JP2008079431A - Planar device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar device capable of attaining excellent low applied-voltage driving, silence, weight reduction, size reduction, and capable of performing direct-acting displacement with a simple structure compared to the conventional direct-acting displacement actuator. <P>SOLUTION: The planar device A includes a conductive macro-molecule actuator 3, an actuator device A1 having base material 2 including driving electrolyte to the conductive macro-molecule actuator 3, and electrode members 1a, 1b which are electrodes applied to the actuator device A1 and have open hole portions 1c, 1d for partially exposing the actuator device A1. The actuator device A1 positioned in the open hole portions 1c, 1d linearly displaces in its thickness direction by controlling voltage applied to the actuator device A1. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、導電性高分子のアクチュエータ素子を用いた面状デバイスに関する。   The present invention relates to a planar device using a conductive polymer actuator element.

直動するアクチュエータにおいて、厚みが数mmの薄型の面状デバイスは、例えば、ピエゾ素子、ボイスコイル、油圧シリンダー、空圧シリンダー等に代表される、圧電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、流体アクチュエータがある。   In a linear actuator, a thin planar device having a thickness of several mm includes, for example, a piezoelectric actuator, an electromagnetic actuator, and a fluid actuator, represented by a piezo element, a voice coil, a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, and the like.

近年、直動するアクチュエータには、その小型化、構造容易性、低印加電圧駆動等が要求されている。しかしながら、上記のアクチュエータは、以下の問題がありこの要求を満足しない。すなわち、ピエゾ素子は、直動変位が小さく、高印加電圧を必要とする。また、ボイスコイルは、構造が複雑で、部品点数が多く、重い。また、油圧/空圧シリンダーは、駆動音が大きく、また、その構成部品によりアクチュエータの小型化に限界があり、大きな駆動源を必要とする。   In recent years, actuators that move linearly are required to be small in size, easy to structure, and driven by a low applied voltage. However, the above actuator does not satisfy this requirement due to the following problems. That is, the piezo element has a small linear displacement and requires a high applied voltage. The voice coil has a complicated structure, a large number of parts, and is heavy. In addition, the hydraulic / pneumatic cylinder has a large driving noise, and the size of the actuator is limited by its components, and a large driving source is required.

ところで、導電性高分子を用いたリニアアクチュエータが知られている。このアクチュエータは、軽量であることから組み込まれる装置全体の重量を軽減することが可能であり、マイクロマシン等の小型の駆動装置のみならず、大型の駆動装置として用いられることが期待されている。なかでも特に、人工筋肉、ロボットアーム、義手やアクチュエータ等の用途として応用が期待されている。たとえばポリピロールを用いたリニアアクチュエータは、電解伸縮によって、1酸化還元サイクル当たり最大で15.1%の伸縮率を示し、最大で22MPaの力を発生することができる(例えば、非特許文献1参照)。   Incidentally, a linear actuator using a conductive polymer is known. Since this actuator is lightweight, it is possible to reduce the weight of the entire apparatus incorporated therein, and it is expected to be used not only as a small drive device such as a micromachine but also as a large drive device. In particular, application is expected for uses such as artificial muscles, robot arms, artificial hands and actuators. For example, a linear actuator using polypyrrole can exhibit a maximum expansion / contraction rate of 15.1% per one oxidation-reduction cycle by electrolytic expansion / contraction, and can generate a maximum force of 22 MPa (for example, see Non-Patent Document 1). .

原進、外4名、「高伸縮かつ強力なポリピロールリニアアクチュエータ(Highly Stretchable and Powerful Polypyrrole Linear Actuators)」、ケミストリーレターズ(Chemistry Letters)、日本、日本化学会発行、2003年、第32巻、第7号、p576−577。Genji, 4 others, “High Stretchable and Powerful Polypyrrole Linear Actuators”, Chemistry Letters, Japan, Vol. 32, 2003 No., p 576-577.

本発明の目的は、従来の直動変位アクチュエータと比較し、低印加電圧駆動、無音、軽量化、小型化、構造容易性に優れた直動変位の面状デバイスを提供することである。   An object of the present invention is to provide a planar device of linear motion displacement that is superior in driving with a low applied voltage, silence, weight reduction, miniaturization, and structural ease as compared with a conventional linear motion displacement actuator.

本発明者は、軽量、小型化、構造容易性等に優れた、上記の導電性高分子材料に着目し、この導電性高分子材料を用いた直動変位可能なデバイスの開発に着手し、鋭意研究を重ねた結果、本発明をするに至ったものである。   The present inventor has focused on the above-mentioned conductive polymer material, which is excellent in light weight, downsizing, ease of structure, etc., and has started development of a device capable of linear displacement using this conductive polymer material, As a result of intensive studies, the present invention has been achieved.

すなわち、本発明の面状デバイスは、導電性高分子アクチュエータと、当該導電性高分子アクチュエータに対する駆動電解液を含む基材とを有するアクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に対する印加電極であって、アクチュエータ素子を部分的にさらす開孔部を有する電極部材とを備え、
前記アクチュエータ素子に対する印加電圧を制御することによって、前記開孔部内に位置するアクチュエータ素子がその厚み方向に直動変位することを特徴とする。
That is, the planar device of the present invention is an actuator element having a conductive polymer actuator and a base material containing a driving electrolyte for the conductive polymer actuator,
An application electrode for the actuator element, comprising an electrode member having an aperture that partially exposes the actuator element;
By controlling the voltage applied to the actuator element, the actuator element positioned in the opening is linearly displaced in the thickness direction.

この構成の作用効果を以下に示す。面状デバイスは、アクチュエータ素子と電極部材を備えて構成されている。アクチュエータ素子は、導電性高分子アクチュエータと基材を有し、例えば、基材の両面に導電性高分子アクチュエータが設けられる構成、或いは一方の面側のみに導電性高分子アクチュエータが設けられる構成がある。一方の面側のみに導電性高分子アクチュエータが設けられている場合、その他方面側に、導電性の部材を設けることが好ましい。基材は、駆動電解液を含み、この駆動電界液は、導電性高分子アクチュエータに対して作用する駆動液の機能を有している。電極部材は、アクチュエータ素子に対する印加電極として機能するとともに、開孔部を有し、この開孔部からアクチュエータ素子の表面が外観できるようになっている。この開孔部内に位置するアクチュエータ素子が直動変位するように構成される。   The effect of this structure is shown below. The planar device includes an actuator element and an electrode member. The actuator element has a conductive polymer actuator and a base material, for example, a configuration in which the conductive polymer actuator is provided on both sides of the base material, or a configuration in which the conductive polymer actuator is provided only on one surface side. is there. When a conductive polymer actuator is provided only on one side, it is preferable to provide a conductive member on the other side. The base material includes a driving electrolyte, and this driving electric field liquid has a function of a driving liquid that acts on the conductive polymer actuator. The electrode member functions as an application electrode for the actuator element, and has an opening, and the surface of the actuator element can be seen from the opening. The actuator element located in the opening is configured to be linearly displaced.

電極部材は、例えば、面状のアクチュエータ素子の両面側に設置され、一方の面に対して正極の電圧を印加し、他方の面を負極とするように構成する。正極の電圧が導電性高分子アクチュエータに印加されると、導電性高分子アクチュエータの面方向の伸長による面積変化が生じる。一方、負極の電圧が導電性高分子アクチュエータに印加されると、導電性高分子アクチュエータの面方向の収縮による面積変化が生じる。すなわち、印加電圧を制御することで、導電性高分子アクチュエータがその面方向に伸縮することにより、アクチュエータ素子が規制されていない開孔部からアクチュエータ素子の厚み方向の直動変位を取り出すことができる。   For example, the electrode member is installed on both sides of a planar actuator element, and is configured to apply a positive voltage to one surface and use the other surface as a negative electrode. When the voltage of the positive electrode is applied to the conductive polymer actuator, an area change occurs due to the extension in the surface direction of the conductive polymer actuator. On the other hand, when a negative electrode voltage is applied to the conductive polymer actuator, an area change occurs due to contraction in the surface direction of the conductive polymer actuator. That is, by controlling the applied voltage, the conductive polymer actuator expands and contracts in the surface direction, so that the linear displacement in the thickness direction of the actuator element can be taken out from the opening where the actuator element is not regulated. .

また、本発明の面状デバイスの実施形態として、導電性高分子アクチュエータを基材の少なくとも片面に構成することが好ましく、その他方面側には、導電性部材を設けるように構成する。ここでの導電性部材は、金属、貴金属、又は基材の反対面に設けられた導電性高分子アクチュエータの材料と同一の導電性高分子材料が挙げられるが、特に反対面と同一の導電性高分子材料を設けることが好ましい。同一の材料で構成することにより、導電性高分子アクチュエータの伸縮挙動がより好ましく実現されるからである。   Moreover, as an embodiment of the planar device of the present invention, the conductive polymer actuator is preferably configured on at least one side of the base material, and a conductive member is provided on the other side. The conductive member here may be the same conductive polymer material as the material of the conductive polymer actuator provided on the opposite surface of the metal, the noble metal, or the base material. It is preferable to provide a polymer material. This is because the expansion and contraction behavior of the conductive polymer actuator is more preferably realized by using the same material.

また、本発明の面状デバイスの他の実施形態として、同じ又は略同じ厚みの導電性高分子アクチュエータを絶縁基材の両面に構成し、アクチュエータ素子に対する印加電圧の極性を制御することによって、開孔部内に位置するアクチュエータ素子がその厚み方向に直動変位するように構成できる。この構成により、例えば、正極に印加された導電性高分子アクチュエータが伸長し、負極に印加された導電性高分子アクチュエータが収縮することによって、開孔部に位置するアクチュエータ素子の正極印加面が凸形状となり、負極印加面が凹形状となる。そして、アクチュエータ素子に対する印加電圧の極性制御を、例えば、正極から負極へ互いに反転させるように制御することで、常に、正極印加面が凸形状、負極印加面が凹形状となり、極性の反転に応じて開孔部におけるアクチュエータ素子の形状を凸形状から凹形状へ、凹形状から凸形状へと切り替えることができる。   As another embodiment of the planar device of the present invention, conductive polymer actuators having the same or substantially the same thickness are formed on both surfaces of the insulating base material, and the polarity of the applied voltage to the actuator element is controlled, thereby opening it. The actuator element located in the hole can be configured to be linearly displaced in the thickness direction. With this configuration, for example, the conductive polymer actuator applied to the positive electrode expands and the conductive polymer actuator applied to the negative electrode contracts, so that the positive electrode application surface of the actuator element located at the opening is convex. It becomes a shape, and the negative electrode application surface becomes a concave shape. And, by controlling the polarity of the applied voltage to the actuator element so as to reverse each other, for example, from the positive electrode to the negative electrode, the positive electrode application surface always has a convex shape and the negative electrode application surface has a concave shape. Thus, the shape of the actuator element in the opening can be switched from the convex shape to the concave shape, and from the concave shape to the convex shape.

また、本発明の面状デバイスの他の実施形態として、所定の厚みの導電性高分子アクチュエータを基材の片面に構成し、正極に印加された導電性高分子アクチュエータが伸長することによって、開孔部に位置するアクチュエータ素子による押し上げ力を形成する。この構成によれば、基材の一方の面に所定厚みの導電性高分子アクチュエータを設け、その他方面側に導電性部材を設けるように構成する。そして、例えば、予め開孔部から導電性高分子アクチュエータ面を上側に凸形状に形成した場合、導電性高分子アクチュエータを正極に印加することで凸形状の頂点が高くなるように直動変位する。かかる場合、導電性高分子アクチュエータを所定の厚みに設定することで、この直動変位による押し上げ力を強く(又は大きく)できる。導電性高分子アクチュエータの厚みは、その材料、製造方法によって設計できるものであり、デバイス設計に合わせて厚み設計ができる。すなわち、必要な押し上げ力が決定されば、それに応じて導電性高分子アクチュエータの厚みを決定することができる。   As another embodiment of the planar device of the present invention, a conductive polymer actuator having a predetermined thickness is formed on one side of a substrate, and the conductive polymer actuator applied to the positive electrode is extended to be opened. A push-up force is generated by the actuator element located in the hole. According to this configuration, the conductive polymer actuator having a predetermined thickness is provided on one surface of the substrate, and the conductive member is provided on the other surface side. And, for example, when the conductive polymer actuator surface is formed in a convex shape upward from the opening portion in advance, by applying the conductive polymer actuator to the positive electrode, linear displacement is performed so that the convex vertex is raised. . In such a case, by setting the conductive polymer actuator to a predetermined thickness, it is possible to increase (or increase) the pushing force due to this linear displacement. The thickness of the conductive polymer actuator can be designed by its material and manufacturing method, and the thickness can be designed according to the device design. That is, if the required pushing force is determined, the thickness of the conductive polymer actuator can be determined accordingly.

また、本発明において、導電性高分子アクチュエータを基材に設ける場合、金属電極層を介して設けることが好ましい。金属電極層の材料として、例えば、金、プラチナ等の貴金属が好ましい。金属電極層を介して導電性高分子を設けることで、基材との接合性、イオン伝達性が向上するからである。   Moreover, in this invention, when providing a conductive polymer actuator in a base material, it is preferable to provide through a metal electrode layer. As a material of the metal electrode layer, for example, a noble metal such as gold or platinum is preferable. This is because by providing the conductive polymer via the metal electrode layer, the bondability with the substrate and the ion transferability are improved.

以上によれば、本発明は、従来の直動変位アクチュエータと比較し、低印加電圧駆動、無音、軽量化、小型化、構造容易性に優れた直動変位の面状デバイスを提供することができる。   According to the above, the present invention provides a planar device for linear displacement that is superior in driving with low applied voltage, silence, weight reduction, miniaturization, and ease of structure compared to conventional linear displacement actuators. it can.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(アクチュエータ素子の構成)
本発明のアクチュエータ素子は、基材の少なくとも片面に導電性高分子アクチュエータを設けるように構成できる。また、アクチュエータ素子は、基材の両面に導電性高分子アクチュエータを同じ厚み又は略同じ厚みなるように設けるように構成できる。また、アクチュエータ素子を片面に設ける場合は、その反対面に電極層(以下において、対極又は従動対極と称することがある)を設けることが好ましい。この電極層としては、金属、貴金属、同一の導電性高分子材料が好ましい。また、導電性高分子アクチュエータは、その厚みを適宜設定できる。導電性高分子アクチュエータの製造方法は後述する。従動対極は、基材を挟んでその反対面の導電性高分子アクチュエータの挙動を実質的に邪魔しないように作用している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(Configuration of actuator element)
The actuator element of the present invention can be configured to provide a conductive polymer actuator on at least one surface of a substrate. In addition, the actuator element can be configured such that the conductive polymer actuator is provided on both surfaces of the base material so as to have the same thickness or substantially the same thickness. When the actuator element is provided on one side, it is preferable to provide an electrode layer (hereinafter sometimes referred to as a counter electrode or a driven counter electrode) on the opposite side. The electrode layer is preferably a metal, a noble metal, or the same conductive polymer material. The thickness of the conductive polymer actuator can be set as appropriate. A method for manufacturing the conductive polymer actuator will be described later. The driven counter electrode acts so as not to substantially interfere with the behavior of the conductive polymer actuator on the opposite surface across the substrate.

(導電性高分子材料)
本発明の導電性高分子は、その膜形成体が印加電圧によって伸縮可能であれば、特に制限されず、例えば、分子鎖にピロールおよび/またはピロール誘導体を含むものが好ましい。
(Conductive polymer material)
The conductive polymer of the present invention is not particularly limited as long as the film-forming body can be expanded and contracted by an applied voltage. For example, those containing pyrrole and / or a pyrrole derivative in the molecular chain are preferable.

また、上記導電性高分子は、ドーパントとしてのアニオンを、該導電性高分子へのドーピングおよび脱ドーピングすることができるものであれば、特に限定されるものではない。上記ドーパントは、必要とされる電解伸縮量や用途等に応じて、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、BF 、PF 、過塩素酸イオンやパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを用いることができる。 In addition, the conductive polymer is not particularly limited as long as the anion as a dopant can be doped and dedoped to the conductive polymer. As the dopant, trifluoromethanesulfonic acid ion, BF 4 , PF 6 , perchloric acid ion or perfluoroalkylsulfonylimide ion can be used according to the required amount of electrolytic expansion and contraction, application, and the like.

特に、上記導電性高分子として、上記導電性高分子が、下記式(1)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンがドープされた膜状導電性高分子を用いること、
(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO)N (1)
〔上記式(1)において、mおよびnは任意の整数。〕、
または、上記導電性高分子として、下記式(2)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンがドープされた膜状導電性高分子を用いること、
(C(2l+1)SO)(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO)C (2)
〔上記式(2)において、l、mおよびnは任意の整数。〕、
が、より速い駆動速度を得ることができるために好ましい。
In particular, as the conductive polymer, the conductive polymer is a film-shaped conductive polymer doped with perfluoroalkylsulfonylimide ions represented by the following formula (1):
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) N - (1)
[In the above formula (1), m and n are arbitrary integers. ],
Alternatively, as the conductive polymer, a film-shaped conductive polymer doped with perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (2) is used.
(C l F (2l + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) C - (2)
[In the above formula (2), l, m and n are arbitrary integers. ],
However, it is preferable because a higher driving speed can be obtained.

(基材)
本発明の基材は、その面方向での伸縮が可能な素材であれば特に制限されず、例えば、不織布、紙、布、綿、メンブレン素材、織物素材、編み物素材等が例示される。また、基材は、絶縁性を有し、電解液を含浸、又は液移動可能に保持できることが好ましい。また、基材の厚み、硬度は、直動変位機能を発揮するように設計されていれば、特に制限されない。
(Base material)
The base material of the present invention is not particularly limited as long as it is a material that can be expanded and contracted in the surface direction, and examples thereof include nonwoven fabric, paper, cloth, cotton, membrane material, woven material, knitted material, and the like. Moreover, it is preferable that a base material has insulation and can hold | maintain so that an electrolyte solution is impregnated or liquid movement is possible. Further, the thickness and hardness of the substrate are not particularly limited as long as they are designed so as to exhibit a linear displacement function.

また、基材としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロースアセテートなどの多孔質基材(多孔質支持体)が好ましい。なかでも、上記多孔質基材(多孔質支持体)としては、化学的安定性や柔らかさやアクチュエータ素子の繰り返しの駆動における耐久性の観点から、多孔質ポリテトラフルオロエチレン(多孔質PTFE)などをもちいることが特に好ましい。また空中で駆動させる場合は、電解液を保持している層(多孔質基材層(多孔質支持体層))のイオン導電率が高いことがより好ましく、また、空孔率は可能な限り高い方が好ましい。   Moreover, as a base material, porous base materials (porous support body), such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamide, polyolefin, a cellulose acetate, are preferable, for example. Among these, as the porous substrate (porous support), porous polytetrafluoroethylene (porous PTFE) is used from the viewpoint of chemical stability and softness and durability in repeated driving of the actuator element. It is particularly preferable to use it. When driven in the air, the layer holding the electrolyte (porous substrate layer (porous support layer)) preferably has a high ionic conductivity, and the porosity is as high as possible. Higher is preferred.

(駆動電解液)
本発明に用いられる駆動電解液は、上記高分子アクチュエータ素子が電圧印可により駆動するための電解質を含み、上記電解質を溶解するための溶媒として用いられる。本発明においては、上記電解質を溶解する溶媒として有機溶媒、水、有機溶媒と水の混合溶液を用いることができる。本発明においては、上記電解質を溶解する溶媒として有機溶媒および酸の混合溶液、または有機溶媒、水、および酸の混合溶液を用いることができる。また、上記導電性高分子が酸に接触処理したものを用いる場合では、上記電解質を溶解する溶媒として、有機溶媒、または有機溶媒および水の混合溶液を用いることができる。駆動電解液としてこれらの混合溶液を含むことにより、上記高分子アクチュエータ素子は、一定の電圧を与えた状態における時間に対する伸縮量(駆動速度)を測定した場合に、上記駆動電解液中で大きな駆動速度を示すことができる。
(Drive electrolyte)
The driving electrolyte used in the present invention includes an electrolyte for driving the polymer actuator element by applying a voltage, and is used as a solvent for dissolving the electrolyte. In the present invention, an organic solvent, water, or a mixed solution of an organic solvent and water can be used as a solvent for dissolving the electrolyte. In the present invention, a mixed solution of an organic solvent and an acid, or a mixed solution of an organic solvent, water, and an acid can be used as a solvent for dissolving the electrolyte. Moreover, when using what the said conductive polymer contact-treated with the acid, an organic solvent or the mixed solution of an organic solvent and water can be used as a solvent which melt | dissolves the said electrolyte. By including these mixed solutions as the driving electrolyte, the polymer actuator element can drive a large amount in the driving electrolyte when the amount of expansion / contraction (driving speed) with respect to time in a state where a constant voltage is applied is measured. Speed can be shown.

また、本発明においては、上記有機溶媒が、エステル結合、カーボネート結合、およびニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合または官能基を含む極性有機化合物であることが好ましい。   In the present invention, the organic solvent is preferably a polar organic compound containing at least one bond or functional group among an ester bond, a carbonate bond, and a nitrile group.

上記有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、電気化学の反応場として用いることができる溶媒であることが好ましい。上記極性有機化合物としては、たとえば、γ−ブチロラクトン、α―メチル−γ−ブチロラクトン(以上、エステル結合を含む有機化合物)、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート(以上、カーボネート結合を含む有機化合物)、およびアセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル(以上、ニトリル基を含む有機化合物)をあげることができる。上記極性有機化合物は速い伸縮速度と大きな最大伸縮率を得ることができるために好ましい。なかでも、たとえば、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、アセトニトリル、又はエチレンカーボネイトなどが好ましく、バランスの良い駆動性能と共に、より長期の耐久性を得ることができる。   The organic solvent is not particularly limited, but is preferably a solvent that can be used as an electrochemical reaction field. Examples of the polar organic compound include γ-butyrolactone, α-methyl-γ-butyrolactone (an organic compound containing an ester bond), propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate (above, carbonate. Organic compounds containing a bond), and acetonitrile, propionitrile, succinonitrile (an organic compound containing a nitrile group). The polar organic compound is preferable because a high stretching speed and a large maximum stretching ratio can be obtained. Among these, for example, propylene carbonate, butyrolactone, acetonitrile, or ethylene carbonate is preferable, and long-term durability can be obtained with well-balanced driving performance.

また、上記混合溶媒に水を含む場合、水と有機溶媒との混合比は、特に限定されるものではない。上記駆動電解液の溶媒として水を含む混合溶媒を用いた場合には、有機溶媒のみを用いた場合に比べて通常2倍以上の駆動速度の向上をすることができる。また、上記有機溶媒は単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。   Moreover, when water is contained in the mixed solvent, the mixing ratio of water and the organic solvent is not particularly limited. When a mixed solvent containing water is used as the solvent of the driving electrolyte, the driving speed can be improved twice or more as compared with the case where only the organic solvent is used. Moreover, the said organic solvent may be used independently, and may mix and use 2 or more types.

上記駆動電解液は、導電性高分子や有機溶媒の種類により、上記混合比を特定することが難しい。有機溶媒の導電性高分子を膨潤させる能力等により、駆動速度を向上させるための有機溶媒の最小値は、上記有機溶媒の種類に依存することになる。たとえば、プロピレンカーボネートについては、特級試薬では水の含有量が0.005%であることから、水と有機溶媒との混合比を0.1:99.9とすることもできる。上記混合溶媒における水と有機溶媒との好適な混合比の範囲は、容量比で、水含有比下限が0.5、1.0、5.0、10または20から選ばれる値から、水含有比下限上限が99.5、99.0、95.0、90.0、または80.0から選ばれる範囲を、有機溶媒の種に応じて、選ぶことができる。なお、上記混合比は、ガスクロマトグラフィー法を用いた測定方法、特に水分含有率が少ない場合にはカールフィッシャー法を用いた測定方法を用いることにより、駆動電解液を分析することにより求めることができる。   It is difficult to specify the mixing ratio of the driving electrolyte according to the type of conductive polymer or organic solvent. The minimum value of the organic solvent for improving the driving speed depends on the kind of the organic solvent due to the ability of the organic solvent to swell the conductive polymer. For example, for propylene carbonate, the water content of the special grade reagent is 0.005%, so the mixing ratio of water and organic solvent can be 0.1: 99.9. The range of the suitable mixing ratio of water and the organic solvent in the mixed solvent is a volume ratio, and the water-containing ratio lower limit is selected from the values selected from 0.5, 1.0, 5.0, 10 or 20. A range in which the upper limit of the ratio is selected from 99.5, 99.0, 95.0, 90.0, or 80.0 can be selected depending on the type of the organic solvent. The mixing ratio can be obtained by analyzing the driving electrolyte by using a measurement method using a gas chromatography method, particularly a measurement method using the Karl Fischer method when the water content is low. it can.

たとえば、上記有機溶媒がプロピレンカーボネートである場合には、水とプロピレンカーボネートとの混合比が容量比で25:75〜75:25であることが、導電性高分子への電圧印可による駆動速度がより速くなるため好ましい。上記混合溶媒は、上記有機溶媒が複数種用いられていてもよく、この場合には、上記混合比は、水の重量と全有機溶媒の合計重量との比で計算される。   For example, when the organic solvent is propylene carbonate, the mixing ratio of water and propylene carbonate is 25:75 to 75:25 by volume ratio, so that the driving speed by applying voltage to the conductive polymer is high. It is preferable because it becomes faster. A plurality of the organic solvents may be used as the mixed solvent, and in this case, the mixing ratio is calculated by a ratio between the weight of water and the total weight of all organic solvents.

上記水は、特に限定されるものではないが、純水、蒸留水もしくはイオン交換水であることが、金属イオンや塩化物イオン等による電解伸縮への阻害因子が含まれ難いために好ましい。   The water is not particularly limited, but is preferably pure water, distilled water, or ion exchanged water because an inhibitor to electrolytic stretching due to metal ions, chloride ions, or the like is hardly included.

また、上記の駆動電解液には、電解質としてアニオンが含まれる。上記アニオンは、ドーパントイオンとして、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、BF 、PF やパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを用いることができる。また、上記アニオンは、たとえば、Na、K、Li等とカチオンと対イオンを形成した電解質塩を用いてもよい。 In addition, the driving electrolyte includes an anion as an electrolyte. The anion can use trifluoromethanesulfonic acid ions, BF 4 , PF 6 or perfluoroalkylsulfonylimide ions as dopant ions. In addition, as the anion, for example, an electrolyte salt that forms a counter ion with a cation with Na + , K + , Li +, or the like may be used.

上記電解質塩としては、たとえば、上記アニオンのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウムパーフルオロアルキルスルホニルイミド、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドのリチウム塩、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドのテトラブチルアンモニウム塩等を挙げることができる。   Examples of the electrolyte salt include lithium salt, sodium salt, potassium salt, lithium perfluoroalkylsulfonylimide, lithium salt of bistrifluoromethanesulfonylimide, tetrabutylammonium salt of bistrifluoromethanesulfonylimide, and the like. Can do.

上記電解質として電解質塩が加えられる場合、上記駆動電解液100重量部に対して、上記電解質塩が1〜90重量部含まれることが好ましく、5〜75重量部含まれることがより好ましく、10〜50重量部含まれることが特に好ましい。   When an electrolyte salt is added as the electrolyte, the electrolyte salt is preferably included in an amount of 1 to 90 parts by weight, more preferably 5 to 75 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the driving electrolyte. It is particularly preferable that 50 parts by weight is contained.

また、上記駆動電解液には酸を含む混合溶液を用いることもできる。この酸としては、特に限定されるものではないが、一価の強酸であることが好ましい。   Further, a mixed solution containing an acid can also be used as the driving electrolyte. The acid is not particularly limited, but is preferably a monovalent strong acid.

上記酸としては、たとえば、(CFSONH、(CSONH、(CFSO)(CSO)NHなどのパーフルオロアルキルスルホニルイミド、(CFSOCH、(CSOCH、(CFSO)(CSOCHなどのパーフルオロアルキルスルホニルメチド、硝酸などの無機酸などが好ましいものとしてあげられる。 Examples of the acid include perfluoroalkylsulfonylimide such as (CF 3 SO 2 ) 2 NH, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NH, (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ) NH, Perfluoroalkylsulfonylmethides such as (CF 3 SO 2 ) 3 CH, (C 2 F 5 SO 2 ) 3 CH, (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ) 2 CH, and inorganic acids such as nitric acid And the like are preferable.

上記酸は単独で用いてもよいし、また2種以上を混合して使用してもよいが、上記駆動電解液のpHが0〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。上記pHが4以上であると十分な添加効果が得られにくく、一方、上記pHが0以下では溶媒が分解してしまうおそれがある。なお、上記導電性高分子が酸に接触処理したものを用いる場合では、特に酸を駆動電解液に含まなくてもよい。   The acid may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used, but the pH of the driving electrolyte is preferably 0-4, more preferably 1-2. preferable. When the pH is 4 or more, it is difficult to obtain a sufficient addition effect. On the other hand, when the pH is 0 or less, the solvent may be decomposed. In addition, when using what the said conductive polymer contact-treated with the acid, it is not necessary to contain an acid in drive electrolyte solution especially.

さらに、上記駆動電解液には、アニオンが含まれる。上記アニオンは、ドーパントイオンとして、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、BF 、PF やパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを用いることができる。これらのアニオンを用いた場合であっても、上記混合溶媒を用いることにより、導電性高分子を含む高分子アクチュエータ素子の駆動速度を向上することができる。 Furthermore, the driving electrolyte contains an anion. The anion can use trifluoromethanesulfonic acid ions, BF 4 , PF 6 or perfluoroalkylsulfonylimide ions as dopant ions. Even when these anions are used, the driving speed of the polymer actuator element including the conductive polymer can be improved by using the mixed solvent.

特に、上記駆動電解液において、より速い駆動速度を得るために、上記高分子アクチュエータ素子に含まれる導電性高分子のバルク中に下記式(3)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含み、かつ、上記駆動電解液中にも下記式(3)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含むことがより好ましい。
(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO)N (3)
〔上記式(3)において、mおよびnは任意の整数。〕
In particular, in order to obtain a higher driving speed in the driving electrolyte solution, the bulk of the conductive polymer included in the polymer actuator element includes a perfluoroalkylsulfonylimide ion represented by the following formula (3). In addition, it is more preferable that the driving electrolyte contains a perfluoroalkylsulfonylimide ion represented by the following formula (3).
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) N - (3)
[In the above formula (3), m and n are arbitrary integers. ]

さらに、上記駆動電解液において、より速い駆動速度を得るために、上記高分子アクチュエータ素子に含まれる導電性高分子のバルク中に下記式(4)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含み、かつ、上記駆動電解液中にも下記式(4)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含むことがより好ましい。
(C(2l+1)SO)(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO)C (4)
〔上記式(4)において、l、mおよびnは任意の整数。〕
Furthermore, in order to obtain a higher driving speed in the driving electrolyte, a perfluoroalkylsulfonyl metide ion represented by the following formula (4) is contained in the bulk of the conductive polymer contained in the polymer actuator element. It is more preferable that the driving electrolyte contains a perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (4).
(C l F (2l + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) C - (4)
[In the above formula (4), l, m and n are arbitrary integers. ]

これらのドーパントイオンを含むことにより、上記導電性高分子のバルク中に上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンが取り込まれ、または放出されて、導電性高分子が大きな伸縮運動をすることができるので、上記高分子アクチュエータ素子は、従来の導電性高分子の電解伸縮方法に比べて、速い駆動速度を示すことができる。   By containing these dopant ions, the perfluoroalkylsulfonylimide or perfluoroalkylsulfonylmethide ion is taken into or released from the bulk of the conductive polymer, and the conductive polymer has a large stretching motion. Therefore, the polymer actuator element can exhibit a higher driving speed than the conventional electroconductive polymer electrostretching method.

また、本発明においては、上記電解質を溶解する溶媒として常温常圧下で液状の非イオン性有機化合物を含む溶液を用いることができる。上記非イオン性有機化合物は、イオン性官能基やイオン性部位を分子構造中に有していないものであれば特に限定されず適宜用いることができる。上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。上記非イオン性有機化合物は、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ることが好ましく、さらに溶媒としての機能も有することが好ましい。また、245℃以上の沸点を有する有機溶媒であることがより好ましい。これらの化合物は単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。   In the present invention, a solution containing a nonionic organic compound that is liquid at normal temperature and pressure can be used as a solvent for dissolving the electrolyte. The nonionic organic compound is not particularly limited as long as it does not have an ionic functional group or ionic moiety in the molecular structure, and can be used as appropriate. The organic compound may be any organic compound that can serve as a salt solvent containing ions that serve as charge carriers, or any organic compound that can serve as charge carriers. The nonionic organic compound has a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher, is preferably liquid at normal temperature and pressure, and preferably has a function as a solvent. Further, an organic solvent having a boiling point of 245 ° C. or higher is more preferable. These compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記非イオン性有機化合物としては、たとえば、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、アセトニトリル、エチレンカーボネイト、ポリエーテル化合物などをあげることができる。なかでも、たとえば、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、又はポリエーテル化合物などが好ましく、さらには、ポリエーテル化合物を用いることが、バランスの良い駆動性能と共に、より長期の耐久性を得ることができるため、特に好ましい。   Examples of the nonionic organic compound include diethylene glycol, glycerin, sulfolane, propylene carbonate, butyrolactone, acetonitrile, ethylene carbonate, and a polyether compound. Among them, for example, diethylene glycol, glycerin, sulfolane, propylene carbonate, butyrolactone, or a polyether compound is preferable, and further, using a polyether compound provides a long-term durability with a well-balanced driving performance. Is particularly preferable.

上記非イオン性有機化合物は単独で用いてもよいし、また2種以上を混合して使用してもよいが、配合量としては、電解液100重量部に対して、0.01〜100重量部であることが好ましく、0.05〜50重量部であることがより好ましく、0.1〜30重量部であることがさらに好ましい。0.01重量部未満であると十分な経時的耐久性が得られない場合があり、100重量部を超えると駆動周波数が低下する場合がある。   The nonionic organic compound may be used singly or in combination of two or more, but the blending amount is 0.01 to 100 weights with respect to 100 parts by weight of the electrolytic solution. Parts, preferably 0.05 to 50 parts by weight, more preferably 0.1 to 30 parts by weight. If the amount is less than 0.01 parts by weight, sufficient durability over time may not be obtained, and if the amount exceeds 100 parts by weight, the drive frequency may decrease.

また、駆動電解液には、電解質としてアニオンが含まれる。上記アニオンは、ドーパントイオンとして、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、BF 、PF やパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを用いることができる。また、上記アニオンは、たとえば、Na、K、Li等とカチオンと対イオンを形成した電解質塩を用いてもよい。 In addition, the driving electrolyte contains an anion as an electrolyte. The anion can use trifluoromethanesulfonic acid ions, BF 4 , PF 6 or perfluoroalkylsulfonylimide ions as dopant ions. In addition, as the anion, for example, an electrolyte salt that forms a counter ion with a cation with Na + , K + , Li +, or the like may be used.

上記電解質塩としては、たとえば、上記アニオンのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウムパーフルオロアルキルスルホニルイミド、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドのリチウム塩、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドのテトラブチルアンモニウム塩等を挙げることができる。   Examples of the electrolyte salt include lithium salt, sodium salt, potassium salt, lithium perfluoroalkylsulfonylimide, lithium salt of bistrifluoromethanesulfonylimide, tetrabutylammonium salt of bistrifluoromethanesulfonylimide, and the like. Can do.

上記電解質として電解質塩が加えられる場合、上記駆動電解液100重量部に対して、上記電解質塩が1〜90重量部含まれることが好ましく、5〜75重量部含まれることがより好ましく、10〜50重量部含まれることが特に好ましい。   When an electrolyte salt is added as the electrolyte, the electrolyte salt is preferably included in an amount of 1 to 90 parts by weight, more preferably 5 to 75 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the driving electrolyte. It is particularly preferable that 50 parts by weight is contained.

また、本発明においては、上記駆動電解液中にさらにイオン性液体を含むことができる。イオン性液体は、特に限定されないで用いることができる。なかでも、上記イオン性液体が、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などの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、およ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 、および下記式(5)で示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合せからなる塩を含むことが好ましい。これらのイオン性液体は単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。 In the present invention, the driving electrolyte may further contain an ionic liquid. The ionic liquid can be used without any particular limitation. Among these, the ionic liquid is composed of imidazolium ions such as tetraalkylammonium ions, dialkylimidazolium ions, and trialkylimidazolium ions, pyrazolium ions, pyrrolium ions, pyrrolium ions, pyrrolidinium ions, and piperidinium ions. At least one cation selected from the group consisting of PF 6 , BF 4 , AlCl 4 , ClO 4 , and an anion selected from at least one group selected from the group consisting of sulfonium imide anions represented by the following formula (5): It is preferable that the salt which consists of a combination of these is included. These ionic liquids may be used alone or in combination of two or more.

(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO)N (5)
[上記式(5)において、mおよびnは任意の整数である。]。
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 3) N - (5)
[In the above formula (5), m and n are arbitrary integers. ].

さらには、上記駆動電解液において、より速い駆動速度を得るために、上記アクチュエータ素子に含まれる導電性高分子のバルク中に下記式(6)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含み、かつ、上記駆動電解液中にも下記式(6)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含むことがより好ましい。   Furthermore, in the driving electrolyte solution, in order to obtain a higher driving speed, the bulk of the conductive polymer included in the actuator element includes a perfluoroalkylsulfonylimide ion represented by the following formula (6), In addition, it is more preferable that the driving electrolyte contains a perfluoroalkylsulfonylimide ion represented by the following formula (6).

(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO)N (6)
〔上記式(6)において、mおよびnは任意の整数。〕。
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) N - (6)
[In the above formula (6), m and n are arbitrary integers. ].

また、上記駆動電解液において、より速い駆動速度を得るために、上記アクチュエータ素子に含まれる導電性高分子のバルク中に下記式(7)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含み、かつ、上記駆動電解液中にも下記式(7)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含むことがより好ましい。   In addition, in order to obtain a higher driving speed in the driving electrolyte, the bulk of the conductive polymer included in the actuator element includes perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (7), In addition, it is more preferable that the driving electrolyte contains a perfluoroalkylsulfonyl metide ion represented by the following formula (7).

(C(2l+1)SO)(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO)C (7)
〔上記式(7)において、l、mおよびnは任意の整数。〕。
(C l F (2l + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) C - (7)
[In the above formula (7), l, m and n are arbitrary integers. ].

これらのドーパントイオンを含むことにより、上記導電性高分子のバルク中に上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンが取り込まれ、または放出されて、導電性高分子が大きな伸縮運動をすることができるので、上記アクチュエータ素子は、従来の導電性高分子の電解伸縮方法に比べて、速い駆動速度を示すことができる。   By containing these dopant ions, the perfluoroalkylsulfonylimide or perfluoroalkylsulfonylmethide ion is taken into or released from the bulk of the conductive polymer, and the conductive polymer has a large stretching motion. Therefore, the actuator element can exhibit a higher driving speed than the conventional electrolytic polymer electrostretching method.

なお、本発明のアクチュエータ素子においては、特定の形状を有し、かつ導電性高分子を含んでなる導電性高分子有形物に含まれるアニオンと同じアニオンが、上記駆動電解液中に含まれることが好ましい。上記アクチュエータ素子に用いられた導電性高分子のバルク中に含まれ、ドーパントとして機能し得るアニオンと同じアニオンが上記作動電解液中に含まれることにより、導電性高分子バルク中への出入りが容易となりやすく、所望の伸縮量の電解伸縮を容易に得ることができる。また、上記駆動電解液中に含まれるアニオンがパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンである場合には、上記駆動電解液中で電解伸縮をさせる導電性高分子有形物の製造用電解液中に含まれるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンとイオン半径が同程度であることが、電解伸縮を容易に行うことができるので好ましい。   In the actuator element of the present invention, the driving electrolyte contains the same anion as the anion contained in the conductive polymer tangible material having a specific shape and containing the conductive polymer. Is preferred. Easily enter / exit into the conductive polymer bulk by containing the same anion as the anion that can be used as a dopant in the bulk of the conductive polymer used in the actuator element. Therefore, it is possible to easily obtain a desired amount of electrolytic expansion / contraction. In addition, when the anion contained in the driving electrolyte is perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion, production of a conductive polymer tangible material that causes electrolytic stretching in the driving electrolyte It is preferable that the ionic radius is the same as that of perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion contained in the electrolyte for electrolysis because the electrolytic expansion and contraction can be easily performed.

(導電性高分子アクチュエータの製造方法)
導電性高分子アクチュエータは、電解重合により作用電極上に得られた導電性高分子膜をそのまま用いることができる。また、基材に直接電解重合することで、導電性高分子層(膜)を形成することもできる。また、基材の両面に同時に、導電性高分子層(膜)を電解重合により形成できる。また、基材の片面では密度の高い導電性高分子層(膜)を、その他方の面では密度の低い導電性高分子層(膜)を同時に或いは別々に形成することもできる。かかる場合、導電性高分子層(膜)が導電性高分子アクチュエータに相当し、密度の低い導電性高分子層(膜)は、従動対極に相当する。
(Method for producing conductive polymer actuator)
As the conductive polymer actuator, the conductive polymer film obtained on the working electrode by electrolytic polymerization can be used as it is. Moreover, a conductive polymer layer (film | membrane) can also be formed by carrying out direct electropolymerization to a base material. Moreover, a conductive polymer layer (film) can be simultaneously formed on both surfaces of the substrate by electrolytic polymerization. Further, a conductive polymer layer (film) having a high density can be formed on one side of the substrate, and a conductive polymer layer (film) having a low density on the other side can be formed simultaneously or separately. In this case, the conductive polymer layer (film) corresponds to a conductive polymer actuator, and the low-density conductive polymer layer (film) corresponds to a driven counter electrode.

また、電解重合により直接に基材に導電性高分子層(膜)を形成するのではなく、金属電極層を介して行なうことがより好ましい。金属電極層としては、金、白金、ニッケルなどを用いることができるが、なかでも金、白金などが好ましい。金属電極層は、公知の方法によって基材に形成することができ、例えば、スパッタリングによって基材に電極層を形成することができる。電極層の厚みは、特に制限されない。   Further, it is more preferable that the conductive polymer layer (film) is not directly formed on the base material by electrolytic polymerization, but is performed through the metal electrode layer. As the metal electrode layer, gold, platinum, nickel and the like can be used, and gold, platinum and the like are particularly preferable. The metal electrode layer can be formed on the substrate by a known method. For example, the electrode layer can be formed on the substrate by sputtering. The thickness of the electrode layer is not particularly limited.

また、上記電解重合に用いる電解液(導電性高分子製造用電解液)が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基およびニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合または官能基を含む有機化合物および/またはハロゲン化炭化水素を溶媒として含むことが好ましい。上記の電解液中に上記溶媒を含み、さらに、パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンなどを含むことにより、得られた導電性高分子は、1酸化還元サイクル当たりにおいてより大きな電解伸縮を示すものとなる。   Moreover, the electrolytic solution (electrolytic solution for producing a conductive polymer) used for the above-mentioned electropolymerization is an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group. It is preferable to contain an organic compound containing a functional group and / or a halogenated hydrocarbon as a solvent. By including the above-mentioned solvent in the above electrolytic solution and further including perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion, the obtained conductive polymer is larger in one redox cycle. It shows electrolytic expansion and contraction.

上記有機化合物としては、たとえば、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン(以上、エーテル結合を含む有機化合物)、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸−t−ブチル、1,2−ジアセトキシエタン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル(以上、エステル結合を含む有機化合物)、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネイト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート(以上、カーボネート結合を含む有機化合物)、エチレングリコール、ブタノール、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−オクタノール、1−デカノール、1−ドデカノール、1−オクタデカノール(以上、ヒドロキシル基を含む有機化合物)、ニトロメタン、ニトロベンゼン(以上、ニトロ基を含む有機化合物)、スルホラン、ジメチルスルホン(以上、スルホン基を含む有機化合物)、およびアセトニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル(以上、ニトリル基を含む有機化合物)をあげることができる。なお、ヒドロキシル基を含む有機化合物は、特に限定されるものではないが、多価アルコールおよび炭素数4以上の1価アルコールであることが、伸縮率が良いためにより好ましい。なお、上記有機化合物は、上記の例示以外にも、分子中にエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基およびニトリル基のうち、2つ以上の結合または官能基を任意の組み合わせで含む有機化合物であってもよい。   Examples of the organic compound include 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane (an organic compound containing an ether bond), γ-butyrolactone, Ethyl acetate, n-butyl acetate, t-butyl acetate, 1,2-diacetoxyethane, 3-methyl-2-oxazolidinone, methyl benzoate, ethyl benzoate, butyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate ( Above, organic compound containing ester bond), propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate (above, organic compound containing carbonate bond), ethylene glycol, butanol, 1-hexanol, cyclohexano 1-octanol, 1-decanol, 1-dodecanol, 1-octadecanol (above, organic compound containing hydroxyl group), nitromethane, nitrobenzene (above, organic compound containing nitro group), sulfolane, dimethylsulfone (above) , An organic compound containing a sulfone group), and acetonitrile, butyronitrile, benzonitrile (an organic compound containing a nitrile group). The organic compound containing a hydroxyl group is not particularly limited, but is preferably a polyhydric alcohol or a monohydric alcohol having 4 or more carbon atoms because of its high expansion / contraction ratio. In addition to the above examples, the organic compound may have any two or more bonds or functional groups among the ether bond, ester bond, carbonate bond, hydroxyl group, nitro group, sulfone group and nitrile group in the molecule. It may be an organic compound contained in combination.

また、上記導電性高分子製造用電解液に溶媒として含まれるハロゲン化炭化水素は、炭化水素中の水素が少なくとも1つ以上ハロゲン原子に置換されたもので、電解重合条件で液体として安定に存在することができるものであれば、特に限定されるものではない。上記ハロゲン化炭化水素としては、たとえば、ジクロロメタン、ジクロロエタンをあげることができる。上記ハロゲン化炭化水素は、1種類のみを上記導電性高分子製造用電解液中の溶媒として用いることもできるが、2種以上併用することもできる。また、上記ハロゲン化炭化水素は、上記の有機化合物との混合液として用いてもよく、上記有機溶媒との混合溶媒を上記導電性高分子製造用電解液中の溶媒として用いることもできる。   In addition, the halogenated hydrocarbon contained as a solvent in the electrolytic solution for producing a conductive polymer is one in which at least one hydrogen in the hydrocarbon is substituted with a halogen atom, and is stably present as a liquid under electrolytic polymerization conditions. If it can do, it will not specifically limit. Examples of the halogenated hydrocarbon include dichloromethane and dichloroethane. Although only one kind of the halogenated hydrocarbon can be used as a solvent in the electrolytic solution for producing the conductive polymer, two or more kinds can be used in combination. The halogenated hydrocarbon may be used as a mixed solution with the organic compound, or a mixed solvent with the organic solvent may be used as a solvent in the electrolytic solution for producing the conductive polymer.

上記電解重合法により得られた導電性高分子のバルク中には、上記電解重合法に用いられた上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンが存在することとなる。上記導電性高分子が上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含む上記導電性高分子は、上述のように1酸化還元サイクル当りの伸縮量が大きく、駆動速度(%/s)の値も大きく、しかも、容易に得ることができるので好ましい。たとえば、上記の導電性高分子の有形物を膜状体は、従来の導電性高分子の電解伸縮がその最大の伸縮率が面方向で1酸化還元サイクル当たり10〜15%程度までしか得られていなかったのに対して、ドーパントとして上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを導電性高分子のバルク中に含むことにより、長さ方向において、1酸化還元サイクル当たり16%以上、特に20%以上の優れた最大の伸縮率を示すことが可能となる。上記膜状体は、人工筋肉に代表される大きな伸縮率が要求される用途に好適に用いることができる。なお、上記の導電性高分子の有形物は、ドーパントの他に、動作電極としての抵抗値を低下させるために、金属線や導電性酸化物などの導電性材料を適宜含むことができる。   In the bulk of the conductive polymer obtained by the electrolytic polymerization method, the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion used in the electrolytic polymerization method is present. The conductive polymer in which the conductive polymer contains the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion has a large expansion / contraction amount per one oxidation-reduction cycle as described above, and the driving speed (% / The value of s) is also large, and it is preferable because it can be easily obtained. For example, in the case of a film-like body of the above-described conductive polymer tangible material, the maximum expansion rate of conventional electroconductive polymer electrostriction can be obtained up to about 10 to 15% per oxidation-reduction cycle in the surface direction. In contrast, the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion is included as a dopant in the bulk of the conductive polymer, so that 16% per oxidation-reduction cycle in the lengthwise direction. As described above, an excellent maximum expansion / contraction rate of 20% or more can be exhibited. The film-like body can be suitably used for applications requiring a large expansion / contraction rate typified by artificial muscle. In addition to the dopant, the conductive polymer tangible material may appropriately include a conductive material such as a metal wire or a conductive oxide in order to reduce the resistance value as the working electrode.

上記電解重合法における上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンの電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、十分な電解液のイオン導電性を確保するために、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩として、電解液中に1〜40重量%含まれるのが好ましく、2.8〜20重量%含まれるのがより好ましい。また、電解重合法により得られる導電性高分子膜の膜質を向上させるために、トリフルオロメタンスルホン酸塩を電解液中に1〜80%加えた複合電解質を用いることもできる。また、これらのイオンは単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。   The content of the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion in the electrolytic polymerization method in the electrolytic solution is not particularly limited, but in order to ensure sufficient ionic conductivity of the electrolytic solution. The perfluoroalkylsulfonylimide salt is preferably contained in the electrolytic solution in an amount of 1 to 40% by weight, and more preferably 2.8 to 20% by weight. Moreover, in order to improve the film quality of the conductive polymer film obtained by the electrolytic polymerization method, a composite electrolyte in which 1 to 80% of trifluoromethanesulfonate is added to the electrolytic solution can also be used. Moreover, these ions may be used alone or in combination of two or more.

また、上記電解重合法にて用いられる電解液(導電性高分子製造用電解液)には、さらに、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩を含む以外に、導電性高分子の単量体を含んでいてもよく、さらにポリエチレングリコールやポリアクリルアミドなどの公知のその他の添加剤を含むこともできる。   In addition, the electrolytic solution (electrolytic solution for producing a conductive polymer) used in the electrolytic polymerization method further contains a monomer of a conductive polymer in addition to the perfluoroalkylsulfonylimide salt. In addition, other known additives such as polyethylene glycol and polyacrylamide may also be included.

上記電解重合法は、導電性高分子単量体の電解重合として、公知の電解重合方法を用いることが可能であり、定電位法、定電流法および電気掃引法のいずれをも適宜用いることができる。たとえば、上記電解重合法は、電流密度0.01〜20mA cm−2、反応温度−70〜80℃で行うことができ、良好な膜質の導電性高分子を得るために、電流密度0.1〜2mA cm−2、反応温度−40〜40℃の条件下で行うことが好ましく、反応温度が−30〜30℃の条件であることがより好ましい。 As the electropolymerization method, a known electropolymerization method can be used as the electropolymerization of the conductive polymer monomer, and any of the constant potential method, the constant current method, and the electric sweep method can be appropriately used. it can. For example, the electrolytic polymerization method can be performed at a current density of 0.01 to 20 mA cm −2 and a reaction temperature of −70 to 80 ° C. In order to obtain a conductive polymer having a good film quality, a current density of 0.1 It is preferable to carry out under the conditions of ˜2 mA cm −2 and the reaction temperature of −40 to 40 ° C., and the reaction temperature is more preferably −30 to 30 ° C.

なお、上記電解重合法に用いられる作用電極は、電解重合に用いることができれば特に限定されるものではなく、ITOガラス電極、炭素電極や金属電極などを適宜用いることができる。上記金属電極は、金属を主とする電極であれば特に限定されるものではないが、Pt、Ti、Ni、Au、Ta、Mo、CrおよびWからなる群より選ばれた金属元素についての金属単体の電極または合金の電極を好適に用いることができる。なかでも、得られた導電性高分子の伸縮率および発生力が大きく、かつ電極を容易に入手できることから、金属電極に含まれる金属種がPt、Tiであることが特に好ましい。なお、上記合金としては、たとえば、商品名「INCOLOY alloy 825」、「INCONEL alloy 600」、「INCONEL alloy X−750」(以上、大同スペシャルメタル社製)を用いることができる。また、対極については公知の電極、たとえばPt、Niを好適に用いることができる。   In addition, the working electrode used for the said electrolytic polymerization method will not be specifically limited if it can be used for electrolytic polymerization, An ITO glass electrode, a carbon electrode, a metal electrode, etc. can be used suitably. The metal electrode is not particularly limited as long as it is an electrode mainly composed of metal, but a metal for a metal element selected from the group consisting of Pt, Ti, Ni, Au, Ta, Mo, Cr and W. A single electrode or an alloy electrode can be preferably used. Among them, the metal species contained in the metal electrode is particularly preferably Pt or Ti because the obtained conductive polymer has a large expansion / contraction rate and generation force and the electrode can be easily obtained. As the above alloy, for example, trade names “INCOLOY alloy 825”, “INCONEL alloy 600”, “INCONEL alloy X-750” (manufactured by Daido Special Metal Co., Ltd.) can be used. As the counter electrode, a known electrode such as Pt or Ni can be preferably used.

上記電解重合法に用いられる電解液に含まれる導電性高分子の単量体としては、電解重合による酸化により高分子化して導電性を示す化合物であれば特に限定されるものではなく、たとえばピロール、チオフェン、イソチアナフテン等の複素五員環式化合物、ならびにそのアルキル基、オキシアルキル基等の誘導体があげられる。なかでも、ピロール、チオフェン等の複素五員環式化合物、ならびにその誘導体が好ましく、特にピロールおよび/またはピロール誘導体を含む導電性高分子であることが、製造が容易であり、導電性高分子として安定であるために好ましい。これらの化合物は単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。   The monomer of the conductive polymer contained in the electrolytic solution used in the above electrolytic polymerization method is not particularly limited as long as it is a compound that is polymerized by oxidation by electrolytic polymerization and exhibits conductivity. For example, pyrrole , Hetero five-membered cyclic compounds such as thiophene and isothianaphthene, and derivatives such as alkyl groups and oxyalkyl groups thereof. Of these, hetero five-membered cyclic compounds such as pyrrole and thiophene, and derivatives thereof are preferable, and in particular, a conductive polymer containing pyrrole and / or a pyrrole derivative is easy to produce, and as a conductive polymer. It is preferable because it is stable. These compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記アクチュエータ素子において、上記導電性高分層(膜)の厚みは、デバイスの仕様により適宜設計するものであり、例えば0.01〜数百μmの範囲が例示できる。   In the actuator element, the thickness of the conductive high-layer (film) is appropriately designed according to the specifications of the device, and examples thereof include a range of 0.01 to several hundred μm.

(電極部材)
電極部材は、その形状及びサイズが特に制限されず、デバイス用途に応じて、例えば、円形、方形、多角形、異形等を適宜設計できる。また、電極部材は、ソリッド素材、フレキシブル素材で構成でき、デバイスとしてのその用途に応じた素材を選択できる。また、電極部材は、その機能を発揮するものであれば特に制限されないが、例えば、金属、貴金属が例示される。
(Electrode member)
The shape and size of the electrode member are not particularly limited, and for example, a circular shape, a square shape, a polygonal shape, an irregular shape, and the like can be appropriately designed according to the device application. The electrode member can be made of a solid material or a flexible material, and a material can be selected according to its use as a device. The electrode member is not particularly limited as long as it exhibits its function, and examples thereof include metals and noble metals.

また、電極部材は、アクチュエータ素子の両面に対して印加できるように、例えば、一対の部材で構成される。そして、電極部材に形成される開孔部は、その形状及びサイズが特に制限されず、デバイス用途に応じて、例えば、円形、方形、多角形、異形等を適宜設計できる。また、開孔部は、一方の部材に形成してもよく、両方の部材に形成することもできる。また、開孔部は複数設けることもできる。   Further, the electrode member is constituted by, for example, a pair of members so that it can be applied to both surfaces of the actuator element. And the shape and size in particular of the aperture part formed in an electrode member are not restrict | limited, For example, according to a device use, a round shape, a square shape, a polygon, an irregular shape, etc. can be designed suitably. Moreover, an opening part may be formed in one member, and can also be formed in both members. Also, a plurality of apertures can be provided.

(面状デバイスの構成)
(実施形態1)
図1を用いて面状デバイスの一例を説明する。図1(a)は面状デバイスAの外観例を示している。面状デバイスAは、その形状が円形であり、図1(b)に示すように電極部材1a、1bの各々に円形の開孔部1c、1dが形成されている。基材2の一方面には導電性高分子アクチュエータ3が、その反対面には従動対極4が形成されている。電極部材1a、1bはアクチュエータ素子A1の端部をその全周にわたり挟み込むように組み立てられている。組み立ては特に制限されないが、例えばビスで固定することができる。また、面状デバイスA又アクチュエータ素子A1は、予め駆動電解液に浸して、基材2に駆動電解液を保持させる。さらに、駆動電解液に浸した際に、アクチュエータ素子A1が膨潤し、膨潤して伸びた分が、図面上では下側に凹形状として示されている。
(Structure of planar device)
(Embodiment 1)
An example of a planar device will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows an example of the appearance of the planar device A. The planar device A has a circular shape, and circular opening portions 1c and 1d are formed in each of the electrode members 1a and 1b as shown in FIG. A conductive polymer actuator 3 is formed on one surface of the substrate 2, and a driven counter electrode 4 is formed on the opposite surface. The electrode members 1a and 1b are assembled so as to sandwich the end of the actuator element A1 over the entire circumference. The assembly is not particularly limited, but can be fixed with screws, for example. In addition, the planar device A or the actuator element A1 is preliminarily immersed in the driving electrolyte so that the substrate 2 holds the driving electrolyte. Further, when the actuator element A1 swells when immersed in the drive electrolyte, the amount of swelling and expansion is shown as a concave shape on the lower side in the drawing.

図1(c)(d)は、面状デバイスAに球体の錘5を載せ、電圧を印加した場合について説明する図である。図1(c)に示すように、導電性高分子アクチュエータ3に正極を印加し、従動対極4に負極を印加した場合、導電性高分子アクチュエータ3が伸長し、それに従動するように基材2、従動対極4が挙動する。その結果、アクチュエータ素子A1が錘5を載せたまま垂直下方に直動変位する。そして、電圧印加を停止すると、この直動変位も停止し、電圧印加を再度行なうと直動変位も再開する。   FIGS. 1C and 1D are diagrams illustrating a case where a spherical weight 5 is placed on the planar device A and a voltage is applied. As shown in FIG. 1 (c), when a positive electrode is applied to the conductive polymer actuator 3 and a negative electrode is applied to the driven counter electrode 4, the conductive polymer actuator 3 extends and follows the base 2. The driven counter electrode 4 behaves. As a result, the actuator element A1 is linearly displaced vertically downward with the weight 5 placed on it. When the voltage application is stopped, the linear displacement is also stopped, and when the voltage application is performed again, the linear displacement is resumed.

また、図1(d)に示すように、導電性高分子アクチュエータ3に負極を印加し、従動対極4に正極を印加した場合、導電性高分子アクチュエータ3が収縮し、それに従動するように基材2、従動対極4が挙動する。その結果、アクチュエータ素子A1が錘5を載せたまま垂直上方に直動変位する。そして、電圧印加を停止すると、この直動変位も停止し、電圧印加を再度行なうと直動変位も再開する。   In addition, as shown in FIG. 1D, when a negative electrode is applied to the conductive polymer actuator 3 and a positive electrode is applied to the driven counter electrode 4, the conductive polymer actuator 3 contracts and is driven so as to follow. The material 2 and the driven counter electrode 4 behave. As a result, the actuator element A1 is linearly displaced vertically upward while the weight 5 is placed. When the voltage application is stopped, the linear displacement is also stopped, and when the voltage application is performed again, the linear displacement is resumed.

実施形態1の面状デバイスAは、例えば、導電性高分子アクチュエータ3が収縮する場合の引き上げ力として機能する。   The planar device A of Embodiment 1 functions as a pulling force when the conductive polymer actuator 3 contracts, for example.

(実施形態2)
図2を用いて面状デバイスの一例を説明する。図2(a)は面状デバイスBの断面図の一例を示している。面状デバイスBは、その形状が円形であり、電極部材11a、11bの各々に円形の開孔部11c、11dが形成されている。基材2の両面には導電性高分子アクチュエータ13,14が、同じ厚み又は略同じ厚みに形成されている。また、導電性高分子アクチュエータ13,14は、円形の開孔部11c、11dよりも小さい面積に形成され、電極部材11a、11bは、基材12の端部をその全周にわたり挟み込むように組み立てられている。組み立ては特に制限されないが、例えばビスで固定することができる。また、面状デバイスB又アクチュエータ素子B1は、予め駆動電解液に浸して、基材2に駆動電解液を保持させる。さらに、駆動電解液に浸した際に、アクチュエータ素子B1が膨潤し、膨潤して伸びた分が、図面上では下側に凹形状として示されている。
(Embodiment 2)
An example of a planar device will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows an example of a cross-sectional view of the planar device B. The planar device B has a circular shape, and circular hole portions 11c and 11d are formed in the electrode members 11a and 11b, respectively. Conductive polymer actuators 13 and 14 are formed on both surfaces of the substrate 2 to have the same thickness or substantially the same thickness. The conductive polymer actuators 13 and 14 are formed in an area smaller than the circular opening portions 11c and 11d, and the electrode members 11a and 11b are assembled so as to sandwich the end portion of the substrate 12 over the entire circumference. It has been. The assembly is not particularly limited, but can be fixed with screws, for example. Further, the planar device B or the actuator element B1 is preliminarily immersed in the driving electrolyte, and the driving electrolyte is held on the base 2. Furthermore, when immersed in the driving electrolyte, the actuator element B1 swells and the amount of swelling and extension is shown as a concave shape on the lower side in the drawing.

図2(b)に示すように、導電性高分子アクチュエータ13に負極を印加し、導電性高分子アクチュエータ14に正極を印加した場合、導電性高分子アクチュエータ13が収縮し、導電性高分子アクチュエータ14が伸長する。それらに従動するように基材12が挙動する。その結果、アクチュエータ素子B1は、垂直上方に直動変位する。そして、電圧印加を停止すると、図2(b)に示した状態(上向きに凸形状)が維持される。   As shown in FIG. 2B, when a negative electrode is applied to the conductive polymer actuator 13 and a positive electrode is applied to the conductive polymer actuator 14, the conductive polymer actuator 13 contracts, and the conductive polymer actuator 14 extends. The base material 12 behaves so as to follow them. As a result, the actuator element B1 is linearly displaced vertically upward. When the voltage application is stopped, the state shown in FIG. 2B (upwardly convex shape) is maintained.

一方、導電性高分子アクチュエータ13に正極を印加し、導電性高分子アクチュエータ14に負極を印加した場合、導電性高分子アクチュエータ13が伸長し、導電性高分子アクチュエータ14が収縮する。それらに従動するように基材2が挙動する。その結果、アクチュエータ素子B1は、垂直下方に直動変位する。そして、電圧印加を停止すると、図2(a)に示した状態(下向きに凸形状)が維持される。   On the other hand, when a positive electrode is applied to the conductive polymer actuator 13 and a negative electrode is applied to the conductive polymer actuator 14, the conductive polymer actuator 13 expands and the conductive polymer actuator 14 contracts. The base material 2 behaves so as to follow them. As a result, the actuator element B1 is linearly displaced vertically downward. When the voltage application is stopped, the state shown in FIG. 2A (a convex shape downward) is maintained.

図2(c)は、基材2の両面には導電性高分子アクチュエータ13,14が、同じ厚み又は略同じ厚みに形成され、かつ、導電性高分子アクチュエータ13,14は、円形の開孔部11c、11dよりも大きい面積に形成され、電極部材11a、11bが導電性高分子アクチュエータ13,14の端部をその全周にわたり挟み込むように組み立てられている一例を示している。この構成においても、導電性高分子アクチュエータ13に正極を印加し、導電性高分子アクチュエータ14に負極を印加した場合、垂直下方に直動変位し、下側に凸形状を形成する。そして、導電性高分子アクチュエータ13に負極を印加し、導電性高分子アクチュエータ14に正極を印加した場合、垂直上方に直動変位し、上側に凸形状を形成する。   In FIG. 2C, the conductive polymer actuators 13 and 14 are formed on the both surfaces of the base material 2 to have the same thickness or substantially the same thickness, and the conductive polymer actuators 13 and 14 have circular openings. An example is shown in which the electrode members 11a and 11b are assembled so as to sandwich the end portions of the conductive polymer actuators 13 and 14 over their entire circumferences, with an area larger than the portions 11c and 11d. Also in this configuration, when a positive electrode is applied to the conductive polymer actuator 13 and a negative electrode is applied to the conductive polymer actuator 14, it is linearly displaced vertically downward to form a convex shape on the lower side. Then, when a negative electrode is applied to the conductive polymer actuator 13 and a positive electrode is applied to the conductive polymer actuator 14, it is displaced linearly upward and forms a convex shape on the upper side.

実施形態2の面状デバイスBは、基材12を挟んで導電性高分子アクチュエータ13、14が形成され、その各々が作用極−対極の関係となっており、一方が伸びると他方が縮むバイモルフ構成になっている。このような構成であるため、厚み方向の変位は、凹凸の変位となる。   In the planar device B of the second embodiment, conductive polymer actuators 13 and 14 are formed with a base material 12 sandwiched therebetween, each of which has a working electrode-counter electrode relationship, and when one is extended, the other is contracted by a bimorph. It is configured. Due to such a configuration, the displacement in the thickness direction is a displacement of unevenness.

(実施形態3)
図3を用いて面状デバイスの一例を説明する。面状デバイスCは、その形状が円形であり、図3(a)に示すように電極部材21a、21bの各々に円形の開孔部21c、21d(なお、21dは無くてもよい)が形成されている。基材22の一方面(図上で上側)には導電性高分子アクチュエータ23が、その反対面には従動対極24が形成されている。導電性高分子アクチュエータ23は、基材22に形成されるが、図3では、開孔部21c内の位置で、他の部分よりも厚みがあるように形成してある。なお、基材22に形成される全体にわたり所定の厚みを有するように形成してもよい。
(Embodiment 3)
An example of the planar device will be described with reference to FIG. The planar device C has a circular shape, and as shown in FIG. 3A, circular apertures 21c and 21d (21d may be omitted) are formed in the electrode members 21a and 21b, respectively. Has been. A conductive polymer actuator 23 is formed on one surface (upper side in the drawing) of the base material 22, and a driven counter electrode 24 is formed on the opposite surface. The conductive polymer actuator 23 is formed on the base material 22, but in FIG. 3, the conductive polymer actuator 23 is formed so as to be thicker than other portions at a position in the opening 21 c. In addition, you may form so that it may have predetermined thickness over the whole formed in the base material 22. FIG.

電極部材21a、21bはアクチュエータ素子C1の端部をその全周にわたり挟み込むように組み立てられている。組み立ては特に制限されないが、例えばビスで固定することができる。また、面状デバイスC又アクチュエータ素子C1は、予め駆動電解液に浸して、基材22に駆動電解液を保持させる。さらに、駆動電解液に浸した際に、アクチュエータ素子C1が膨潤し、膨潤して伸びた分が、図面上では上側に凸形状として示されている。   The electrode members 21a and 21b are assembled so as to sandwich the end of the actuator element C1 over the entire circumference. The assembly is not particularly limited, but can be fixed with screws, for example. Further, the planar device C or the actuator element C1 is preliminarily immersed in the driving electrolyte so that the substrate 22 holds the driving electrolyte. Further, when the actuator element C1 swells when dipped in the driving electrolyte, the amount of swelling and expansion is shown as a convex shape on the upper side in the drawing.

図3(b)に示すように、導電性高分子アクチュエータ23に正極を印加し、従動対極24に負極を印加した場合、導電性高分子アクチュエータ23が伸長し、アクチュエータ素子C1全体の挙動としては、垂直上向きに直動変位する。ここで発生した押し上げ力は、導電性高分子アクチュエータ23の厚みに応じて強く(大きく)なる。さらに、導電性高分子アクチュエータ23が所定の厚みを有することで、電極部材21aの開孔部21c内壁面に規制され、垂直上向きに発生する押し上げ力が強い(大きい)ものになると推測される。なお、基材22および従動対極24は、導電性高分子アクチュエータ23の挙動に従動する。そして、電圧印加を停止すると、この直動変位も停止し、電圧印加を再度行なうと直動変位も再開する。   As shown in FIG. 3B, when a positive electrode is applied to the conductive polymer actuator 23 and a negative electrode is applied to the driven counter electrode 24, the conductive polymer actuator 23 expands, and the behavior of the entire actuator element C1 is as follows. , It is displaced linearly upwards vertically. The pushing force generated here becomes stronger (larger) according to the thickness of the conductive polymer actuator 23. Furthermore, when the conductive polymer actuator 23 has a predetermined thickness, it is presumed that the push-up force generated vertically upward is strong (large) by being restricted by the inner wall surface of the aperture 21c of the electrode member 21a. The base material 22 and the driven counter electrode 24 follow the behavior of the conductive polymer actuator 23. When the voltage application is stopped, the linear displacement is also stopped, and when the voltage application is performed again, the linear displacement is resumed.

図3(c)に示すように、導電性高分子アクチュエータ23に負極を印加し、従動対極24に正極を印加した場合、導電性高分子アクチュエータ23が収縮し、アクチュエータ素子C1全体の挙動としては、垂直下向きに直動変位する。   As shown in FIG. 3C, when a negative electrode is applied to the conductive polymer actuator 23 and a positive electrode is applied to the driven counter electrode 24, the conductive polymer actuator 23 contracts, and the behavior of the entire actuator element C1 is as follows. , Linearly move downwards vertically.

実施形態3の面状デバイスCは、例えば、実施形態1の面状デバイスAを構成する導電性高分子アクチュエータ(層)を厚くすることで、その導電性高分子アクチュエータ(層)が伸び挙動を示す時に、開孔された電極部材による変位規制により盛り上げる押し上げ力として機能する。導電性高分子アクチュエータ(層)の厚みは、電極部材の開孔部の大きさに依存し、例えば、円形開孔部の直径の1%以上の厚みとなるように設定することが好ましい。例えば、円形開孔部の直径が3mmであれば、導電性高分子アクチュエータ(層)の厚みを30μm以上に設定することが好ましい。導電性高分子アクチュエータ(層)の厚みを大きくすればするほど、押し上げ力は強くなると考えられる。   In the planar device C of the third embodiment, for example, by increasing the thickness of the conductive polymer actuator (layer) constituting the planar device A of the first embodiment, the conductive polymer actuator (layer) exhibits an elongation behavior. When shown, it functions as a push-up force that rises due to displacement restriction by the opened electrode member. The thickness of the conductive polymer actuator (layer) depends on the size of the aperture of the electrode member, and is preferably set to be 1% or more of the diameter of the circular aperture, for example. For example, if the diameter of the circular aperture is 3 mm, the thickness of the conductive polymer actuator (layer) is preferably set to 30 μm or more. It is considered that the pushing force increases as the thickness of the conductive polymer actuator (layer) increases.

(電圧印加制御)
本発明において、印加電圧の制御方法は、例えば、正負極の切り替え、電圧値制御、パルス制御、連続印加、断続的印加制御等が例示される。また、本発明において、印加する時間(期間)に比例して、伸縮が生じている。よって、印加時間を制御することで、直動変位量を簡単に制御できる。
(Voltage application control)
In the present invention, examples of the method for controlling the applied voltage include switching between positive and negative electrodes, voltage value control, pulse control, continuous application, and intermittent application control. In the present invention, expansion and contraction occurs in proportion to the applied time (period). Therefore, the amount of linear motion displacement can be easily controlled by controlling the application time.

また、印加電圧は、デバイスのサイズ・性能、電導性高分子アクチュエータの材料、厚み、サイズ等の設計に依存するが、電導性高分子としてポリピロールを用いた場合、その印加電圧は、例えば、ポリピロールが分解しない電圧値以下が望ましく、0.75Vから2Vの範囲が例示される。   The applied voltage depends on the design of the device size / performance, conductive polymer actuator material, thickness, size, etc. When polypyrrole is used as the conductive polymer, the applied voltage is, for example, polypyrrole. Is not more than a voltage value that does not decompose, and a range of 0.75 V to 2 V is exemplified.

<別実施形態>
電導性高分子アクチュエータを形成する場合、その形成面積は、開孔部より小さいものでもよい。また、電導性高分子アクチュエータは、電極部材に挟まれていなくてもよい。また、電極部材は、デバイスの用途に応じて、剛性のあるものに制限されず、柔軟性のある導電性部材で構成することができる。また、電極部材の形状は、デバイスの用途に応じて、形状を設計でき、さらに、開孔部のサイズも適宜設計できる。
<Another embodiment>
When the conductive polymer actuator is formed, the formation area may be smaller than the opening portion. The conductive polymer actuator may not be sandwiched between the electrode members. Further, the electrode member is not limited to a rigid member depending on the application of the device, and can be composed of a flexible conductive member. In addition, the shape of the electrode member can be designed according to the use of the device, and the size of the aperture can be appropriately designed.

(用途)
本発明の面状デバイスは、ダイアフラムポンプ、触覚ディスプレイ、マッサージ器等のアクチュエータとして利用可能である。
(Use)
The planar device of the present invention can be used as an actuator such as a diaphragm pump, a tactile display, and a massager.

また、面状デバイスを多層に形成し、ストロークを要求するものにも利用できる。また、多層にすることで、部分的な変位を取り出せ、分解能を要求する用途にも適用できる。   In addition, the planar device can be used for a device that forms a multilayer and requires a stroke. In addition, by using multiple layers, partial displacement can be taken out and the invention can be applied to applications that require resolution.

本発明の面状デバイスは、より具体的には、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および航空機用付属装備展張装置、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、ブレーキおよ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も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。   More specifically, the planar device of the present invention is an OA device, an antenna, a device on which a person such as a bed or a chair is placed, a medical device, an engine, an optical device, a fixture, a side trimmer, a vehicle, an elevator, a food processing Equipment, cleaning equipment, measuring equipment, inspection equipment, control equipment, machine tools, processing machines, electronic equipment, electron microscopes, electric razors, electric toothbrushes, manipulators, masts, game equipment, amusement equipment, riding simulation equipment, vehicle occupants A valve, brake and lock device used for all machines including the above-mentioned devices such as a presser device, an aircraft accessory equipment expansion device, OA equipment and measuring equipment, etc., comprises a drive part or a circular arc part that generates a linear drive force. Drive unit that generates driving force to move the track type track, or linear or curvilinear motion It can be suitably used as the pressing unit.

また、面状デバイスは、上記の装置、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、および押圧装置の押圧部において、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も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。   In addition to the above-mentioned devices, equipment, instruments, etc., the planar device is a positioning device drive unit, a posture control device drive unit, a lifting device drive unit, a transport device drive unit, Driving unit that generates linear driving force in driving unit of moving device, driving unit of adjusting device such as amount and direction, driving unit of adjusting device such as shaft, driving unit of guiding device, and pressing unit of pressing device Or it can use suitably as a drive part which generates the drive force for moving the track type track which consists of circular arc parts, or a press part which carries out a linear operation or a curve operation.

また、面状デバイスは、関節装置における駆動部として、関節中間部材等の直接駆動可能な関節部または関節に回転運動を与える駆動部に好適に用いることができる。   In addition, the planar device can be suitably used as a drive unit in the joint device, such as a joint unit that can be directly driven, such as a joint intermediate member, or a drive unit that gives a rotational motion to the joint.

また、面状デバイスは、たとえば、CAD用プリンター等のインクジェットプリンターにおけるインクジェット部分の駆動部、プリンターの上記光ビームの光軸方向を変位させる駆動部、外部記憶装置等のディスクドライブ装置のヘッド駆動部、ならびに、プリンター、複写機およびファックスを含む画像形成装置の給紙装置における紙の押圧接触力調整手段の駆動部として好適に用いることができる。   The planar device includes, for example, a drive unit for an inkjet part in an inkjet printer such as a CAD printer, a drive unit for displacing the optical axis direction of the light beam of the printer, and a head drive unit for a disk drive device such as an external storage device. In addition, it can be suitably used as a drive unit for paper pressing contact force adjusting means in a paper feeding device of an image forming apparatus including a printer, a copier, and a fax machine.

面状デバイスは、たとえば、電波天文用の周波数共用アンテナ等の高周波数給電部を第2焦点へ移動させるなどの測定部や給電部の移動設置させる駆動機構の駆動部、ならびに、車両搭載圧空作動伸縮マスト(テレスコーピングマスト)等のマストやアンテナにおけるリフト機構の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device is, for example, a measurement unit for moving a high-frequency power supply unit such as a frequency sharing antenna for radio astronomy to the second focal point, a drive unit for a drive mechanism for moving the power supply unit, and a vehicle-mounted pneumatic operation It can be suitably used for a drive part of a lift mechanism in a mast such as a telescopic mast (telescoping mast) or an antenna.

また、面状デバイスは、たとえば、椅子状のマッサージ機のマッサージ部の駆動部、介護用または医療用ベッドの駆動部、電動リクライニング椅子の姿勢制御装置の駆動部、マッサージ機や安楽椅子等に用いられるリクライニングチェアのバックレスト・オットマンの起倒動自在にする伸縮ロッドの駆動部、椅子や介護用ベッド等における背もたれやレッグレスト等の人を乗せる家具における可倒式の椅子の背もたれやレッグレスト或いは介護用ベッドの寝台の旋回駆動等に用いられる駆動部、ならびに、起立椅子の姿勢制御のため駆動部に好適に用いることができる。   In addition, the planar device is used for, for example, a driving unit of a massage unit of a chair-shaped massage machine, a driving unit of a nursing care or medical bed, a driving unit of a posture control device of an electric reclining chair, a massage machine, an easy chair, or the like. Recliner backrest / Ottoman retractable rod drive part, chair backrest, legrest, etc. It can be suitably used for a drive unit used for turning driving of a bed of a care bed and the drive unit for posture control of a standing chair.

また、面状デバイスは、たとえば、検査装置の駆動部、体外血液治療装置等に用いられている血圧等の圧力測定装置の駆動部、カテーテル、内視鏡装置や鉗子等の駆動部、超音波を用いた白内障手術装置の駆動部、顎運動装置等の運動装置の駆動部、病弱者用ホイストのシャシの部材を相対的に伸縮させる手段の駆動部、ならびに、介護用ベッドの昇降、移動や姿勢制御等のための駆動部に好適に用いることができる。   In addition, the planar device includes, for example, a driving unit of a testing device, a driving unit of a pressure measuring device such as a blood pressure used in an extracorporeal blood treatment device, a driving unit of a catheter, an endoscope device or forceps, an ultrasonic wave, etc. A drive unit for a cataract surgery device using a chin, a drive unit for an exercise device such as a jaw movement device, a drive unit for a means for relatively expanding and contracting a member of a hoist for a sick person, It can be suitably used for a drive unit for posture control or the like.

面状デバイスは、たとえば、エンジン等の振動発生部からフレーム等の振動受部へ伝達される振動を減衰させる防振装置の駆動部、内燃機関の吸排気弁のための動弁装置の駆動部、エンジンの燃料制御装置の駆動部、ならびにディーゼルエンジン等のエンジンの燃料供給装置の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device includes, for example, a vibration isolator driving unit that attenuates vibration transmitted from a vibration generating unit such as an engine to a vibration receiving unit such as a frame, and a valve operating unit driving unit for an intake and exhaust valve of an internal combustion engine. It can be suitably used for a drive unit of an engine fuel control device and a drive unit of an engine fuel supply device such as a diesel engine.

面状デバイスは、たとえば、ホース金具をホース本体にカシメ固定する等の固定具の押圧部に好適に用いることができる。   The planar device can be suitably used, for example, for a pressing portion of a fixture such as caulking and fixing a hose fitting to a hose body.

上記面状デバイスは、たとえば、自動車のサスペンションの巻ばね等の駆動部、車両のフューエルフィラーリッドを解錠するフューエルフィラーリッドオープナーの駆動部、ブルドーザーブレードの伸張および引っ込みの駆動の駆動部、自動車用変速機の変速比を自動的に切り替えるためやクラッチを自動的に断接させるための駆動装置の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device includes, for example, a driving unit such as a winding spring of an automobile suspension, a driving unit of a fuel filler lid opener for unlocking a fuel filler lid of a vehicle, a driving unit for driving and extending and retracting a bulldozer blade, and for automobiles. It can be suitably used for a drive unit of a drive device for automatically switching the transmission gear ratio and for automatically connecting and disconnecting a clutch.

上記面状デバイスは、たとえば、座板昇降装置付車椅子の昇降装置の駆動部、段差解消用昇降機の駆動部、昇降移載装置の駆動部、医療用ベッド、電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、介護用ベッド、昇降テーブル、CTスキャナ、トラックのキャビンチルト装置、リフター等や各種昇降機械装置の昇降用の駆動部、ならびに重量物搬送用特殊車両の積み卸し装置の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device includes, for example, a driving unit of a lifting device of a wheelchair with a seat plate lifting device, a driving unit of a lift for removing a step, a driving unit of a lifting transfer device, a medical bed, an electric bed, an electric table, an electric chair, It is suitable for use as a driving unit for lifting and lowering of a nursing bed, a lifting table, a CT scanner, a truck cabin tilt device, a lifter, etc. it can.

上記面状デバイスは、たとえば、食品加工装置の食材吐出用ノズル装置等の吐出量調整機構の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device can be suitably used for, for example, a drive unit of a discharge amount adjusting mechanism such as a food discharge nozzle device of a food processing apparatus.

上記面状デバイスは、たとえば、清掃装置の台車や清掃部等の昇降等の駆動部に好適に用いることができる。   The said planar device can be used suitably for drive parts, such as raising / lowering of the trolley | bogie of a cleaning apparatus, a cleaning part, etc., for example.

上記面状デバイスは、たとえば、面の形状を測定する3次元測定装置の測定部の駆動部、ステージ装置の駆動部、タイヤの動作特性を検知システム等のセンサー部分の駆動部、力センサーの衝撃応答の評価装置の初速を与える装置の駆動部、孔内透水試験装置を含む装置のピストンシリンダのピストン駆動装置の駆動部、集光追尾式発電装置における仰角方向へ動かすための駆動部、気体の濃度測定装置を含む測定装置のサファイアレーザー発振波長切替機構のチューニングミラーの振動装置の駆動部、プリント基板の検査装置や液晶、PDPなどのフラットパネルディスプレイの検査装置においてアライメントを必要とする場合にXYθテーブルの駆動部、電子ビーム(Eビーム)システムまたはフォーカストイオンビーム(FIB)システムなどの荷電粒子ビームシステム等において用いる調節可能なアパーチャー装置の駆動部、平面度測定器における測定対象の支持装置もしくは検出部の駆動部、ならびに、微細デバイスの組立をはじめ、半導体露光装置や半導体検査装置、3次元形状測定装置などの精密位置決め装置の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device includes, for example, a driving unit of a measurement unit of a three-dimensional measuring apparatus that measures the shape of a surface, a driving unit of a stage device, a driving unit of a sensor part such as a detection system of tire operating characteristics, and an impact of a force sensor. The drive unit of the device that gives the initial speed of the response evaluation device, the drive unit of the piston drive device of the piston cylinder of the device including the in-hole water permeability test device, the drive unit for moving in the elevation angle direction of the concentrating tracking power generation device, XYθ when alignment is required in a driving device of a tuning mirror vibration device of a sapphire laser oscillation wavelength switching mechanism of a measuring device including a concentration measuring device, an inspection device of a printed circuit board, or a flat panel display such as a liquid crystal or PDP Table drive unit, electron beam (E-beam) system or focused ion beam (FIB) system Adjustable aperture device drive unit used in charged particle beam systems, etc., etc., support device or drive unit of measurement target in flatness measuring device, as well as assembly of fine devices, semiconductor exposure devices and semiconductors It can be suitably used for a driving unit of a precision positioning device such as an inspection device or a three-dimensional shape measuring device.

上記面状デバイスは、たとえば、ゴム組成物のプレス成形加硫装置の駆動部、移送される部品について単列・単層化や所定の姿勢への整列をさせる部品整列装置の駆動部、圧縮成形装置の駆動部、溶着装置の保持機構の駆動部、製袋充填包装機の駆動部、マシニングセンタ等の工作機械や射出成形機やプレス機等の成形機械等の駆動部、印刷装置、塗装装置やラッカ吹き付け装置等の流体塗布装置の駆動部、カムシャフト等を製造する製造装置の駆動部、覆工材の吊上げ装置の駆動部、無杼織機における房耳規制体等の駆動装置、タフティング機の針駆動システム、ルーパー駆動システム、およびナイフ駆動システム等の駆動部、カム研削盤や超精密加工部品等の部品の研磨を行う研磨装置の駆動部、織機における綜絖枠の制動装置の駆動部、織機における緯糸挿通のための経糸の開孔部を形成する開口装置の駆動部、半導体基板等の保護シート剥離装置の駆動部、通糸装置の駆動部、CRT用電子銃の組立装置の駆動部、衣料用縁飾り、テーブルクロスやシートカバー等に用途をもつトーションレースを製造するためのトーションレース機におけるシフターフォーク駆動選択リニア制御装置の駆動部、アニールウィンドウ駆動装置の水平移動機構の駆動部、ガラス溶融窯フォアハースの支持アームの駆動部、カラー受像管の蛍光面形成方法等の露光装置のラックを進退動させる駆動部、ボールボンディング装置のトーチアームの駆動部、ボンディングヘッドのXY方向への駆動部、チップ部品のマウントやプローブを使った測定などにおける部品の実装工程や測定検査工程の駆動部、基板洗浄装置の洗浄具支持体の昇降駆動部、ガラス基板を走査される検出ヘッドを進退させる駆動部、パターンを基板上に転写する露光装置の位置決め装置の駆動部、精密加工などの分野におけるサブミクロンのオーダで微小位置決め装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングツールの計測装置の位置決め装置の駆動部、導体回路素子や液晶表示素子等の回路デバイスをリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光装置および走査露光装置に好適なステージ装置の位置決めのための駆動部、ワーク等の搬送または位置決め等の手段の駆動部、レチクルステージやウエハステージ等の位置決めや搬送のための駆動部、チャンバ内の精密位置決めステージ装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングシステムでのワークピースまたは半導体ウェーハの位置決め装置の駆動部、半導体のステッパー装置の駆動部、加工機械の導入ステーション内に正確に位置決めする装置の駆動部、NC機械やマシニングセンタ等の工作機械等またはIC業界のステッパーに代表される各種機器用のパッシブ除振およびアクティブ除振の除振装置の駆動部、半導体素子や液晶表示素子製造のリソグラフィ工程に使用される露光装置等において光ビーム走査装置の基準格子板を上記光ビームの光軸方向に変位させる駆動部、ならびに、コンベヤの横断方向に物品処理ユニット内へ移送する移送装置の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device is, for example, a drive unit of a rubber composition press molding vulcanizing device, a driving unit of a component aligning device that aligns a transferred part in a single row / single layer or a predetermined posture, compression molding, etc. Drive unit of the apparatus, drive unit of the holding mechanism of the welding device, drive unit of the bag making and filling machine, drive unit of machine tools such as machining centers, molding machines such as injection molding machines and press machines, printing devices, coating devices, etc. Drive unit for fluid application device such as lacquer spraying device, drive unit for manufacturing device for manufacturing camshaft, etc., drive unit for lifting device for lining material, drive device for tufted ear regulating body in unwoven loom, tufting machine Needle drive system, looper drive system, drive unit such as knife drive system, drive unit for polishing device that polishes parts such as cam grinder and ultra-precision machined part, drive unit for brake device for hook frame in loom Driving unit driving device for forming warp opening for weft insertion in loom, driving unit for protective sheet peeling device such as semiconductor substrate, driving unit for threading device, driving unit for assembly device for electron gun for CRT , A drive unit of a shifter fork drive selection linear control device in a torsion race machine for manufacturing a torsion race having application to a garment for clothing, a table cloth, a seat cover, etc., a drive unit of a horizontal movement mechanism of an annealing window drive device, Driving unit of glass melting furnace for hearth, driving unit for moving back and forth the rack of exposure device such as fluorescent screen forming method of color picture tube, driving unit of torch arm of ball bonding apparatus, driving of bonding head in XY direction Component mounting process and measurement / inspection process drive during mounting, chip component mounting and measurement using probes In a field such as a drive unit for raising and lowering a cleaning tool support of a substrate cleaning device, a drive unit for moving a detection head that scans a glass substrate forward and backward, a drive unit for a positioning device of an exposure device that transfers a pattern onto a substrate, and precision processing Submicron-order micropositioning device driving unit, chemical mechanical polishing tool measuring unit driving unit driving unit, exposure apparatus used when manufacturing circuit devices such as conductor circuit elements and liquid crystal display elements in a lithography process, and A drive unit for positioning a stage device suitable for a scanning exposure apparatus, a drive unit for transporting or positioning a workpiece, a drive unit for positioning and transporting a reticle stage, a wafer stage, etc., and a precise positioning in a chamber Stage unit drive, workpiece in chemical mechanical polishing system or Represented by semiconductor wafer positioning device drive unit, semiconductor stepper device drive unit, drive unit for precise positioning in the processing machine introduction station, machine tools such as NC machines and machining centers, etc. or IC industry steppers The reference grating plate of the light beam scanning device is used in the drive unit of the passive vibration isolation device for various devices and the vibration isolation device for active vibration isolation, the exposure device used in the lithography process for manufacturing semiconductor elements and liquid crystal display elements, etc. It can be suitably used for a drive unit that is displaced in the direction of the optical axis and a drive unit of a transfer device that transfers the product into the article processing unit in the transverse direction of the conveyor.

上記面状デバイスは、たとえば、電子顕微鏡等の走査プローブ顕微鏡のプローブの位置決め装置の駆動部、ならびに、電子顕微鏡用試料微動装置の位置決め等の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device can be suitably used for, for example, a drive unit for a probe positioning device of a scanning probe microscope such as an electron microscope, and a drive unit for positioning an electron microscope sample fine movement device.

上記面状デバイスは、たとえば、自動溶接ロボット、産業用ロボットや介護用ロボットを含むロボットまたはマニピュレータにおけるロボットアームの手首等に代表される関節機構の駆動部、直接駆動型以外の関節の駆動部、ロボットの指のそのもの、ロボット等のハンドとして使用されるスライド開閉式チャック装置の運動変換機構の駆動部、細胞微小操作や微小部品の組立作業等において微小な対象物を任意の状態に操作するためのマイクロマニピュレータの駆動部、開閉可能な複数のフィンガーを有する電動義手等の義肢の駆動部、ハンドリング用ロボットの駆動部、補装具の駆動部、ならびにパワースーツの駆動部に好適に用いることができる。   The planar device is, for example, an automatic welding robot, a driving unit of a joint mechanism represented by a wrist of a robot arm in a robot or manipulator including an industrial robot or a nursing robot, a driving unit of a joint other than the direct drive type, In order to manipulate minute objects in any state in the robot finger itself, the drive unit of the motion conversion mechanism of a slide opening and closing chuck device used as a robot hand, cell micro manipulation or micro component assembly work, etc. It can be suitably used for a drive unit of a micromanipulator, a drive unit of a prosthesis such as an electric prosthesis having a plurality of fingers that can be opened and closed, a drive unit of a handling robot, a drive unit of a prosthesis, and a drive unit of a power suit .

上記面状デバイスは、たとえば、サイドトリマの上回転刃または下回転刃等を押圧する装置の押圧部に好適に用いることができる。   The planar device can be suitably used for, for example, a pressing portion of a device that presses the upper rotary blade or the lower rotary blade of the side trimmer.

上記面状デバイスは、たとえば、パチンコ等の遊戯装置における役物等の駆動部、人形やペットロボット等のアミューズメント機器の駆動部、ならびに、乗車用シミュレーション装置のシミュレーション装置の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device is preferably used for, for example, a driving unit for an accessory in a game machine such as a pachinko machine, a driving unit for an amusement device such as a doll or a pet robot, and a driving unit for a simulation apparatus for a boarding simulation apparatus. Can do.

上記面状デバイスは、たとえば、上記機器等を含む機械全般に用いられる弁の駆動部に用いることができ、たとえば、蒸発ヘリウムガスの再液化装置の弁の駆動部、ベローズ式の感圧制御弁の駆動部、綜絖枠を駆動する開口装置の駆動部、真空ゲート弁の駆動部、液圧システム用のソレノイド動作型制御バルブの駆動部、ピボットレバーを用いる運動伝達装置を組み込んだバルブの駆動部、ロケットの可動ノズルのバルブの駆動部、サックバックバルブの駆動部、ならびに、調圧弁部の駆動部に好適に用いることができる。   The planar device can be used, for example, in a valve drive unit used in all machines including the above-described devices. For example, a valve drive unit of an evaporative helium gas reliquefaction device, a bellows pressure-sensitive control valve Drive unit, opening device drive unit for driving the frame, vacuum gate valve drive unit, solenoid operated control valve drive unit for hydraulic system, and valve drive unit incorporating a motion transmission device using a pivot lever The rocket movable nozzle valve drive unit, the suck back valve drive unit, and the pressure regulating valve unit drive unit can be suitably used.

上記面状デバイスは、たとえば、上記機器等を含む機械全般に用いられるブレーキの押圧部として用いることができ、たとえば、非常用、保安用、停留用等のブレーキやエレベータのブレーキに用いて好適な制動装置の押圧部、ならびに、ブレーキ構造もしくはブレーキシステムの押圧部に好適に用いることができる。   The planar device can be used as, for example, a pressing portion of a brake used in all machines including the equipment and the like. For example, the planar device is suitable for an emergency brake, a safety brake, an elevator brake, or an elevator brake. It can be used suitably for the pressing part of the braking device and the pressing part of the brake structure or brake system.

上記面状デバイスは、たとえば、上記機器等を含む機械全般に用いられるロック装置の押圧部として用いることができ、たとえば、機械的ロック装置の押圧部、車両用ステアリングロック装置の押圧部、ならびに、負荷制限機構および結合解除機構を合わせ持つ動力伝達装置の押圧部に好適に用いることができる。
<実施例>
The planar device can be used, for example, as a pressing unit of a locking device used in general machines including the above devices, etc., for example, a pressing unit of a mechanical locking device, a pressing unit of a vehicle steering locking device, and It can be suitably used for a pressing portion of a power transmission device having both a load limiting mechanism and a coupling release mechanism.
<Example>

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されず、本発明の技術的思想を同じくする全ての形態、態様、製品、部品に及ぶことは言うまでもない。   Examples that specifically show the structure and effects of the present invention will be described below. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples, and extends to all forms, aspects, products, and parts that share the same technical idea of the present invention.

[実施例1]
基材として、伸縮性不織布セパレータ(品番PTS100K 目付105g/m、倉敷繊維加工(株)製)を使用した。基材の片面にスパッタリングで約0.1μm厚みのAu層を構築した。これを対極として用い、電解重合方法(条件:ピロール、0.1mol/l、−10℃)により、TBATFSIの安息香酸メチル溶液中にて0.2mA cm−2の電流密度で12時間定電流電解重合を行った。電解重合後アセトンで洗浄し、室内で乾燥させ、基材とPPy−TFSIが複合化された、[PPy−TFSI/Au/基材]の3層構造からなる素子を得た。このとき複合化されたPPy−TFSI層の厚みは15〜20μmであった。
[Example 1]
As a base material, a stretchable nonwoven fabric separator (product number PTS100K basis weight 105 g / m 2 , manufactured by Kurashiki Fiber Processing Co., Ltd.) was used. An Au layer having a thickness of about 0.1 μm was constructed on one side of the substrate by sputtering. Using this as a counter electrode, by electropolymerization method (conditions: pyrrole, 0.1 mol / l, −10 ° C.), constant current electrolysis at a current density of 0.2 mA cm −2 in a methyl benzoate solution of TBATFSI for 12 hours. Polymerization was performed. After electropolymerization, it was washed with acetone and dried indoors to obtain a device having a three-layer structure of [PPy-TFSI / Au / base material] in which the base material and PPy-TFSI were combined. At this time, the composite PPy-TFSI - layer had a thickness of 15 to 20 μm.

また、作用極として金板を用い、電解重合方法(条件:ピロール、0.1mol/l、−10℃)により、TBACFSOの安息香酸メチル溶液中にて0.2mA cm−2の電流密度で4時間定電流電解重合を行い、導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)を形成した。電解重合後アセトンで洗浄し、導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)を金板から剥離し、室内で乾燥させた。導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)の厚みは10〜15μmであった。 In addition, a current of 0.2 mA cm −2 was used in a methyl benzoate solution of TBACF 3 SO 3 by a electrolytic polymerization method (conditions: pyrrole, 0.1 mol / l, −10 ° C.) using a gold plate as a working electrode. for 4 hours constant current electrolytic polymerization in density, conductive polymer film (PPy-CF 3 SO 3 - layer) was formed. Washed with electrolytic polymerization after acetone, conductive polymer film - a (PPy-CF 3 SO 3 layer) was peeled off from the metal plate, and dried indoors. Conductive polymer film - thickness (PPy-CF 3 SO 3 layer) was 10 to 15 [mu] m.

次いで、素子[PPy−TFSI/Au/基材]に導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)を重ね、一対の電極部材(円形開孔(直径30mm)が形成されたSUS304の金メッキ板)で挟み込みビスで固定して面状デバイスを構成した。 Then, the element [PPy-TFSI - / Au / substrate] in the conductive polymer film - overlapping (PPy-CF 3 SO 3 layers), a pair of electrode members (circular openings (diameter 30 mm) was formed SUS304 The sheet-like device was constructed by sandwiching with a gold plated plate and fixing with screws.

面状デバイスを導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)を下側として、駆動電解液(アセトニトリル:純水の混合溶媒(5:5)(1MのLiTFSI(ビストリフルオロメタンスルフォニルイミドのリチウム塩)を含有)溶液)に1時間浸し、基材に駆動電解液を含ませると共に、導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)を膨潤させた。その後、駆動電解液から引き上げ、面状デバイス表面の駆動電解液を拭った。 Planar device a conductive polymer film - as (PPy-CF 3 SO 3 layers) the lower, driving electrolyte (acetonitrile: deionized water mixed solvent (5: 5) (1M in LiTFSI (bistrifluoromethanesulfonylimide soaked for 1 hour in containing) solution) of lithium salt), with the inclusion of the driving electrolyte substrate, the conductive polymer film (PPy-CF 3 SO 3 - layer) was allowed to swell. Then, it pulled up from drive electrolyte and wiped the drive electrolyte on the surface device surface.

導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)を下側にして、球体の錘(約30g)を載せ、導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)側に正極の電圧(1.5V)を、従動対極側に負極の電圧(−1.5V)を印加させ、錘が垂直下降するのを確認した。また、導電性高分子膜(PPy−CFSO 層)側に負極の電圧(−1.5V)を、従動対極側に正極の電圧(1.5V)を印加させ、錘が垂直上昇するのを確認した。この際の垂直変位量は、約3mmであった。また、電圧印加を途中で停止した場合に、垂直変位が停止し、電圧印加を再開した場合に垂直変位が再開することを確認できた。 Conductive polymer film - a (PPy-CF 3 SO 3 layers) in the lower side, placing the spheres of the weight (about 30 g), conductive polymer film (PPy-CF 3 SO 3 - layer) positive electrode side of the A voltage (1.5 V) was applied to the driven counter electrode, and a negative voltage (-1.5 V) was applied to the driven counter electrode, and the weight was confirmed to fall vertically. The conductive polymer film - a (PPy-CF 3 SO 3 layers) negative electrode side of the voltage (-1.5V), is applied to the positive voltage (1.5V) to the driven side of the counter electrode, the weight is increased vertical Confirmed to do. The vertical displacement at this time was about 3 mm. Further, it was confirmed that when the voltage application was stopped halfway, the vertical displacement stopped, and when the voltage application was resumed, the vertical displacement resumed.

[実施例2]
基材としては、親水性PTFEメンブレンフィルター(厚さ29μm、空孔率60%、ジャパンゴアテックス社製)を使用した。基材の両面にスパッタリングで約0.1μm厚みのAu層を構築した。これを作用極として用い、この基材の両面を直径5mmの円形孔が形成された一対のピーク材で挟みこみ(マスキング)、電解重合方法(条件:ピロール、0.1mol/l、−10℃)により、TBATFSIの安息香酸メチル溶液中にて0.2mA cm−2の電流密度で12時間定電流電解重合(スポット重合)を行った。電解重合後アセトンで洗浄し、室内で乾燥させ、基材とPPy−TFSIが複合化された、[PPy−TFSI/Au/基材/Au/PPy−TFSI]の5層構造からなるPPyバイモルフ素子(アクチュエータ素子に相当する)を得た。このとき複合化された両方のPPy−TFSI層の厚みは20〜25μmであった。両方のPPy−TFSI層は、作用極であるAu層に形成されるため、直径約5mmの円形である。
[Example 2]
As the base material, a hydrophilic PTFE membrane filter (thickness 29 μm, porosity 60%, manufactured by Japan Gore-Tex) was used. An Au layer having a thickness of about 0.1 μm was constructed on both surfaces of the substrate by sputtering. Using this as a working electrode, both surfaces of this base material were sandwiched between a pair of peak materials having a circular hole having a diameter of 5 mm (masking), and an electrolytic polymerization method (conditions: pyrrole, 0.1 mol / l, −10 ° C. ), Constant current electropolymerization (spot polymerization) was carried out in a TBATFSI methyl benzoate solution at a current density of 0.2 mA cm −2 for 12 hours. Washed with electrolytic polymerization after acetone and dried in a room, substrate and PPy-TFSI - is complexed, a five-layer structure of [PPy-TFSI - - / Au / substrate / Au / PPy-TFSI] A PPy bimorph element (corresponding to an actuator element) was obtained. At this time both of the complexed PPy-TFSI - the thickness of the layer was 20 to 25 m. Since both PPy-TFSI layers are formed on the Au layer as the working electrode, they are circular with a diameter of about 5 mm.

次いで、PPyバイモルフ素子を、PPy−TFSI層が円形開孔内に位置するように、一対の電極部材(円形開孔(直径7mm)が形成されたSUS304金メッキ板)で挟み込みビスで固定して面状デバイスを構成した。 Then, the PPy bimorph element, PPy-TFSI - as the layer is positioned within the circular aperture, and secured with screws sandwiched between a pair of electrode members (SUS304 gold plated plate circular aperture (diameter 7 mm) was formed) A planar device was constructed.

面状デバイスを駆動電解液(ガンマブチロラクトン:エチレンカーボネイトの混合溶媒(5:5)(0.5MのTBATFSI(ビストリフルオロメタンスルフォニルイミドのテトラブチルアンモニウム塩)を含有)溶液)に1時間浸し、基材に駆動電解液を含ませると共に、導電性高分子膜(PPy−TFSI層)を膨潤させた。その後、駆動電解液から引き上げ、面状デバイス表面の駆動電解液を拭った。 The planar device is immersed in a driving electrolyte (gamma butyrolactone: ethylene carbonate mixed solvent (5: 5) solution containing 0.5 M TBATFSI (tetrabutylammonium salt of bistrifluoromethanesulfonylimide)) for 1 hour. The drive electrolyte was included in the material, and the conductive polymer film (PPy-TFSI - layer) was swollen. Then, it pulled up from drive electrolyte and wiped the drive electrolyte on the surface device surface.

一方の導電性高分子膜側に正極の電圧(1.5V)を、他方の導電性高分子膜側に負極の電圧(−1.5V)を印加させ、正極印加側が凸形状となり、負極印加側が凹形状となることを確認した。また、正極と負極を交互に切り変えると、それに応じて、凹凸形状が切り換わることを確認できた。   The positive electrode voltage (1.5V) is applied to one conductive polymer film side, the negative electrode voltage (-1.5V) is applied to the other conductive polymer film side, and the positive electrode application side has a convex shape. It was confirmed that the side was concave. Moreover, when the positive electrode and the negative electrode were alternately switched, it was confirmed that the uneven shape was switched accordingly.

本発明の面状デバイスの実施形態の一例を説明する図The figure explaining an example of embodiment of the planar device of this invention 本発明の面状デバイスの実施形態の一例を説明する図The figure explaining an example of embodiment of the planar device of this invention 本発明の面状デバイスの実施形態の一例を説明する図The figure explaining an example of embodiment of the planar device of this invention

符号の説明Explanation of symbols

A、B、C 面状デバイス
A1、B1、C1 アクチュエータ素子
1a、1b、11a、11b、21a、21b 電極部材
1c、1d、11c、11d、21c、21d 開孔部
2、12、22 基材
3、13、14、23 導電性高分子アクチュエータ
4、24 従動対極
A, B, C Planar devices A1, B1, C1 Actuator elements 1a, 1b, 11a, 11b, 21a, 21b Electrode members 1c, 1d, 11c, 11d, 21c, 21d Openings 2, 12, 22 Base material 3 , 13, 14, 23 Conductive polymer actuator 4, 24 Driven counter electrode

Claims (9)

導電性高分子アクチュエータと、当該導電性高分子アクチュエータに対する駆動電解液を含む基材とを有するアクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に対する印加電極であって、アクチュエータ素子を部分的にさらす開孔部を有する電極部材とを備え、
前記アクチュエータ素子に対する印加電圧を制御することによって、前記開孔部内に位置するアクチュエータ素子がその厚み方向に直動変位することを特徴とする面状デバイス。
An actuator element having a conductive polymer actuator and a substrate containing a driving electrolyte for the conductive polymer actuator;
An application electrode for the actuator element, comprising an electrode member having an aperture that partially exposes the actuator element;
By controlling the voltage applied to the actuator element, the actuator element located in the opening is linearly displaced in the thickness direction thereof.
前記導電性高分子アクチュエータを前記基材の少なくとも片面に構成し、アクチュエータ素子に対する印加電圧を制御することによって、前記開孔部内に位置するアクチュエータ素子がその厚み方向に直動変位するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の面状デバイス。   The conductive polymer actuator is configured on at least one surface of the base material, and the actuator element positioned in the aperture is configured to be linearly displaced in the thickness direction by controlling the voltage applied to the actuator element. The planar device according to claim 1. 同じ又は略同じ厚みの導電性高分子アクチュエータを基材の両面に構成し、アクチュエータ素子に対する印加電圧の極性を制御することによって、前記開孔部内に位置するアクチュエータ素子がその厚み方向に直動変位するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の面状デバイス。   By constructing conductive polymer actuators of the same or substantially the same thickness on both sides of the substrate and controlling the polarity of the voltage applied to the actuator elements, the actuator elements located in the apertures are linearly displaced in the thickness direction. The planar device according to claim 1, wherein the planar device is configured as described above. 正極に印加された導電性高分子アクチュエータが伸長し、負極に印加された導電性高分子アクチュエータが収縮することによって、開孔部に位置するアクチュエータ素子の正極印加面が凸形状となり、負極印加面が凹形状となることを特徴とする請求項3に記載の面状デバイス。   When the conductive polymer actuator applied to the positive electrode expands and the conductive polymer actuator applied to the negative electrode contracts, the positive electrode application surface of the actuator element located at the aperture becomes convex, and the negative electrode application surface The planar device according to claim 3, wherein is a concave shape. 所定の厚みの導電性高分子アクチュエータを基材の片面に構成し、正極に印加された導電性高分子アクチュエータが伸長することによって、開孔部に位置するアクチュエータ素子による押し上げ力を形成したことを特徴とする請求項1に記載の面状デバイス。   A conductive polymer actuator having a predetermined thickness is formed on one surface of the base material, and the conductive polymer actuator applied to the positive electrode is extended to form a push-up force by the actuator element located in the opening. 2. A planar device according to claim 1, characterized in that: 前記基材に金属電極層を介して前記導電性高分子アクチュエータが構成される請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の面状デバイス。   The planar device according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive polymer actuator is configured on the substrate via a metal electrode layer. 前記基材が不織布である請求項2または請求項5に記載の面状デバイス。   The planar device according to claim 2 or 5, wherein the substrate is a nonwoven fabric. 前記基材が多孔質ポリテトラフルオロエチレンである請求項3または請求項4に記載の面状デバイス。   The planar device according to claim 3 or 4, wherein the substrate is porous polytetrafluoroethylene. 前記導電性高分子が分子鎖にピロールおよび/またはピロール誘導体を含む請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の面状デバイス。   The planar device according to any one of claims 1 to 8, wherein the conductive polymer includes pyrrole and / or a pyrrole derivative in a molecular chain.
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