の導電性膜1bは伸長する。図１及び２に示す高分子アクチュエータのように、両極が導電性膜からなる場合、通電時に両極で起こる反応は導電性高分子の酸化還元反応である。したがって、水素や酸素等を発生しないので、与えた電気エネルギーが化学エネルギーとして消費されず、良好なエネルギー効率を示す。 After the conductive films 1a and 1b are neutralized by a short circuit of current, the external electrode 7 is energized in the opposite direction. When the second switch 4b is connected to the first conductive film 1a side and the first switch 4a is connected to the second conductive film 1b side, as shown in FIG. The conductive film 1a contracts and the second conductive film 1b expands. When both electrodes are made of a conductive film as in the polymer actuator shown in FIGS. 1 and 2, the reaction that occurs in both electrodes when energized is a redox reaction of the conductive polymer. Therefore, since no hydrogen, oxygen, or the like is generated, the applied electric energy is not consumed as chemical energy, and good energy efficiency is exhibited.
図３は、本発明の高分子アクチュエータの別の例を示す。図３に示す高分子アクチュエータは、第一及び第二の導電性膜1a，1bが流動性イオン供給体20に浸漬されている以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。 FIG. 3 shows another example of the polymer actuator of the present invention. The polymer actuator shown in FIG. 3 is almost the same as the example shown in FIG. 1 except that the first and second conductive films 1a and 1b are immersed in the fluid ion supplier 20, so only the differences are shown. This will be described below.
第一及び第二の導電性膜1a，1bはセル３の長手方向に、平行に支持されている。導電性膜1a，1bは導電性高分子、ドーパント及び弾性体からなる複合体であるのが好ましい。高分子と弾性体からなる複合体は大きな機械的強度を示すので、導電性膜1a，1bの伸長時に、駆動部材6a，6bに駆動力を伝え易い。弾性体の例としては、膜状又は網状のゴム、形状記憶合金等からなるバネが挙げられる。例えばゴムに導電性膜を巻きつけたり、金属製のバネを電極としてモノマーを電解重合させたりすることによって、弾性体と導電性高分子との複合体を作製可能である。 The first and second conductive films 1 a and 1 b are supported in parallel with the longitudinal direction of the cell 3. The conductive films 1a and 1b are preferably a composite made of a conductive polymer, a dopant and an elastic body. Since the composite made of the polymer and the elastic body shows a large mechanical strength, it is easy to transmit the driving force to the driving members 6a and 6b when the conductive films 1a and 1b are extended. Examples of the elastic body include a spring made of a film-like or net-like rubber, a shape memory alloy, or the like. For example, a composite of an elastic body and a conductive polymer can be produced by winding a conductive film around rubber or electrolytically polymerizing a monomer using a metal spring as an electrode.
イオン供給体20は、導電性膜1a，1bの伸張及び収縮を妨げない程度の流動性を有する必要がある。流動性イオン供給体20は溶液、ゾル、ゲル、溶液とゾルの混合物、ゾルとゲルの混合物、又は溶液とゾルの混合物であるのが好ましい。イオン供給体20がゾル又はゲル若しくはこれらの混合物であると、液漏れのおそれが無いので好ましい。イオン供給体20が含有する溶媒及び／又は分散媒は、水、極性有機溶剤又はイオン性液体であるのが好ましい。溶媒及び／又は分散媒が水、極性有機溶剤又はイオン性液体であると、イオン供給体20は大きな導電性を示す。溶媒が水の場合、電解質水溶液の濃度は0.01〜５mol/L程度であるのが好ましい。 The ion supplier 20 needs to have fluidity that does not hinder the expansion and contraction of the conductive films 1a and 1b. The flowable ion supplier 20 is preferably a solution, a sol, a gel, a solution and sol mixture, a sol and gel mixture, or a solution and sol mixture. It is preferable that the ion supplier 20 is a sol, a gel, or a mixture thereof because there is no risk of liquid leakage. The solvent and / or dispersion medium contained in the ion supplier 20 is preferably water, a polar organic solvent, or an ionic liquid. When the solvent and / or the dispersion medium is water, a polar organic solvent, or an ionic liquid, the ion supplier 20 exhibits high conductivity. When the solvent is water, the concentration of the aqueous electrolyte solution is preferably about 0.01 to 5 mol / L.
図４は、図３に示す高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流と、導電性膜1a，1bの伸縮を概略的に示す。イオン供給体20には参照電極Rが浸漬されている。参照電極Rは銀／塩化銀電極等、一般的なものを使用することができる。電圧計A及び電流計Vは、外部電極７によって印加された電圧及び電流を測定するように接続されている。導電性膜1a，1bに通電していない状態（区間I）では、電圧値は自然電位を示す。導電性膜1a，1bの長さは、自然長である。 FIG. 4 schematically shows the current with respect to the applied voltage and the expansion and contraction of the conductive films 1a and 1b in the polymer actuator shown in FIG. A reference electrode R is immersed in the ion supplier 20. As the reference electrode R, a common electrode such as a silver / silver chloride electrode can be used. The voltmeter A and the ammeter V are connected to measure the voltage and current applied by the external electrode 7. In a state where the conductive films 1a and 1b are not energized (section I), the voltage value indicates a natural potential. The lengths of the conductive films 1a and 1b are natural lengths.
第一の導電性膜1aが正極になって第二の導電性膜1bが負極とようにスイッチ4a，4bを入れると、回路４及び導電性膜1a，1bを通ってイオン供給体20に電流が流れる（区間II）。通電した直後に、電流値は大きな値を示すものの、すぐに減少する。これは第一の導電性膜1aに電荷が蓄積し、充電量が飽和に達したためであると考えられる。 When the switches 4a and 4b are turned on so that the first conductive film 1a is a positive electrode and the second conductive film 1b is a negative electrode, an electric current is supplied to the ion supplier 20 through the circuit 4 and the conductive films 1a and 1b. Flows (section II). Immediately after energization, the current value shows a large value but decreases immediately. This is presumably because charge has accumulated in the first conductive film 1a and the amount of charge has reached saturation.
導電性膜1a，1bが蓄電した状態で、スイッチ4a，4bを開くとともに短絡回路５を閉じると、導電性膜1a，1bに溜められた電荷が短絡回路５を流れる（区間III）。電流の短絡によって導電性膜1a，1bは電気的に中性になり、イオン供給体20を吸収又は放出して元の長さに戻る。 When the switches 4a and 4b are opened and the short circuit 5 is closed while the conductive films 1a and 1b are charged, the charge accumulated in the conductive films 1a and 1b flows through the short circuit 5 (section III). Due to the short circuit of the current, the conductive films 1a and 1b become electrically neutral, and the ion supply body 20 is absorbed or released and returns to its original length.
第一の導電性膜1aが負極になって、第二の導電性膜1bが正極とようにスイッチ4a，4bを入れると、区間IIとは逆向きの電流が回路４を通ってイオン供給体２に流れる（区間IV）。この間に第一の導電性膜1aは還元されて収縮し、第二の導電性膜1bは酸化されて伸長する。スイッチ4a，4bを切って短絡回路５のスイッチ50を入れると、導電性膜1a，1bに溜まった電荷が短絡し、導電性膜1a，1bは再び元の長さに戻る（区間V）。このように、逆向きの電圧を印加する前に、短絡回路５によって蓄電した導電性膜1a，1bを予め放電させておくことによって、無駄な電力消費を避け、高分子アクチュエータを効率的に駆動させることができる。 When the switches 4a and 4b are turned on so that the first conductive film 1a is the negative electrode and the second conductive film 1b is the positive electrode, a current in the direction opposite to that in the section II passes through the circuit 4 and the ion supplier. 2 (Section IV). During this time, the first conductive film 1a is reduced and contracts, and the second conductive film 1b is oxidized and stretched. When the switches 4a and 4b are turned off and the switch 50 of the short circuit 5 is turned on, the charges accumulated in the conductive films 1a and 1b are short-circuited, and the conductive films 1a and 1b return to their original lengths again (section V). In this way, before applying a reverse voltage, the conductive films 1a and 1b stored by the short circuit 5 are discharged in advance, thereby avoiding unnecessary power consumption and efficiently driving the polymer actuator. Can be made.
図５は、本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す。図５に示す高分子アクチュエータは、第二の導電性膜1bの代わりに金属電極71を有している以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。金属電極71は電解質板21に接触している。外部電極７を回路４に繋ぐと、第一の導電性膜1aと金属電極71との間に電流が流れる。金属電極71はとしては特に限定されず、白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス、カーボン等、一般的な電極材料からなるものを使用することができる。 FIG. 5 shows still another example of the polymer actuator of the present invention. The polymer actuator shown in FIG. 5 is substantially the same as the example shown in FIG. 1 except that it has a metal electrode 71 instead of the second conductive film 1b, and only the differences will be described below. The metal electrode 71 is in contact with the electrolyte plate 21. When the external electrode 7 is connected to the circuit 4, a current flows between the first conductive film 1 a and the metal electrode 71. The metal electrode 71 is not particularly limited, and an electrode made of a general electrode material such as platinum, gold, silver, copper, nickel, stainless steel, or carbon can be used.
図６は、図５に示す高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流と、導電性膜1aの伸縮との関係を概略的に示す。導電性膜1aと金属電極71との間に通電していない状態（区間I）では、導電性膜1aは自然長である。第一の導電性膜1aを正極とし、金属電極71を負極とするようにスイッチ4a，4bを入れると、回路４に電流が流れ（区間II）、第一の導電性膜1aが酸化されて伸長する。この間に導電性膜1aには、電荷が溜まる。金属電極71側では、還元反応が起こる。 FIG. 6 schematically shows the relationship between the current with respect to the applied voltage and the expansion and contraction of the conductive film 1a in the polymer actuator shown in FIG. In a state where no current is supplied between the conductive film 1a and the metal electrode 71 (section I), the conductive film 1a has a natural length. When the switches 4a and 4b are turned on so that the first conductive film 1a is a positive electrode and the metal electrode 71 is a negative electrode, a current flows through the circuit 4 (section II), and the first conductive film 1a is oxidized. Elongate. During this time, charges accumulate in the conductive film 1a. On the metal electrode 71 side, a reduction reaction occurs.
導電性膜1a及び金属電極71に蓄電した状態で回路４を開くとともに短絡回路５を閉じると、電荷が短絡回路５を流れる（区間III）。電流の短絡によって導電性膜1a及び金属電極71には電気的に中性になり、導電性膜1aはほぼ元の長さに戻る。放電後に、第一の導電性膜1aを負極とし、金属電極71を正極とするようにスイッチ4a，4bを入れると、区間IIとは逆向きの電流が回路４に流れる（区間IV）。この間に第一の導電性膜1aは還元されて収縮する。 When the circuit 4 is opened while the conductive film 1a and the metal electrode 71 are charged and the short circuit 5 is closed, the electric charge flows through the short circuit 5 (section III). Due to the short circuit of the current, the conductive film 1a and the metal electrode 71 become electrically neutral, and the conductive film 1a returns almost to its original length. After the discharge, when the switches 4a and 4b are turned on so that the first conductive film 1a is a negative electrode and the metal electrode 71 is a positive electrode, a current opposite to that in the section II flows in the circuit 4 (section IV). During this time, the first conductive film 1a is reduced and contracts.
図７は、本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す。図７に示す高分子アクチュエータは、導電性粉末からなる圧粉体11を含む導電性積層体10a，10bを有し、セル内に流動性イオン供給体20が充填されている以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。 FIG. 7 shows still another example of the polymer actuator of the present invention. The polymer actuator shown in FIG. 7 includes conductive laminates 10a and 10b including a green compact 11 made of conductive powder, and the flowable ion supplier 20 is filled in the cell. Since it is almost the same as the example shown, only the differences will be described below.
積層電極12、圧粉体11及び多孔質スペーサ13がこの順に３組み積層され、固定端側にさらに多孔質スペーサ13が重ねられて導電性積層体10a，10bを形成している。図７に示す例では、積層電極12及び圧粉体11が３組み重ねられているが、本発明はこれに限定されるものではない。積層電極12及び圧粉体11が２組積層されていても良いし、４組以上積層されていても良い。積層電極12と圧粉体11の固定端部、圧粉体11の駆動端と多孔質スペーサ13、及び多孔質スペーサ13と積層電極12は接着されている。 Three layers of the laminated electrode 12, the green compact 11, and the porous spacer 13 are laminated in this order, and the porous spacer 13 is further laminated on the fixed end side to form the conductive laminated bodies 10a and 10b. In the example shown in FIG. 7, three sets of the laminated electrode 12 and the green compact 11 are stacked, but the present invention is not limited to this. Two sets of the laminated electrode 12 and the green compact 11 may be laminated, or four or more sets may be laminated. The fixed end of the laminated electrode 12 and the green compact 11, the driving end of the green compact 11 and the porous spacer 13, and the porous spacer 13 and the laminated electrode 12 are bonded.
圧粉体11は板状であるのが好ましく、厚さ0.1〜20 mmであるのが好ましい。厚さ0.1 mm未満であると、割れ易く取扱いが難しすぎるので好ましくない。厚さ20 mm超であると、イオン供給体２から電解質等を吸収及び放出するのが遅過ぎて、圧粉体11の応答性が悪化し過ぎる。圧粉体11は円板状でもよいし、角板状でもよい。 The green compact 11 is preferably plate-shaped and preferably has a thickness of 0.1 to 20 mm. If the thickness is less than 0.1 mm, it is not preferable because it is easily broken and difficult to handle. If the thickness exceeds 20 mm, the absorption and release of the electrolyte and the like from the ion supplier 2 is too late, and the responsiveness of the green compact 11 is too deteriorated. The green compact 11 may have a disk shape or a square plate shape.
圧粉体11は、導電性粉末を圧縮することにより形成される。例えば錠剤用製錠器に導電性粉末を入れた後、製錠器内を減圧し、700〜900 MPaで３〜10分程度加圧することにより作製できる。導電性粉末を圧粉体にすることにより、通電した時に起こる導電性粉末の膨張及び収縮をアクチュエータの変位として利用可能になる。導電性粉末の電気抵抗は、10-4Ω〜１MΩであるのが好ましい。本明細書中、導電性粉末の電気抵抗は、電極間隔1.5 mmの４端子法によって測定した値とする。電気抵抗が１MΩ超であると、導電性が小さすぎてアクチュエータの効率が悪すぎる。電気抵抗が10-4Ω未満のものは作製困難である。 The green compact 11 is formed by compressing a conductive powder. For example, it can be produced by putting conductive powder in a tablet tableting machine, then depressurizing the inside of the tableting machine, and pressurizing at 700 to 900 MPa for about 3 to 10 minutes. By making the conductive powder into a green compact, the expansion and contraction of the conductive powder that occurs when energized can be used as the displacement of the actuator. The electric resistance of the conductive powder is preferably 10 −4 Ω to 1 MΩ. In this specification, the electric resistance of the conductive powder is a value measured by a four-terminal method with an electrode spacing of 1.5 mm. If the electrical resistance exceeds 1 MΩ, the conductivity is too small and the efficiency of the actuator is too bad. It is difficult to produce one having an electric resistance of less than 10 −4 Ω.
導電性粉末は導電性高分子及びドーパントを含有する。好ましい導電性高分子及びドーパントの例は、上述の導電性膜1a，1bと同じである。導電性粉末中の導電性高分子の含有量は１〜99.9質量％であるのが好ましく、30〜70質量％であるのがより好ましい。導電性高分子が１質量％未満であると、導電性粉末が吸収及び放出する電解質や水の量が少な過ぎて、高分子アクチュエータの変位量が小さ過ぎる。99.9質量％超であると、金属塩の含有量が少な過ぎるために導電性が小さ過ぎる。導電性高分子の平均粒径は10 nm〜１mmであるのが好ましい。平均粒径１mm超であると、導電性高分子が電解液５に接触している面積が小さすぎるため、高分子アクチュエータの応答性が低過ぎるので好ましくない。平均粒径10 nm未満のものは、作製及び取扱いが困難である。 The conductive powder contains a conductive polymer and a dopant. Examples of preferable conductive polymers and dopants are the same as those of the conductive films 1a and 1b described above. The content of the conductive polymer in the conductive powder is preferably 1 to 99.9% by mass, and more preferably 30 to 70% by mass. If the amount of the conductive polymer is less than 1% by mass, the amount of electrolyte and water absorbed and released by the conductive powder is too small, and the displacement amount of the polymer actuator is too small. If it exceeds 99.9% by mass, the conductivity is too small because the content of the metal salt is too small. The average particle size of the conductive polymer is preferably 10 nm to 1 mm. If the average particle diameter exceeds 1 mm, the area where the conductive polymer is in contact with the electrolytic solution 5 is too small, and the responsiveness of the polymer actuator is too low. Those having an average particle size of less than 10 nm are difficult to produce and handle.
導電性粉末は導電性高分子及びドーパントの外に、金属、金属塩及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有するのが好ましい。金属、金属塩及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有することにより、導電性粉末の導電性が向上する。金属としては鉄、銅、ニッケル、チタン、亜鉛、クロム、アルミニウム、コバルト、金、白金、銀、マンガン、タングステン、パラジウム、ルテニウム、ジルコニウム等が好ましい。金属塩としては、三塩化鉄、塩化銅等が挙げられる。 In addition to the conductive polymer and the dopant, the conductive powder preferably contains at least one selected from the group consisting of metals, metal salts, and carbon. By containing at least one selected from the group consisting of metals, metal salts and carbon, the conductivity of the conductive powder is improved. As the metal, iron, copper, nickel, titanium, zinc, chromium, aluminum, cobalt, gold, platinum, silver, manganese, tungsten, palladium, ruthenium, zirconium and the like are preferable. Examples of the metal salt include iron trichloride and copper chloride.
導電性高分子、ドーパント及び金属塩を含有する場合を例にとって、導電性粉末を作製する方法を説明する。粉末状の導電性高分子は、酸化重合により効率的に合成することができる。ドーパント及び金属塩を含む水溶液中にモノマーを滴下して撹拌することにより、モノマーがドーパント及び金属塩を取り込みながら重合する。これにより、導電性高分子中にドーパント及び金属塩を含有する導電性粉末を作製することができる。塩化銅、三塩化鉄等の金属塩は酸化重合触媒としても機能する。金属塩／モノマーのモル比が10／1〜1／100程度となるように、水溶液、極性有機溶液又はイオン性溶液中に金属塩を溶解しておくのが好ましい。 A method for producing a conductive powder will be described by taking as an example the case of containing a conductive polymer, a dopant and a metal salt. The powdery conductive polymer can be efficiently synthesized by oxidative polymerization. The monomer is polymerized while taking in the dopant and the metal salt by dropping the monomer into the aqueous solution containing the dopant and the metal salt and stirring. Thereby, the electroconductive powder which contains a dopant and a metal salt in an electroconductive polymer can be produced. Metal salts such as copper chloride and iron trichloride also function as an oxidation polymerization catalyst. It is preferable to dissolve the metal salt in an aqueous solution, polar organic solution or ionic solution so that the metal salt / monomer molar ratio is about 10/1 to 1/100.
積層電極12の厚さは0.1μm〜10 mm程度である。積層電極12は接着剤で圧粉体11に接合されても良いし、化学めっき、電気めっき、真空蒸着等によって圧粉体11上に形成されても良い。圧粉体11上に積層電極12を形成する方法としては、化学めっき、電気めっき、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着等が挙げられる。積層電極12は白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス、カーボンからなるのが好ましい。 The thickness of the laminated electrode 12 is about 0.1 μm to 10 mm. The laminated electrode 12 may be bonded to the green compact 11 with an adhesive, or may be formed on the green compact 11 by chemical plating, electroplating, vacuum deposition or the like. Examples of the method for forming the laminated electrode 12 on the green compact 11 include chemical plating, electroplating, vacuum deposition, sputtering, coating, pressure bonding, welding, and the like. The laminated electrode 12 is preferably made of platinum, gold, silver, copper, nickel, stainless steel, or carbon.
駆動端側の多孔質スペーサ13には、可動板61a，61bと、可動板61a，61bに垂直に接続された駆動バー62a，62bとからなる駆動部材6a，6bが取り付けられている。流動性イオン供給体20が開口部31，31から漏出しないように、開口部31，31はシールされている。イオン供給体20は圧粉体11の伸張及び収縮を妨げない程度の流動性を有する必要がある。流動性イオン供給体20の好ましい例は、図３に示す例と同じである。 Driving members 6a and 6b including movable plates 61a and 61b and driving bars 62a and 62b connected perpendicularly to the movable plates 61a and 61b are attached to the porous spacer 13 on the driving end side. The openings 31 and 31 are sealed so that the fluid ion supplier 20 does not leak from the openings 31 and 31. The ion supplier 20 needs to have fluidity that does not hinder the expansion and contraction of the green compact 11. A preferred example of the fluid ion supplier 20 is the same as the example shown in FIG.
圧粉体11は酸化されるとイオン供給体20を吸収して膨らみ、還元されるとイオン供給体20を放出して縮むので、外部電極７によって電圧を印加することによって導電性積層体10a，10bを伸縮させ、駆動部材6a，6bを左右に変位させることができる。 When the green compact 11 is oxidized, it absorbs the ion supply body 20 and expands. When the green compact 11 is reduced, the ion supply body 20 is released and contracts, so that the conductive laminate 10a, The drive members 6a and 6b can be displaced left and right by extending and contracting 10b.
図８に示す高分子アクチュエータは一対のセル３，３を有し、一方のセル３に第一の導電性膜1aが収容され、他方のセル３に第二の導電性膜1bが収容されている以外、図１及び２に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。 The polymer actuator shown in FIG. 8 has a pair of cells 3, 3 in which the first conductive film 1 a is accommodated in one cell 3 and the second conductive film 1 b is accommodated in the other cell 3. Since it is almost the same as the example shown in FIGS. 1 and 2 except for the above, only the differences will be described below.
セル３，３にはそれぞれ電解質板21，21が収容されており、各電解質板21，21の一面に潤滑性電解質層22，22を介して第一の導電性膜1a及び第二の導電性膜1bがそれぞれ設けられている。電解質板21，21は塩橋23によって接続されている。塩橋23は柔軟性を有するのが好ましい。 The cells 3 and 3 accommodate electrolyte plates 21 and 21, respectively. The first conductive film 1a and the second conductive material are disposed on one surface of the electrolyte plates 21 and 21 via the lubricating electrolyte layers 22 and 22, respectively. Each film 1b is provided. The electrolyte plates 21 and 21 are connected by a salt bridge 23. The salt bridge 23 is preferably flexible.
図９に示す高分子アクチュエータは、一対のセル３，３にそれぞれ導電性積層体10a，10bがそれぞれ収容されている以外、図８に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。導電性積層体10a，10bは、図７に示す高分子アクチュエータと同じでよい。セル３，３内には、それぞれ流動性イオン供給体20，20が入れられている。イオン供給体20，20は塩橋23によって接続されている。 The polymer actuator shown in FIG. 9 is almost the same as the example shown in FIG. 8 except that the conductive laminates 10a and 10b are accommodated in the pair of cells 3 and 3, respectively. Only the differences will be described below. To do. The conductive laminates 10a and 10b may be the same as the polymer actuator shown in FIG. In the cells 3 and 3, fluid ion supply bodies 20 and 20 are placed, respectively. The ion suppliers 20 and 20 are connected by a salt bridge 23.
図10に示す高分子アクチュエータは、電解質板21，21に接触するように設けられたレドックス電極72，72を有する以外、図８に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。レドックス電極72，72は、導電性膜1a，1bとは反対側の面に設けられている。レドックス電極72，72は導線24で接続されている。 The polymer actuator shown in FIG. 10 is substantially the same as the example shown in FIG. 8 except that the polymer actuator shown in FIG. 8 has redox electrodes 72 and 72 provided in contact with the electrolyte plates 21 and 21, so only the differences will be described below. . The redox electrodes 72 and 72 are provided on the surface opposite to the conductive films 1a and 1b. The redox electrodes 72 and 72 are connected by a conductive wire 24.
レドックス電極72，72は酸化還元能を有する電極であれば良いので、高分子化合物からなっても良いし、低分子化合物からなっても良い。酸化還元能を有する高分子化合物の例としてポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン及びこれらの誘導体が挙げられる。無機化合物の例としては鉄、ニッケル、コバルト、ルテニウム、金等の遷移金属元素のシアノ錯体やエチレンジアミン四酢酸錯体、クロロ錯体、及び沃素や臭素等のハロゲンが挙げられる。有機化合物の例としては、ビヨローゲン類、ポルフィリン類、フタロシアニン類、キノン類、チオレート化合物が挙げられる。 The redox electrodes 72 and 72 may be made of a high molecular compound or a low molecular compound, as long as it is an electrode having redox ability. Examples of the polymer compound having redox ability include polyacetylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyphenylene vinylene, polyacene and derivatives thereof. Examples of inorganic compounds include cyano complexes of transition metal elements such as iron, nickel, cobalt, ruthenium and gold, ethylenediaminetetraacetic acid complexes, chloro complexes, and halogens such as iodine and bromine. Examples of organic compounds include viologens, porphyrins, phthalocyanines, quinones, and thiolate compounds.
図11に示す高分子アクチュエータは、一対のセル３，３にそれぞれレドックス電極72，72が収容されている以外、図９に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。レドックス電極72，72は、セル３，３に入れられたイオン供給体20，20に浸漬されている。レドックス電極72，72の例は、図10に示す高分子アクチュエータと同じである。 The polymer actuator shown in FIG. 11 is substantially the same as the example shown in FIG. 9 except that the redox electrodes 72 and 72 are accommodated in the pair of cells 3 and 3, respectively. Only the differences will be described below. The redox electrodes 72 and 72 are immersed in the ion supply bodies 20 and 20 placed in the cells 3 and 3. Examples of the redox electrodes 72 and 72 are the same as the polymer actuator shown in FIG.
図12は、本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す。図12に示す高分子アクチュエータは、セル３，３内にそれぞれ第一及び第二の導電性膜1a，1bが長手方向に設けられており、セル３，３内に流動性のイオン供給体20が充填されている以外、図10に示す高分子アクチュエータとほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。 FIG. 12 shows still another example of the polymer actuator of the present invention. In the polymer actuator shown in FIG. 12, first and second conductive films 1a and 1b are respectively provided in the cells 3 and 3 in the longitudinal direction, and a fluid ion supplier 20 is provided in the cells 3 and 3. Is substantially the same as the polymer actuator shown in FIG. 10, and only the differences will be described below.
第一及び第二の導電性膜1a，1bの固定端部は、セル３，３の内面に接着されている。第一及び第二の導電性膜1a，1bの可動端部には、駆動部材6a，6bの可動板61a，61bが取り付けられている。可動板61a，61bとセル３，３の内壁との間に弾性体8a，8bが張設されており、第一及び第二の導電性膜1a，1bは弾性体８，８によって引っ張られた状態になっている。図12に示すように、通電していない状態では、可動板61a，61bは第一及び第二の導電性膜1a，1bと弾性体8a，8bとの弾性力がつりあう位置で静止している。弾性体8a，8bの好ましい例として、ひも状、膜状又は網状のゴム、形状記憶合金からなるバネ、形状記憶合金以外の金属からなるバネが挙げられる。 The fixed end portions of the first and second conductive films 1a and 1b are bonded to the inner surfaces of the cells 3 and 3, respectively. The movable plates 61a and 61b of the driving members 6a and 6b are attached to the movable end portions of the first and second conductive films 1a and 1b. Elastic bodies 8a and 8b are stretched between the movable plates 61a and 61b and the inner walls of the cells 3 and 3, and the first and second conductive films 1a and 1b are pulled by the elastic bodies 8 and 8. It is in a state. As shown in FIG. 12, in a state where current is not applied, the movable plates 61a and 61b are stationary at a position where the elastic forces of the first and second conductive films 1a and 1b and the elastic bodies 8a and 8b are balanced. . Preferable examples of the elastic bodies 8a and 8b include string-like, film-like or net-like rubber, a spring made of a shape memory alloy, and a spring made of a metal other than the shape memory alloy.
図13(a) に示すように、第一の導電性膜1aが正極となるように電圧を印加すると、第一の導電性膜1aは酸化されて伸長するので、弾性体8aの弾性力によって可動板61aは図中右側へ移動する。一方、第二の導電性膜1bは還元されて、弾性体8bに逆らって収縮する。そのため可動板61bは、図中左側に移動する。スイッチ4a，4bを開いて短絡回路５のスイッチ50を閉じると、可動板61a，61bは、導電性膜1a，1b及び弾性体8a，8bの弾性力がつりあう位置に戻る（図13(b) ）。次いで逆向きに通電すると、図13(c) に示すように、第一の導電性膜1aが還元されて収縮して可動板61aは左側へ移動し、第二の導電性膜1bが伸長され、可動板61bは右側へ移動する。 As shown in FIG. 13 (a), when a voltage is applied so that the first conductive film 1a becomes a positive electrode, the first conductive film 1a is oxidized and stretched, so that the elastic force of the elastic body 8a The movable plate 61a moves to the right side in the figure. On the other hand, the second conductive film 1b is reduced and contracts against the elastic body 8b. Therefore, the movable plate 61b moves to the left side in the figure. When the switches 4a and 4b are opened and the switch 50 of the short circuit 5 is closed, the movable plates 61a and 61b return to the positions where the elastic forces of the conductive films 1a and 1b and the elastic bodies 8a and 8b are balanced (FIG. 13B). ). Next, when energized in the opposite direction, as shown in FIG. 13 (c), the first conductive film 1a is reduced and contracted, the movable plate 61a moves to the left side, and the second conductive film 1b is expanded. The movable plate 61b moves to the right side.
本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.
実施例１
電解重合によって、ドーパントとしてBF4 -を含有するポリピロール膜（膜厚20μm）を得た。このポリピロール膜を第一の導電性膜1a及び第二の導電性膜1b（長さ10 mm、幅５mm）とし、イオン供給体20として1.0 M のNaPF6水溶液を用いて、図３に示す高分子アクチュエータを組立てた。この時、導電性膜1a，1bにかかる負荷（外部負荷）は、それぞれ５gであった。参照電極Rとしては、銀電極を用いた。表１に示すように外部電極７から電圧を印加し、回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。印加電圧は、第一の導電性膜1aの変位量がほぼ最大に達したところで、切り替えた。結果を表１及び図14に示す。なお図14中の変位量は、第一の導電性膜1aに接続された駆動部材6aの変位量を示す。
Example 1
A polypyrrole film (film thickness 20 μm) containing BF 4 − as a dopant was obtained by electrolytic polymerization. This polypyrrole film is used as a first conductive film 1a and a second conductive film 1b (length 10 mm, width 5 mm), and a 1.0 M NaPF 6 aqueous solution is used as the ion supplier 20 as shown in FIG. A molecular actuator was assembled. At this time, the load (external load) applied to the conductive films 1a and 1b was 5 g, respectively. As the reference electrode R, a silver electrode was used. As shown in Table 1, a voltage was applied from the external electrode 7, and the current value and voltage value of the circuit 4 and the amount of expansion / contraction of the first conductive film 1a were measured. The applied voltage was switched when the amount of displacement of the first conductive film 1a reached the maximum. The results are shown in Table 1 and FIG. The displacement amount in FIG. 14 indicates the displacement amount of the drive member 6a connected to the first conductive film 1a.
実施例２
第二の導電性膜1bの代わりに白金電極を用いた以外、実施例１と同様にして高分子アクチュエータを組み立て、電圧を印加して回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。結果を表１及び図15に示す。図15中の変位量は、第一の導電性膜1aの伸縮量を示す。
Example 2
A polymer actuator is assembled in the same manner as in Example 1 except that a platinum electrode is used instead of the second conductive film 1b, and a current is applied to the circuit 4 by applying a voltage. The amount of expansion / contraction of the film 1a was measured. The results are shown in Table 1 and FIG. The amount of displacement in FIG. 15 indicates the amount of expansion / contraction of the first conductive film 1a.
比較例１
実施例１と同じ高分子アクチュエータを用い、表１に示すように、短絡工程を経ないように電圧を印加して、回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。結果を表１及び図16に示す。
Comparative Example 1
Using the same polymer actuator as in Example 1, as shown in Table 1, a voltage is applied so as not to go through the short-circuit process, and the current value and voltage value of the circuit 4 and the expansion and contraction of the first conductive film 1a are applied. The amount was measured. The results are shown in Table 1 and FIG.
比較例２
実施例２と同じ高分子アクチュエータを用い、表１に示すように、短絡工程を経ないように電圧を印加して、回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。結果を表１及び図17に示す。
Comparative Example 2
Using the same polymer actuator as in Example 2, as shown in Table 1, voltage was applied so as not to go through the short-circuit process, and the current value and voltage value of the circuit 4 and the expansion and contraction of the first conductive film 1a The amount was measured. The results are shown in Table 1 and FIG.
1a，1b・・・導電性膜
２・・・イオン供給体
20・・・流動性イオン供給体
21・・・電解質板
22・・・潤滑性電解質層
23・・・塩橋
24・・・導線
３・・・セル
４・・・回路
５・・・短絡回路
6a，6b・・・駆動部材
61a，61b・・・可動板
72・・・レドックス電極
8a，8b・・・弾性体
10a，10b・・・導電性積層体
11・・・圧粉体
12・・・積層電極
13・・・多孔質スペーサ
1a, 1b ... conductive film 2 ... ion supplier
20 ... Fluid ion supplier
21 ... Electrolyte plate
22 ... Lubricating electrolyte layer
23 ... Shiobashi
24 ... conductor 3 ... cell 4 ... circuit 5 ... short circuit
6a, 6b ... Drive member
61a, 61b ・ ・ ・ movable plate
72 ... Redox electrode
8a, 8b ... elastic body
10a, 10b ... Conductive laminate
11 ... Green compact
12 ... Laminated electrode
13 ... Porous spacer
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008245428A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Vibration and/or impact absorption element, vibration and/or impact absorber, and operation method of vibration and/or impact absorption element |
| US8487505B2 (en) | 2009-03-04 | 2013-07-16 | Panasonic Corporation | Polymer actuator |
| WO2015045605A1 (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | カシオ計算機株式会社 | Drive component and driving method for drive component |
| JP2015070660A (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | カシオ計算機株式会社 | Drive element and drive method |
| JP2015115992A (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | 国立大学法人信州大学 | Gel actuator |
| JP2015154674A (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | カシオ計算機株式会社 | Driving element and driving method |
| WO2017108443A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device based on an electroactive polymer |
| WO2017108489A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device based on an electroactive polymer |
| US9842698B2 (en) | 2013-04-25 | 2017-12-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method therefor |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5604737B2 (en) * | 2008-08-07 | 2014-10-15 | イーメックス株式会社 | Polymer actuator element and driving method thereof |
| WO2010023875A1 (en) * | 2008-08-26 | 2010-03-04 | パナソニック株式会社 | Conductive polymer actuator device, and conductive polymer actuator control device and control method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6244079A (en) * | 1985-08-20 | 1987-02-26 | Masafumi Yano | Energy converter |
| JP2647113B2 (en) * | 1988-01-21 | 1997-08-27 | 株式会社東芝 | Electrostatic actuator |
| JPH0432104A (en) * | 1990-05-25 | 1992-02-04 | Fuji Photo Film Co Ltd | New conductive high polymer and conductive material thereof |
| JP2002025868A (en) * | 2000-07-10 | 2002-01-25 | Toyobo Co Ltd | Electric double-layer capacitor |
| JP2003152234A (en) * | 2001-11-15 | 2003-05-23 | Sony Corp | Actuator and its manufacturing method |
| JP4732678B2 (en) * | 2002-08-09 | 2011-07-27 | イーメックス株式会社 | Actuator, manufacturing method of actuator, and electrolytic expansion / contraction method of actuator |
-
2005
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-
2006
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Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008245428A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Vibration and/or impact absorption element, vibration and/or impact absorber, and operation method of vibration and/or impact absorption element |
| US8487505B2 (en) | 2009-03-04 | 2013-07-16 | Panasonic Corporation | Polymer actuator |
| US9842698B2 (en) | 2013-04-25 | 2017-12-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Multilayer ceramic capacitor and manufacturing method therefor |
| WO2015045605A1 (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | カシオ計算機株式会社 | Drive component and driving method for drive component |
| JP2015070660A (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | カシオ計算機株式会社 | Drive element and drive method |
| JP2015115992A (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | 国立大学法人信州大学 | Gel actuator |
| JP2015154674A (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | カシオ計算機株式会社 | Driving element and driving method |
| WO2017108443A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device based on an electroactive polymer |
| WO2017108489A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device based on an electroactive polymer |
| CN108431975A (en) * | 2015-12-21 | 2018-08-21 | 皇家飞利浦有限公司 | Actuator device based on electroactive polymer |
| JP2019501530A (en) * | 2015-12-21 | 2019-01-17 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | Actuator devices based on electroactive polymers |
| RU2723889C2 (en) * | 2015-12-21 | 2020-06-18 | Конинклейке Филипс Н.В. | Actuator device based on electroactive polymer |
| US11139425B2 (en) | 2015-12-21 | 2021-10-05 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device based on an electroactive polymer |
| US11139426B2 (en) | 2015-12-21 | 2021-10-05 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device based on an electroactive polymer |
| CN108431975B (en) * | 2015-12-21 | 2022-11-15 | 皇家飞利浦有限公司 | Electroactive polymer-based actuator device |
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