JP2012005340A - イオン移動型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも小型化、集積化を容易とし、発生力の大きなイオン移動型アクチュエータを提供すること。
【解決手段】第一電極としてのチューブ状部材２と、チューブ状部材２に内包されているイオン供給物質３と、チューブ状部材２に内包されている線形状の第二電極４を有する柱状のイオン移動型アクチュエータ１であり、イオン供給物質３は、チューブ状部材２の内壁と第二電極４との間に介在しており、イオン供給物質３は、陽イオンと陰イオンを含むポリマーゲルを有しており、チュ−ブ状部材２は、複数本の第二電極４を内包しており、チューブ状部材２と複数本の第二電極４との間に電圧を印加すると、ポリマーゲルに含まれる陽イオン５及び陰イオン６の一方のイオンが複数本の第二電極４側へ移動し、他方のイオンがチューブ状部材２の内壁側へ移動することにより、イオン移動型アクチュエータ１が伸長する。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン移動型アクチュエータに関する。

近年、数Ｖ程度の低電圧で駆動でき、軽量で柔軟性に優れる高分子アクチュエータ（ソフトアクチュエータ）の開発がおこなわれている。アクチュエータの駆動方式は、伸縮駆動と屈曲駆動に大別されるが、伸縮駆動は、座屈や腰折れが発生しにくく、押し運動への適用に好適である。

伸縮駆動型アクチュエータとしては、ポリピロール、ポリアニリンの如き導電性高分子の体積変化を利用した、イオン移動型アクチュエータが知られている。導電性高分子の体積変化は、酸化還元反応に伴い電解液中の電解質イオン（ドーパントイオン）が出し入れされることに基づいている。

すなわち、電圧印加に伴い、電解液中の電解質イオンが導電性高分子層内に蓄積される、あるいは蓄積されたイオンが電解液中へ放出される、ことで導電性高分子層が伸縮する伸縮性電極層として機能する。

特許文献１には、筒状をした対向電極部に、電圧印加部を有する伸縮素子を複数挿入し、筒状の対向電極部の内部において対向電極部の内周と電圧印加部を有する複数の伸縮素子の外面との間が電解質である構成が記載されている。

特開２０００−８３３８９号公報

引用文献１に記載の構成は、小型化、集積化に限界があり、例えば直径１ｍｍ程度の伸縮素子を複数用いて構成することは困難である。さらに、内部の伸縮素子の腰折れが発生しやすく、アクチュエータ全体としての発生力を大きくすることが困難である。

本発明は、従来よりも小型化、集積化を容易とし、発生力の大きなイオン移動型アクチュエータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るアクチュエータは、第一電極としてのチューブ状部材と、該チューブ状部材に内包されているイオン供給物質と、該チューブ状部材に内包されている線形状の第二電極を有する柱状のイオン移動型アクチュエータであり、該イオン供給物質は、該チューブ状部材の内壁と該第二電極との間に介在しており、該イオン供給物質は、陽イオンと陰イオンを含むポリマーゲルを有しており、該チュ−ブ状部材は、複数本の該第二電極を内包しており、該チューブ状部材と複数本の該第二電極との間に電圧を印加すると、該ポリマーゲルに含まれる該陽イオン及び該陰イオンの一方のイオンが複数本の該第二電極側へ移動し、他方のイオンが該チューブ状部材の内壁側へ移動することにより、該イオン移動型アクチュエータが伸長することを特徴としている。

本発明によれば、チューブ状部材に、陽イオンと陰イオンを含むポリマーゲルを有するイオン供給物質と、複数本の線形状の第二電極とがともに内包されている。これにより、第二電極の膨張により発生する力をポリマーゲルが支持することで効率良く伸長方向に伝達されるので、アクチュエータ全体として大きな発生力を有する構造体を提供できる。また、ポリマーゲルがチューブ状部材の内壁と第二電極との間に介在していることで、線形状の電極を細くしてもチューブ状部材内で浮遊させることなく不動化でき、さらに、支持できるので、より小型化でき、集積化が可能なイオン移動型アクチュエータを提供できる。

（ａ）はアクチュエータの概略的な斜視図であり、（ｂ）は電圧印加前、（ｃ）は電圧印加時における（ａ）のＡ−Ｂ切断面での断面模式図を示す。 アクチュエータを４つ集積化したアクチュエータ集積構造体を示す。 本発明における導電性を有する結束部材で結束されたアクチュエータ集積構造体の一例について説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る、柱状構造のイオン移動型アクチュエータ１の概略斜視図を示している。

本発明に係るアクチュエータは、第一電極としてのチューブ状部材２と、該チューブ状部材２に内包されているイオン供給物質３と、該チューブ状部材に内包されている線形状の第二電極４を有する柱状のイオン移動型アクチュエータである。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ切断面におけるアクチュエータ１の断面図を示すものである。

図１（ｂ）に示されるように、イオン供給物質３は、チューブ状部材の内壁と第二電極との間に介在しており、陽イオン５と陰イオン６を含むポリマーゲルを有している。
チューブ状部材２は、複数本の第二電極４を内包している。ここで、チューブ状部材２と複数本の第二電極４との間に電圧を印加すると、図１（ｃ）に示すようにポリマーゲルに含まれる陽イオン５及び陰イオン６の一方のイオンが複数本の第二電極４側へ移動し、他方のイオンがチューブ状部材２の内壁側へ移動する。これにより、イオン移動型アクチュエータがチューブ状部材の伸長方向（矢印の方向）に伸長する。

線形状の第二電極は、膨張や収縮を可能とする、伸縮性の電極（伸縮電極）で構成されている。第一電極２および第二電極４は、リード線７を介して電源８にそれぞれ接続するように構成されている。電源８による電圧印加に伴いイオン供給物質中の電解質のイオンが電極部に移動することによって、イオンが蓄積して電極部の体積が膨張する。また、膨張後に、逆方向の電圧を印加することによって、イオンが電極の内部から放出され電極の体積が収縮する。

線形状の第二電極が、複数配置されていることにより、伸縮する領域がアクチュエータ内において分散される。これにより、中心軸に一本のみの伸縮電極を配置するよりも、アクチュエータ全体として安定した力が発生する。そして、複数本且つ線形状の第二電極において、それぞれが周囲のイオン供給物質からイオンの取り込みが同時に行われる。すなわち、各々が迅速に周囲のイオンを取り込み、各々の線形状の第二電極が膨張することで合算された大きな発生力を生じる。

複数本且つ線形状の第二電極が、該線形状の第二電極の周囲を取り囲むイオン供給物質が有する固体または半固体のポリマーゲルによって不動化されていることで、細い線形状の第二電極であってもチューブ状部材内で浮遊することなく配置できる。特に、複数本且つ線形状の第二電極とその周囲のイオン供給物質とを一体として伸縮部分を構成することで、各線形状の第二電極の周囲にばねの如く自立構造を配置する必要がなく、より小型化が可能なイオン移動型アクチュエータを提供することができる。

そして、複数本の第二電極が、イオンを効率的に取り込むので、アクチュエータ全体として発生力が大きな構造体を提供することができる。

複数本の第二電極４および第一電極２は、電圧印加に伴い伸縮する伸縮電極層を用いて説明しているが、第一電極２は伸縮しない構成（金属管の如く）であってもよい。

本実施形態の柱状構造アクチュエータ１は、柱状構造の外周に配された第一電極としてのチューブ状部材２と、第一電極としてのチューブ状部材の内側に、７つの伸縮性の線形状の第二電極４と、該線形状の第二電極と第一電極としてのチューブ状部材との間に配置されたイオン供給物質３とを有している。

第一電極としてのチューブ状部材と線形状の第二電極は、イオン供給物質によって互いが離間されている。線形状の第二電極同士は、必ずしも全てが離間されている必要はないが、少なくとも一部離間されているように構成することが好ましい。

イオン移動型アクチュエータの動作原理は、電圧印加に基づくアクチュエータの伸縮電極層内外へのイオンの移動に起因する。本実施形態のように、複数本且つ線形状の第二電極がチューブ状部材内の中心よりも近接するように配置されることで、電極間の距離が短くなり、電極間に存在する電解層中のイオンを線形状の第二電極に迅速に取り込むことができる。

さらに、複数本の線電極が配置されることで、各線電極付近のイオンが各電極に素早く取り込まれる。すなわち、アクチュエータ構造としてイオンを効率的に取り込めるようになる。これにより、アクチュエータの発生力が向上する。

これに対して、アクチュエータの第一電極としてのチューブ状部材、あるいは中心に配置した一本のみの伸縮電極層の量を単に増加（膜厚を厚く、あるいは径を太く）しただけでは、効率的な取り込みは達成されない。何故なら、伸縮電極層内でのイオンの移動距離（伸縮電極層のイオン供給物質と接している部分から一番離れた部分までの最短距離：イオン拡散長と略す）が必然的に長くなってしまうからである。

以下に、実施形態に係る好適なアクチュエータ構造について、より詳細に説明する。

図１（ａ）に示されるような、伸縮性の線形状の第二電極として７本の棒状の電極を有する、イオン移動型のアクチュエータ１を用いて説明する。

アクチュエータは、上述したように、線形状の第二電極４と、この線形状の第二電極の外周に接して設けられた、電解質を含むイオン供給物質３と、イオン供給物質の外周に接して設けられた第一電極としてのチューブ状部材２とを有している。イオン供給物質３は、チューブ状部材の内壁と第二電極との間の空間を充填するように介在しており、また陽イオンと陰イオンを含むポリマーゲルを有している。

電圧印加時に伸縮変形が生じる部分を伸縮部とすると、伸縮部はイオン供給物質と線状電極がポリマーゲルによって一体化されたものとなっている。

この構成において、線形状の第二電極が伸縮することで発生する発生力は、以下のように求めることができる。

線形状の第二電極（複数本の合計）で生じる力（Ｐ_１）は、下記の式［１］から、Ｓ_１・δ_１となる。式中、Ｓ_１およびδ_１はそれぞれ線形状の第二電極の断面積および応力である。
力（Ｐ）＝断面積（Ｓ）・応力（δ） ・・・式［１］
また、応力は次の数式［２］で表すことができることから、Ｐ_１は、Ｓ_１・Ｙ_１・ε_１となる。式中、Ｙ_１およびε_１はそれぞれ線形状の第二電極のヤング率およびひずみである。
応力（δ）＝ヤング率（Ｙ）・ひずみ（ε） ・・・式［２］
同様に、上記した伸縮部において、線形状の第二電極以外で生じる力（Ｐ_２）は、Ｓ_２・Ｙ_２・ε_２と表せる。

式中、Ｓ_２、Ｙ_２およびε_２はそれぞれ線形状の第二電極以外の断面積、ヤング率およびひずみである。伸縮部が図１（ａ）に示すような、線形状の第二電極とイオン供給物質のポリマーゲルで構成される場合は、Ｓ_２、Ｙ_２、ε_２は、イオン供給物質のそれぞれの断面積、ヤング率、ひずみ、である。

一方、伸縮部全体で生じる力Ｐ（全体）は、式［３］で表される。
Ｐ（全体）＝Ｓ・Ｙ・ε＝Ｓ_１・Ｙ_１・ε_１＋Ｓ_２・Ｙ_２・ε_２ ・・・式［３］
本発明において線形状の第二電極が有効に働くのは、以下の式（Ａ）および式（Ｂ）の条件を同時に満たすときである。
（Ａ）Ｓ_１・δ_１≧Ｓ_２・δ_２ ・・・式［４］
（Ｂ）ε_１＝ε_２ ・・・式［５］
式（Ｂ）は、伸縮部が一体化され、線形状の第二電極の伸縮に起因するひずみと線形状の第二電極以外の伸縮に起因するひずみが釣り合った値であることを意味する。
この結果、以下の式になる。
Ｓ_１・Ｙ_１≧Ｓ_２・Ｙ_２ ・・・式［６］
また、式［３］は、次の式［７］のように変形できる。
Ｓ_２・Ｙ_２＝Ｓ・Ｙ−Ｓ_１・Ｙ_１ ・・・式［７］
以上の結果、式［８］が導かれる。
Ｓ_１・Ｙ_１≧１／２（Ｓ・Ｙ）＞０ ・・・式［８］
すなわち、線形状の第二電極の長尺方向に垂直な方向の前記アクチュエータの断面において、
Ｓ：前記断面におけるアクチュエータの全面積
Ｓ_１：前記断面における線形状の第二電極の面積
Ｙ：アクチュエータのヤング率
Ｙ_１：線形状の第二電極のヤング率
と定義した場合、上記式［８］を満たしてアクチュエータを構成することが好ましい。

すなわち、線形状の第二電極の長尺方向に垂直な方向の前記アクチュエータの断面において、その発生力の全てを線形状の第二電極の伸縮に依存させたい場合、上記式［８］の関係を満たすように構成することが好ましい。

式［８］の範囲とすることで、線形状の第二電極と、前記線形状の第二電極の外周に接して設けられた、電解質を含むイオン供給物質と、前記イオン供給物質の外周に接して設けられた第一電極としてのチューブ状部材とを有している柱状の伸縮駆動型のアクチュエータにおいて、内部の電極（線形状の第二電極）が伸長駆動に有効に寄与する（内部の電極の伸縮駆動がアクチュエータの駆動を支配的に寄与する）アクチュエータが可能となる。しかし、上記式［８］は第二電極が発生する力のみで全体が伸縮するアクチュエータを構成する場合の条件式であり、第一電極としてのチューブ状部材の伸縮による発生力も利用してよく、この場合は式［８］を必ずしも満たす必要はなくなる。

以下、本発明のイオン移動型アクチュエータの構成について、詳細に説明する。

第一電極としてのチューブ状部材３は、線形状の第２電極４と、ポリマーゲルを有するイオン供給物質とによって構成される伸縮部の外周を覆うように配置されている。チューブ状部材３が伸縮性を有する場合は、これを含めて一体成形して伸縮部として構成してもよい。

チューブ状部材は、線形状の第二電極と協働して、内包されるイオン供給物質に対して好適に電圧を印加できる構成であれば、どのような形状でも構わないが、無終端の筒状または管状であることが好ましい。筒状であれば、メッシュ（網状）のような電極であってもよい。

チューブ状部材の材質は、管状の金属で形成してもよいが、第二電極と同様に伸縮性の電極としてもよく、更には第二電極と同じ材料で形成されていてもよい。

第一電極としてのチューブ状部材において、電極の厚みは、アクチュエータの伸縮変形を阻害しない限り特に限定されるものではないが、１μｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上２０ｍｍ以下であることがより好ましい。電極の厚みが、１μｍ以上であれば、アクチュエータの電極として機能するための十分な電気電導性を備えるからである。また電極の厚みが、２０ｍｍ以下であれば、電極が導電材料を含むことにより硬くなりもろく割れやすくなることが抑制される。なお、電極の厚みや材料はそれぞれの電極において同じである必要はなく、所望するアクチュエータ特性に合わせて適宜選択することができる。

線形状の第二電極は、伸縮性を有し、且つ導電性を有する材料で構成される。好ましくは、後述するような導電性且つ伸縮性を有する高分子材料で構成されるものである。

線形状の第二電極各々の太さや材質は同じである必要はなく、またその形状や長さも、特に限定されない。線形状であれば、円柱、楕円柱、角柱、半円柱、円錐台、角錐台の如き形状でもよく、所望するアクチュエータに必要とされる剛性や変位力・変位量の如き特性を考慮して、適宜選ぶことが出来る。なお、円錐台や角錐台形状よりは円柱や角柱形状が、押し圧における耐圧特性の点から好適であり、その中でも特に円柱形状が好ましい。なお、作製上の都合から、同じ形状の電極で構成しても、個々の電極の太さやは同一にならない場合があるが、同一または実質的に同一の形状で複数本の電極を構成することが好ましい。実質的に同一の形状とは、電圧非印加において、例えば２０％以下の太さのばらつきを有するものや、断面形状の変形率が２０％以下のばらつきを有しているものをいう。

線形状の第二電極の構成数も複数本であれば特に限定されるものではないが、作製容易性や所望するアクチュエータの発生力によって適宜設定することができる。少なくとも２本以上であれば良いが、４本、５本、６本、７本、９本のように、４〜４０本配置することが、対称的な配置を構成しやすく、好ましい。ただし、構成するアクチュエータ全体の大きさにもより、線形状の第二電極の径に対して第一電極としてのチューブ状部材径が非常大きい場合（例えば、線形状の第二電極の径が数μｍ、第一電極としてのチューブ状部材の直径が数十ｍｍの如く）は、１００本以上、さらには１０００本以上、を配置する構成であっても良い。

また、複数本の前記線形状の第二電極は、少なくとも一部接触していても、積極的に束ねられていても良いが、電圧印加に伴う電解質イオンの移動の観点からは、線形状の第二電極はすべて離間してイオン供給物質と接していることが好ましい。

なお、離間とはある電極が他方の電極と接しておらず空間を隔てて離れている状態を指し、この空間にイオン供給物質が入り込む余地を有している。つまり、離間されることによって、この空間にイオン供給物質が配置され、互いが接している構成よりも電解質と接する割合が向上し、結果としてアクチュエータの発生力が向上する。

特に、線形状の第二電極は、複数本の平行に並んだ棒状の電極からなるように構成するとよい。

加えて、線形状の第二電極として導電材料を含むポリマー繊維（ポリマー繊維電極、下記参照）を利用することが好ましい。さらには、複数のポリマー繊維を縒って、棒状にした電極とし、これを一本または複数本の線形状の第二電極とすることも可能である。

電極の太さは、アクチュエータの伸縮変形を阻害しない限り特に限定されるものではないが、０．０５μｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、電極の太さや材料はそれぞれの電極において同じである必要はなく、所望するアクチュエータ特性に合わせて適宜選択することができる。

アクチュエータの形状にも特に限定はなく、円柱、楕円柱、角柱、半円柱、円錐台、角錐台が例示され、任意の断面で形状が異なっていてもよい。所望するアクチュエータに必要とされる剛性や変位力・変位量の如き特性を考慮して、適宜選ぶことが出来る。なお、円柱や角柱形状が、押し圧における耐圧特性の点から好適であり、その中でも円柱形状が好ましい。

なお、線形状の第二電極は、アノード電極であってもカソード電極であってもよく、外周の第一電極としてのチューブ状部材とともに対向する一対の電極（対向電極）の一方として構成されれば良い。

また、アクチュエータの軸の中心位置に第二電極が配置される構成であっても、あるいは中心軸の位置には配置しない構成であってもよいが、伸縮方向に対する断面において、アクチュエータ構造内で伸縮電極が均一に分散して配置することが好ましい。

例えば、図１（ａ）に示すように、円柱の中心軸を回転軸としたＣ６の点対称構造になるように６本の電極を配置する構成は、伸縮方向への発生力が対称性を持ち、安定した発生力が得られるので好ましい。

他に、Ｃｎ（ｎは２〜２０の整数）の回転対称となるように第二電極を配置する構成が挙げられる。

またチューブ状部材のさらに外周は、シリコーン樹脂の如き柔軟な絶縁層で少なくとも一部被覆されていても良い。柔軟な絶縁層で被覆することで、安全性が高まり、また移動対象物として導電性物質などを取り扱うことも可能になる。また、高分子フィルムや金属箔膜の如き封止膜で覆われていてもよい。このような封止膜は、従来のイオン移動型アクチュエータのカバーとして利用されているものを利用できる。封止膜により、電解質溶液の漏れや乾燥等を抑制することができる。

図１（ａ）のアクチュエータは複数を集積化し、アクチュエータ集積構造体とすることが出来る。集積化することにより、より高い発生力を生み出すアクチュエータとなる。

図２には、本発明に係るアクチュエータ集積構造体の一例として、アクチュエータ１を４つ集束したアクチュエータ集積構造体４を記載している。集積化することにより、発生力をより効果的に対象物に伝えることが出来、かつ押し圧における耐圧特性も良好となることが期待できる。複数のアクチュエータ同士を集束しつつ保持できるように、アクチュエータを結束する結束部材（結束バンドの如く）を有していることも好ましい。

また、集積化するアクチュエータは同一形状・材料でも、異なるものでもよい。

なお、アクチュエータの長さに関しては特に制約はないが、アクチュエータが長い場合には集積化することで座屈や腰折れに対する耐性が向上する。

また、本発明のアクチュエータ集積構造体は、結束部材が導電性を有しており、結束部材と、複数のアクチュエータの各々の第一電極とが通電していることで、さらに，小型化、集積化を容易とし、発生力の大きなアクチュエータを作製することが出来る。

具体的には、以下の構成を有している。
（１） アクチュエータが複数本，導電性を有する結束部材で結束されて集積化されている。
（２） 隣り合う該アクチュエータ同士は各々の第一電極同士が少なくとも一部電気的に接続されている。
（３） 集積構造体の外周部に位置するアクチュエータの第一電極は該結束部材と少なくとも一部電気的に接続されている。

ここで結束部材は，導電性を有していることから電極（端子電極）として用いることが可能となるため，下記の効果が期待できる。

つまり，本発明の小型のアクチュエータを複数本，集積化して利用する場合には，上述したようにアクチュエータ素子全体としての発生力は大きくなるが，同時に配線が複雑になる。さらに，例えば図２のように複数のアクチュエータの第一電極同士が接するようにして集積化し，該複数のアクチュエータのうちの一つを外部電源と接続させた場合には，該アクチュエータ電極内の寄生抵抗（内部抵抗や電極間の漏れ電流など）により，複数電極に効率よく均一な電圧が印加されない場合がある。

つまり，上記（１）〜（３）の構成とすることで，各アクチュエータの第一電極へ外部電源（電源）からの配線接続が容易であり，かつ簡便に該第一電極に効率よく均一な電圧を印加させ得ることが出来るようになる。例えば，図３（ａ）のアクチュエータを例に説明すると，電源８から該結束部材９によって電極間に電圧を印加する時に、集積化されたアクチュエータのすべての第一電極に電子（ホール）が均一かつ良好に移動しやすくなり、各第一電極間での電位差を抑制することが可能となる。

またさらに，結束部材によって，アクチュエータ集積構造体の伸縮方向を規制するように拘束することが可能である。つまり，図３（ａ）に示すように，結束部材（結束バンド）の如く，線状の部材９で結束して集積化させ得るだけでなく，アクチュエータ駆動時に，柱方向に対して垂直な方向に第一電極の膨張力が向かうことを抑制し，結果，該アクチュエータ集積構造体の変位量ならびに発生力を向上させ得ることが可能となる。なお，結束部材は結束バンドの如き紐状である必要はなく，図３（ｂ）の如きメッシュ膜状物９ａや，図３（ｃ）の如き柱状物９ｂのように，アクチュエータ集積構造体素子の柱側面を覆うものである場合には，さらにアクチュエータ集積構造体の変位量ならびに発生力を向上させることが可能となる。

また、本アクチュエータには、従来知られている、様々な伸縮電極層を用いることが可能である。例えば、特開２００５−１７６４２８号公報に記載されている、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ゲルアクチュエータと同様の材料構成を採用できる。具体的には、不揮発性のイオン伝導材料であるイオン液体をゲル化させたイオン供給物質を、カーボンナノチューブとイオン液体とポリマーから形成される伸縮性の電極（ＣＮＴゲル電極）で挟み、イオン移動型ソフトアクチュエータとして構成する。これらの如く、電極およびイオン供給物質を用いることも出来る。なお、イオン液体を利用するゲルアクチュエータは、大気中での駆動が可能であり、且つ安定性が高い。

本発明におけるアクチュエータの駆動原理を、線形状の第二電極（７本の第二電極から構成される）と、イオン供給物質と、を内包した第一電極としてのチューブ状部材が外周として被覆されている円柱状のアクチュエータを用いてより詳細に説明する。

図１（ｂ）には、伸縮性の第一および第二電極として、上記したＣＮＴゲル電極を、またイオン供給物質にはイオン液体とポリマーのゲルからなるイオン供給物質を利用した場合のアクチュエータ１のＡ−Ｂ切断面での駆動模式図を示してある。

本アクチュエータは、第一、第二電極間に電圧を印加することで、電解質中のイオン液体９の陽イオン（カチオン種）５および陰イオン（アニオン種）６がそれぞれ、カソードの電極層（第一電極２）とアノードの電極層（第二電極４）にそれぞれ移動・浸透し、結果伸縮駆動が行われる。図１（ｃ）中のアクチュエータ３のブロック矢印方向が伸縮駆動の方向である。なお、内部の電極（線形状の第二電極４）と外周の電極（第一電極としてのチューブ状部材２）に体積膨張差があったとしても、イオン供給物質が、陽イオンと陰イオンを含むポリマーゲルを有していること、およびそれぞれが伸縮性の電極であるために、アクチュエータ全体ではそのひずみは釣り合うように構成されている。

また本発明において、伸縮駆動とは、略直線運動のことである。つまり、アノード電極とカソード電極の間に電圧を印加した際に、アクチュエータが線形状の第二電極の伸長方向とほぼ同じ方向に伸縮運動することである。

本発明のアクチュエータは、０．１〜１０Ｖ程度の低い駆動電圧で、伸縮駆動する。イオン液体を電解質として利用する場合には電位窓を考慮して、印加電圧は４Ｖ以下であることがさらに好ましい。また、駆動方式は所望する駆動によって、直流および交流を用いることができる。

本発明に係る、線形状の第二電極としては、ポリマー繊維で構成されるポリマー繊維電極が好ましい。ポリマー繊維電極は、導電性フィラーでも良いし、導電性高分子でも良いが、導電性の材料（導電材料）を含有した少なくとも１種類以上のポリマーを有した繊維のことである。

特に、カーボン系導電物質とポリマーの複合体で構成されるポリマー繊維は、細い繊維径としても、高い電気伝導性を得ることができ、好ましい。すなわち、繊維の径が細い程、導電材料がポリマー繊維内の狭い領域内で、繊維長方向に強く引き伸ばされるため凝集や絡まりが抑制されて、ポリマー繊維長方向に規則正しく配列される（均質分散される）。

ポリマー繊維の径は、０．０５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、この範囲では、ポリマー繊維中の導電材料の均質分散割合が増し、得られる導電材料含有ポリマー繊維の電気伝導性が向上する。

ポリマー繊維の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形、半円形が例示され、また正確な形状でなくてもよいし、任意の断面で形状が異なっていてもよい。

また、表面伝導性を増すために、ポリマー繊維の表面に金属やカーボン類の如き電気伝導性物質が付与されていてもよい。なお、繊維の径とは、ポリマー繊維が円柱状のものでは、円形断面の直径のことを指すが、それ以外では、繊維断面における重心を通る最長直線の長さのことである。

ポリマー繊維の作製法は、特に限定されないが、押出し法、エレクトロスピニング法、複合紡糸法、ポリマーブレンド紡糸法、メルトブロー紡糸法、フラッシュ紡糸法が挙げられる。

電極は、ポリマーと導電材料の混合物より形成しても良く、また導電材料としては、通常、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素（ナノ）繊維、活性炭素繊維、ナノ炭素材料、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ナノ炭素粒子の如きカーボン系導電性物質を１種またはそれらの混合物として含ませることができる。またさらに、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、又はこれらの誘導体の如き一般に知られている導電性高分子材料をそのまま、あるいはポリマーなどと混合して電極を構成することもできる。これらの中で、導電性及びイオン吸着比表面積の観点より、ナノ炭素材料が好ましく、特に好ましくは、カーボンナノチューブである。

カーボンナノチューブとは、グラファイトのシートが円筒状に丸まって構成された炭素材料であり、その円筒直径が１〜１０ｎｍのものである。長軸方向の長さは、数十〜数百μｍのものが一般的であるが、スーパーグロースＣＮＴと呼ばれる長さ数ｍｍ程度になる材料もあり、これも利用できる。

カーボンナノチューブは、グラフェンシート（グラフェンからなるシート：グラフェンのシート）が筒形に巻いた形状から成る炭素系材料であり、その周壁の構成数から単層ナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）と多層ナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）とに大別され、様々のものが知られている。

グラフェンとは黒鉛構造の一部であって、平面構造を有する炭素六員環が二次元的に配列した炭素原子の集合体のこと、つまり１枚の炭素の層からなるもののことである。

このような所謂カーボンナノチューブと称されるものであれば、いずれのタイプのカーボンナノチューブも用いることができる。

ナノ炭素粒子とは、カーボンナノチューブ以外の、カーボンナノホーン、アモルファス状炭素、フラーレン等の炭素を主成分とするナノスケール（１０^−６〜１０^−９ｍ）の粒子を言う。またカーボンナノホーンとは、グラファイトシートを円錐状に丸めた形状を持ち、先端が円錐状に閉じている炭素ナノ粒子をいう。

ナノ炭素繊維とは、グラファイトのシートが円筒状に丸まって構成されたものであり、その円筒径が１０〜１０００ｎｍのものであり、カーボンナノファイバとも呼ばれる。カーボンナノファイバとは、繊維の太さが７５ｎｍ以上で中空構造を有し、分岐構造の多い炭素系繊維である。市販品では、ＶＧＣＦ、ＶＧＮＦ（いずれも商品名；昭和電工（株）社製）が挙げられる。

電極における導電材料の添加量は、電極の重量に対して１重量％以上９０重量％以下が好ましい。導電材料の割合が９０重量％以下であると，自立性のある柔軟なフィルムを得やすく，また，１重量％以上あれば十分な導電性を有するため好ましい。

電極を構成するポリマーは、上記アクチュエータの変形に伴って変形可能な柔軟性を有するものであれば特に限定されるものではないが、加水分解性が少なく、大気中で安定であることが好ましい。

かかるポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンの如きポリオレフィン系ポリマー；ポリスチレン；ポリイミド；ポリパラフェニレンオキサイド、ポリ（２、６−ジメチルフェニレンオキサイド）、ポリパラフェニレンスルフィドの如きポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）；ポリオレフィン系ポリマー、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）等に、スルホン酸基（−ＳＯ_３Ｈ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基を導入したもの；ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンの如き含フッ素系のポリマー；含フッ素系のポリマーの骨格にスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基を導入したパーフルオロスルホン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー、パーフルオロリン酸ポリマー；ポリブダジエン系化合物；エラストマーやゲルの如きポリウレタン系化合物；シリコーン系化合物；ポリ塩化ビニル；ポリエチレンテレフタレート；ナイロン；ポリアリレートを挙げることができる。なおこれらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また所望の官能基を付加してもよいし、他のポリマーとの共重合体としてもよい。

特に好ましいポリマーとしては、イオン性液体との親和性の観点などから、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が挙げられる。また、ポリマーは、イオン供給物質と相溶性の高いポリマーであることが好ましい。イオン供給物質との相溶性および接合性（接合界面の接着性）が高まることで、強固なアクチュエータを構成することが可能となる。このために電極を構成するポリマーとして、イオン供給物質を構成する高分子化合物と、同種、類似または同一の骨格構造（ポリマー構造）を有するポリマー、または、同種、類似または同一の官能基を有するポリマーを使用することがより好ましい。

アクチュエータ全体に電位を均一に印加するために、電極の電気抵抗値は、１０００Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。また抵抗が低いほどアクチュエータの駆動特性がよくなるため、さらに好ましくは１００Ω・ｃｍ以下である。

なお、ポリマー中への導電材料の分散性を向上させると、ポリマー電極としての導電性も向上する傾向がある。このために、分散剤を適宜添加することも好ましい。例えばカーボンナノチューブはイオン液体を添加することにより凝集が解け、分散性が良好となり、導電性が向上する。

伸縮する第一、第二電極のヤング率は特に限定されるものではないが、０．１〜６００ＭＰａであることが好ましい。この範囲にあると、アクチュエータ応用においては、電極の柔軟性・伸縮性が向上し、耐塑性変形が向上するため、より繰り返し耐久性が高いイオン移動型アクチュエータの作製が可能となる。

また、電極が導電性材料とポリマーから形成される場合には、含有させるポリマーの量は、５ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下であり、更には１０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることが好ましい。ポリマー量に対して導電材料の割合が高いほうが導電性の観点から好ましいが、ポリマー量が５ｗｔ％以上とすることによって、自立性があり機械的に十分な強度を有する電極を構成できる。

イオン供給物質は、陽イオンと陰イオンを含むポリマーゲルを有する。ポリマーゲルは、アクチュエータの駆動を妨げない程度の柔軟性を有する柔軟材料で構成されると好ましい。

なお、本明細書において、ポリマーゲルとは、ポリマーが化学結合により、又は、ポリマー分子鎖間の相互作用によって、三次元的な網目構造を構成したものであり、該ポリマー中に液媒体（イオン液体や電解質を溶解させた液体など）を含有してなるものである。ポリマーゲルに利用されるポリマーとしては、テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどの含フッ素系ポリマー；ポリエチレン、ポリプロピレンの如きポリオレフィン系ポリマー；ポリブダジエン系化合物；エラストマーやゲルの如きポリウレタン系化合物；シリコーン系化合物；熱可塑性のポリスチレン；ポリ塩化ビニル；ポリエチレンテレフタレートを挙げることができる。なおこれらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また所望の官能基を付加してもよいし、他のポリマーとの共重合体としてもよい。
ポリマー内に有する電解質としては、種々の物質を用いることができる。例えば、臭化リチウム、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、オレイン酸ナトリウム、フッ化リチウム、臭化ナトリウム、塩化マグネシウムが挙げられる。

また、電解質をイオン液体とすることで、揮発しない電解液とみなすことができ、空気中で駆動が可能なアクチュエータを構成できる。

イオン液体とは、常温溶融塩または単に溶融塩とも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩であり、例えば温度０℃、好ましくは温度−２０℃、さらに好ましくは温度−４０℃で溶融状態を呈する塩である。また、本発明で使用するイオン液体はイオン伝導性が高いものが好ましい。好適なイオン液体としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩が挙げられる。なお、２以上の上記イオン液体を組み合わせて用いてもよい。

イオン液体としては、より具体的には、下記の一般式（１）から（４）で示される陽イオン（カチオン、好ましくはイミダゾリウムイオン）と、陰イオン（アニオン）より成るものを例示することができる。

上記の化学式（１）から（４）において、Ｒは、炭素数１から１２のアルキル基、またはエーテル結合を含み炭素数と酸素数の合計が３から１２の官能基、を示す。化学式（１）においてＲ１は炭素数１から４のアルキル基または水素原子を示す。化学式（１）において、ＲとＲ１は同一ではないことが好ましい。化学式（３）および（４）において、ｘはそれぞれ１から４の整数である。エーテル結合を含み炭素数と酸素数の合計が３から１２の官能基としては、−Ｒ_２−Ｏ−Ｒ_３で示されるアルコキシル基が挙げられ、Ｒ_２とＲ_３は、合計が２から１１の炭素数であるアルキル基である。

陰イオンとしては、テトラフルオロホウ酸アニオン、ヘキサフルオロリン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド酸アニオン、過塩素酸アニオン、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ジシアンアミドアニオン、トリフルオロ酢酸アニオン、有機カルボン酸アニオンおよびハロゲンイオンより選ばれる少なくとも１種が好ましい。

線形状の第二電極と第一電極としてのチューブ状部材との絶縁が保たれていれば、上記イオン供給物質のサイズは特に限定されないが、アクチュエータの長尺方向に垂直な断面において、イオン供給物質中での線形状の第二電極の占有面積が１０％以上９０％以下であることが好ましい。線形状の第二電極の占有面積が９０％以上であると、十分な駆動を得るために、必要なイオンの量をイオン供給物質が含有することが出来ない場合がある。また、１０％以下であると、前述の数式［８］を満たすことが出来ない場合がある。

（導電性を有する結束部材に関して）
本発明に用いられる導電性を有する結束部材としては、良好な導電性を有し、かつ本アクチュエータを損傷させないものであれば、特に限定されず、従来公知の導電布や導電バンドさらにはワイヤーメッシュやなどをもちいても良い。ワイヤーメッシュとしては、良好な導電性と十分な弾性を備え、加工が容易な材質であれば特に限定されず、ステンレス線を使用しても良いし、スズメッキ銅線、カッパーウェルド線（スズメッキ、銅、スチール）、モネル線（銅、ニッケルの合金）、アルミニウム線等を使用してもよい。また加えて、ワイヤーメッシュの網目にエラストマーを充填したものを用いることも出来る。該エラストマーとしては、シリコーンゴムでも良いし、このシリコーンゴムに導電性粒子を充填した導電性エラストマーを使用してもよい。そして、導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック，カーボンファイバ，グラファイトといったカーボン系の材料の他、銀，銅，アルミ，クロム，チタン，タングステン，コバルト，亜鉛，ニクロム，これらの合金，金属をコーティングしたガラスといった材料を、微粉末状，箔状，繊維状にしたもの等を使用することもできる。また更に、金属箔を螺旋状に巻き付けた糸を用いて編組した編物や、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるフィルム材に金属箔を積層したシート材により該導電性を有する結束帯を形成してもよい。加えて，これらを複数組み合わせて用いることも出来る。

なお，上述したように，該結束部材は，結束バンドの如き紐状でも良いし，もちろん複数本の紐を組み合わせても良い。また，帯状であってもよいし，メッシュ膜や膜状さらには柱状であってもよく，特にアクチュエータの側面全体を結束する場合には，変位量や発生力向上の観点からは好ましい。なお，これらを複数の該結束部材を組み合わせて使用しても良く，所望するアクチュエータによって適宜最適なものを選定することが出来る。加えて，変位量や発生力向上の観点からは，該結束部材はアクチュエータ素子よりもヤング率が高い部材であることも好ましい。

本発明に係るアクチュエータは、柱状のイオン移動型アクチュエータを作製することができればどのような方法で製造してもよいが、以下に挙げる製造方法が好適である。

第一の製造方法として、線形状の第二電極を予め作製した後に、フィルム状に作製したイオン供給物質を各々被覆する。これらを束ねて所望の成形型に入れ、更に溶融させた電解質液で電極間を満たし、その後冷却乾燥する。

その後さらに、フィルム状に作製した第一電極としてのチューブ状部材、また更には封止膜や絶縁膜を順次巻きつけて被覆することで、本発明のイオン移動型アクチュエータを製造できる。

また、上記の被覆工程では、イオン供給物質および／あるいは電極を構成するポリマー材料の融点付近の熱を加えながら行うと、それらの接着性が高くなるので好ましい。

また第二の方法として、電極およびイオン供給物質作製のためのペーストを所定の金型を用いて一度に押出し成形する方法がある。

この方法は、様々な柱状形状のアクチュエータを簡便に作製することが出来る。

具体的には、対応する電極層およびイオン供給物質用のそれぞれのマスターペーストを、所定の材料を適当な溶媒（例えばテトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）の存在下、機械的に混練することで準備する。これらを所望の形状の金型を用いて同時に押出し成形することで、所望の断面形状の柱状アクチュエータが作成できる。

押出し成形の温度や速度は、使用するポリマーの分解温度以下であれば特に限定されるものではない。使用する高分子バインダ、アクチュエータを構成する高分子化合物、移動するイオン種に応じて適宜選択すればよい。例えば、成形の温度は、３０℃〜１５０℃であることが好ましい。また、成形むらを少なくするという点から、成形の速度は０．１〜５００ｍｍ／ｍｉｎであることが好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。

（アクチュエータの駆動および力測定）
以下に示す各実施例の円柱型アクチュエータを用意し、一端の柱端面を白金電極付きホルダーで固定した。他端の柱端面が発生力測定用のロードセルに接するように配置した状態で、白金電極に駆動電圧±３．０Ｖ、駆動周波数０．１Ｈｚの条件で電圧を印加して発生力を測定した。

（実施例１）
（互いに接した７本の線形状の第二電極から成る円柱型アクチュエータ）
本実施形態は、図１（ａ）のアクチュエータ１の変形例であり、図１（ａ）の線形状の第二電極が互いに接した７本の線形状の第二電極を有するアクチュエータである。

本形態は、図１（ａ）に示すものと同様に、それぞれの線形状の第二電極および第一電極としてのチューブ状部材がそれぞれリード線を介して電源に接続されている。

第一および第二の電極間に電位差が印加されると、アクチュエータの柱の軸方向へ伸縮駆動が行われる構成になっている。アクチュエータ全体としては、柔らかな電極およびイオン供給物質からなるため、弾力性に優れたものである。

次に、本実施形態におけるソフトアクチュエータの製造方法を具体的に説明する。

本形態に用いるイオン供給物質は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＢＭＩＢＦ_４）と、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）と、をゲル化することによって形成されるイオンゲル（イオン液体を含有する高分子ゲル）で構成する。

線形状の第二電極および第一電極としてのチューブ状部材は、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）とＢＭＩＢＦ_４、及びＰＶＤＦ−ＨＦＰによって形成されるバッキーゲル（ＣＮＴゲル）で作製する。

より具体的には、以下の工程により作製した。

ＰＶＤＦ―ＨＦＰ（１０ｇ）をＴＨＦ／アセトニトリル（５／１）およびＢＭＩＢＦ_４（１０ｇ、イオン液体）とを温度８０℃で加熱混合することでイオン供給物質のペースト状マスターバッチを作成した。

また、ＳＷＣＮＴ（５ｇ、平均直径約１ｎｍ、長さ平均約１μｍ）とＢＭＩＢＦ_４（１０ｇ）とジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）１ｍＬとを混合してボールミル処理を３０分間おこないペーストを得た。この後、このペーストにＰＶＤＦ−ＨＦＰ（８ｇ）を添加した後、さらに３０分間ボールミル処理することで得られる電極のペースト状マスターバッチを用意した。

その後、得られた各々のペースト状マスターバッチを、対応する金型を用いて温度８０℃、押出し速度１０ｍｍ／ｍｉｎで押出し成形後、温度８０℃で３時間乾燥させることでアクチュエータを作製した。アクチュエータ全体の大きさは、長さ約３０ｍｍ、直径約７ｍｍの円柱状であり、第一の電極線形状電極を含むイオン供給物質の直径は約５ｍｍ、各線形状の電極の直径が約１．５ｍｍのアクチュエータを作成した。

この方法では、イオン供給物質中での線形状の第二電極の占有率は約６０％であった。

アクチュエータおよびアクチュエータから切り出した線形状の第二電極について、引張り試験機によって引張り試験を用い、それぞれのヤング率を応力−歪み特性から求めることができる。

アクチュエータの断面積および線形状の第二電極の断面積を任意の５点の切断面でのＳＥＭ写真から平均して求めると、Ｓ_１・Ｙ_１は１／２（Ｓ・Ｙ）の２．２倍であった。

なお、線形状の第二電極の材料組成、サイズ等を分析して、擬似的に算出してもこの値に大きな違いはなかった。

本アクチュエータを用いることで、腰折れ等を起こすことなく、大気中、４Ｖ程度の駆動電圧でも伸縮駆動し、対象物を滑らかに直線方向に押し移動することができる。電極から印加される電気エネルギーが大きければ、伸縮駆動する度合いが大きくなる。伸張する度合いが大きければ、本アクチュエータの発生力が強くなる。また、±１．０Ｖ、１Ｈｚ（方形波電圧）で１５０００回駆動させてもアクチュエータの性能に劣化は見受けられず、繰り返し駆動耐久性が高い。

（比較例１）
（線形状の第二電極が１本のみで形成されたアクチュエータ）
本比較例は、アクチュエータの中心電極を一本のみの柱状電極で構成したアクチュエータである。なお、線状電極を１本とする以外は実施例１のアクチュエータと作製手法は同じである。ここで、イオン供給物質中での線形状の第二電極の占有率は約１０％である。

実施例１の場合と同様に本アクチュエータのＳ_１・Ｙ_１および１／２（Ｓ・Ｙ）求めると、本アクチュエータにおいてＳ_１・Ｙ_１の値は１／２（Ｓ・Ｙ）の６０％である。

本アクチュエータを実施例１と同様に伸縮駆動させると、大気中、１−４Ｖ程度の駆動電圧でも対象物を柱の軸方向に押し移動することはできるが、単位時間当たりでの発生力は実施例１のアクチュエータには及ばない。

（比較例２）
（比較例１よりも線形状の第二電極が太いアクチュエータ）
本比較例は、比較例１における線形状の第二電極を太くしたアクチュエータである。

本比較例では、線形状の第二電極に垂直な断面での線形状の第二電極の断面積が、実施例１のアクチュエータの７本の線形状の第二電極からなる線形状の第二電極の断面積の総和と等しくなるように、また線形状の第二電極が一本の電極である以外は実施例１と同様にして本アクチュエータを作製する。ここで、イオン供給物質中での線形状の第二電極の占有率は約６０％である。

実施例１の場合と同様に本アクチュエータのＳ_１・Ｙ_１およびＳ・Ｙを求めた結果、Ｓ_１・Ｙ_１は１／２（Ｓ・Ｙ）の２．２倍である。

本アクチュエータを実施例１と同様に伸縮駆動させると、大気中、１−４Ｖ程度の駆動電圧でも対象物を滑らかに直線方向（柱の軸方向）に押し移動することはできるが、線状電極の内部にはイオンが移動しにくいため、その発生力は実施例１のアクチュエータに比べ低い値となる。

（実施例２）
（実施例１のアクチュエータにおいて、線形状の第二電極が各々離間）
本実施例は、実施例１のソフトアクチュエータの変形例であり、線形状の第二電極が離間されている円柱型アクチュエータである。

図１（ａ）は、本アクチュエータの斜視図である（ここではアクチュエータの端面で線形状の第二電極の離間が確認できる）。

本アクチュエータの作製は、線形状の第二電極がそれぞれ離間している以外は実施例１と同様である。またイオン供給物質中での線形状の第二電極の占有率は約６０％である。本アクチュエータも、電極を介して電気エネルギーが印加されると、腰折れを起こすことなく、大気中、約４Ｖの駆動電圧でアクチュエータの柱の軸方向へ伸縮駆動を行う。

なお、実施例１の場合と同様に本アクチュエータのＳ_１・Ｙ_１およびＳ・Ｙを求めた結果、Ｓ_１・Ｙ_１は同様に１／２（Ｓ・Ｙ）の２．２倍である。加えて、全ての線形状の第二電極が離間されているために電解質との接触が実施例１よりも良好で、実施例１の場合よりも、発生力の向上がなされている。

（実施例３）
（実施例２のアクチュエータにおいて、径が小さい６本の線状電極を追加）
本実施例は、実施例２の７本の線形状の第二電極に加え、一本の径の太さが直径約６００μｍである線形状の第二電極を６本加えた、合計１３本の線形状の第二電極から線形状の第二電極が形成されている。

本アクチュエータの作製方法は、線形状の第二電極として１３本の線形状の第二電極を形成する以外は実施例１と同様である。

ここで、イオン供給物質中での線形状の第二電極の占有率は約７０％である。本アクチュエータも、電極を介して電気エネルギーが印加されると、アクチュエータの柱の軸方向へ伸縮駆動を行う。

なお、実施例１の場合と同様に本アクチュエータのＳ_１・Ｙ_１およびＳ・Ｙを求めた結果、〔１／２（Ｓ・Ｙ）〕／〔Ｓ_１・Ｙ_１〕の値は実施例２の１．３倍である。

実施例１および２よりも多くの線形状の第二電極を有しており、またその断面積の総和が実施例１や２よりも多いことに起因し、より強い押し運動を行うことができる。

（実施例４）
（実施例２のアクチュエータが４本集束されたアクチュエータ集積構造体）
本実施例は、実施例２のソフトアクチュエータを４つ集束したアクチュエータ集積構造体である。本実施例のアクチュエータは、図２のように構成する。アクチュエータそれぞれに電極を介して電気エネルギーが印加されると、それぞれがアクチュエータの柱の軸方向へ伸縮駆動を行う。また、結束バンド（不図示）により結束されていることにより、その発生力はそれぞれの間隔を充分に空けて配置したものよりも大きくなる。

加えて、実施例２の場合よりも、集束化していることから耐圧性能もよく、対象物を載せた状態で±１．０Ｖ、１Ｈｚ（方形波電圧）で５００００回駆動させてもアクチュエータの性能に劣化は見受けらない。また横揺れ振動を与えながら、±１．０Ｖ、１Ｈｚ（方形波電圧）で５００００回駆動させてもアクチュエータの性能に劣化は見受けられず、押し運動応用には極めて好適である。

（アクチュエータ性能比較）
実施例１−４および比較例１のアクチュエータに±３．０Ｖ、０．１Ｈｚの交流電位を印加し、上記したような測定方法及び測定装置を用いてそれぞれについての性能を測定すると、次の表１に示すような結果が得られる。

表１から、各アクチュエータが式（１）を満たし、かつアクチュエータの線形状の第二電極が複数本の線形状の第二電極から構成しているようにして柱状のアクチュエータを構成することで、伸縮型アクチュエータの発生力が著しく向上することが確認できる。

また表１から、実施例１よりも実施例２のアクチュエータの方が、その発生力の増加割合が増すことから、線形状の第二電極が少なくとも一部離間されているようにすることで、アクチュエータの発生力がより増加することも確認できる。またさらに、実施例２よりも実施例３のアクチュエータの方が、その発生力の増加割合が増すことから、式（１）を満たせば、線形状の第二電極の線形状の第二電極数を増やすことで発生力を向上させ得ることも確認できる。加えて、実施例３よりも実施例４のアクチュエータの方が、その発生力の増加割合が増すことから、集積化することで発生力が増すことも確認できる。

（実施例５）
本実施例は、導電性を有する結束部材でアクチュエータの外周の一部が結束されている場合の実施例である。

なお特に断りのない限り，本実施例の集積構造体は，隣り合うアクチュエータ同士の第一電極の少なくとも一部が電気的に接続されている。そして更に集積構造体の外周部に位置するアクチュエータの第一電極は結束部材と少なくとも一部電気的に接続されている。

図３（ａ）のアクチュエータは、線状の導電性を有する結束部材を一つ用いた本実施例のアクチュエータ集積構造体を示す模式図である。

図３（ｂ）のアクチュエータは、メッシュ膜状の導電性を有する結束部材９ａを用いた本実施例のアクチュエータ集積構造体を示す模式図である。

図３（ｃ）のアクチュエータ（各アクチュエータは六角柱形状１ａ）は、柱状の導電性を有する結束部材９ｂを用いた本実施例のアクチュエータ集積構造体を示す模式図である。

図３に示す全てのアクチュエータは，電源８から配線を経て第二電極および結束部材９（もしくは９ａおよび９ｂ）に配線接続され、アクチュエータへの電圧の印加が行えるようになっている。

本実施例におけるアクチュエータも，スイッチで電源を入れると、電圧がアクチュエータに良好かつ均一に印加される。この時、各々のアクチュエータ集積構造体は柱方向へ伸張変形運動を行う。

アクチュエータは、スイッチの切り換えを行うことで、電圧が印加される方向を正反対に変更することができ、その結果、アクチュエータが伸びた段階で，電圧を反転させると収縮変形をすばやく行うことができる。また、スイッチの切り換えと、電源の出力調整で、変形量を調節することもできる。

本アクチュエータは，外周の一部を、導電性を有する結束部材で結束されているため，別途固定具を用いることなく、本発明のアクチュエータの形状を保持することが可能となり，また該結束部材を介して外部電源（電源）からの配線接続を容易に行える。

結果として，小型化、集積化を容易とし、発生力の大きなアクチュエータを作製することが出来る。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ アクチュエータ
２ 第一電極
３ イオン供給物質
４ 第二電極
５ 陽イオン
６ 陰イオン
７ リード線
８ 駆動電源
９ イオン液体

Claims (6)

1. 第一電極としてのチューブ状部材と、該チューブ状部材に内包されているイオン供給物質と、該チューブ状部材に内包されている線形状の第二電極を有する柱状のイオン移動型アクチュエータであり、
   該イオン供給物質は、該チューブ状部材の内壁と該第二電極との間に介在しており、
   該イオン供給物質は、陽イオンと陰イオンを含むポリマーゲルを有しており、
   該チュ−ブ状部材は、複数本の該第二電極を内包しており、
   該チューブ状部材と複数本の該第二電極との間に電圧を印加すると、該ポリマーゲルに含まれる該陽イオン及び該陰イオンの一方のイオンが複数本の該第二電極側へ移動し、他方のイオンが該チューブ状部材の内壁側へ移動することにより、該イオン移動型アクチュエータが伸長する
   ことを特徴とするイオン移動型アクチュエータ。
2. 前記第二電極が導電性材料を含有したポリマー繊維であることを特徴とする請求項１に記載のイオン移動型アクチュエータ。
3. 前記線形状の第二電極が離間して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン移動型アクチュエータ。
4. 前記アクチュエータの伸長する方向の断面において、下記式［８］
   Ｓ_１・Ｙ_１ ≧ １／２（Ｓ・Ｙ）＞０ ・・・式［８］
   〔式中、Ｓは前記断面におけるアクチュエータの全面積であり、Ｓ_１は前記断面における第一電極の面積であり、Ｙはアクチュエータのヤング率であり、Ｙ_１は第一電極のヤング率である。〕
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン移動型アクチュエータ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の複数のアクチュエータと、該複数のアクチュエータを結束する結束部材と、を有するアクチュエータ集積構造体。
6. 前記結束部材が導電性を有しており、該結束部材と、前記複数のアクチュエータの各々の第一電極とが通電している、請求項５に記載のアクチュエータ集積構造体。