JP2013251935A - Actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解液中に浸漬された導電性高分子に、電圧を印加することにより当該導電性高分子を伸縮させるアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator for expanding and contracting a conductive polymer immersed in an electrolytic solution by applying a voltage to the conductive polymer.
従来より、この種のアクチュエータとしては、導電性高分子と、当該導電性高分子が浸漬される電解液と、を備え、当該電解液中にて導電性高分子に電圧印加することによって、導電性高分子を伸縮させるようにしたものが提案されている(非特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of actuator, a conductive polymer and an electrolytic solution in which the conductive polymer is immersed are provided. By applying voltage to the conductive polymer in the electrolytic solution, The thing which made the elastic polymer expand and contract has been proposed (see Non-Patent Document 1).
本発明者は、上記特許文献1に記載のアクチュエータについて試作等を行い、検討した。その結果、従来のものでは、アクチュエータの伸縮率が時系列的に低下してしまうことがわかった(後述の図5参照)。
The present inventor made and studied a prototype of the actuator described in
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電解液中に浸漬された導電性高分子に、電圧を印加することにより当該導電性高分子を伸縮させるアクチュエータにおいて、伸縮率の時系列的な低下を極力抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an actuator that expands and contracts the conductive polymer by applying a voltage to the conductive polymer immersed in the electrolytic solution, the time series of the expansion rate The purpose is to suppress the general decline as much as possible.
上記目的を達成するため、本発明者は、導電性高分子の酸化による劣化が膜の伸縮率の時系列的な低下をもたらしていると考えた。そこで、電解液に酸化防止剤を溶解させてやれば、この酸化防止剤が膜全体に行き渡り、膜中の導電性高分子の酸化を防止できると考えた。 In order to achieve the above object, the present inventor considered that the deterioration due to the oxidation of the conductive polymer caused a time-series decrease in the expansion / contraction rate of the film. Therefore, it was considered that if an antioxidant is dissolved in the electrolyte, the antioxidant spreads over the entire film, preventing oxidation of the conductive polymer in the film.
本発明は、上記着目点に鑑みて実験的に創出されたものであり、請求項1に記載の発明では、導電性高分子(10)と、導電性高分子が浸漬される電解液(20)と、を備え、電解液中には、電解液に可溶性であって導電性高分子の酸化を防止する酸化防止剤が溶解しており、電解液中にて導電性高分子に電圧印加することによって、導電性高分子を伸縮させるようにしたことを特徴とするアクチュエータが提供される。
The present invention has been created experimentally in view of the above-mentioned points of interest. In the invention according to
それによれば、酸化防止剤の酸化防止効果によって、後述の図6等に示されるように、従来に比べて、伸縮率の時系列的な低下を大幅に抑制することができる。 According to this, due to the antioxidant effect of the antioxidant, as shown in FIG.
ここで、酸化防止剤としては、アスコルビン酸、エリソルビン酸、グルタチオン、リポ酸、レスベラトロール、セサモールおよびそれらの塩の中から選択された1種以上のものが挙げられ、特に、アスコルビン酸またはエリソルビン酸が好ましい。 Here, examples of the antioxidant include at least one selected from ascorbic acid, erythorbic acid, glutathione, lipoic acid, resveratrol, sesamol, and salts thereof, and in particular, ascorbic acid or erythorbine Acid is preferred.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、本実施形態のアクチュエータは、導電性高分子10と、導電性高分子10が浸漬される電解液20と、を備え、電解液20中にて導電性高分子10に電圧印加することによって、導電性高分子10を伸縮させるようにしたものである。
As shown in FIG. 1, the actuator of this embodiment includes a
ここで、導電性高分子10は、膜状のものであり、たとえば膜厚5〜100μmのものである。この導電性高分子10は、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンまたはこれらの類縁体よりなり、たとえばポリピロールやポリチオフェンよりなる場合は、電解重合により形成され、ポリアニリンよりなる場合は、電解重合または塗布法により形成される。
Here, the
電解液20は、容器30に蓄えられている。そして、この電解液20に導電性高分子10が浸漬されている。この電解液20は、ドーパント(つまり電解質)と溶媒とよりなる。ドーパントは導電性高分子10に電子を付与するものであり、このドーパントが溶媒に溶けたものが電解液20である。たとえば、溶媒100wt%に対して、ドーパントは0.1wt%以上溶解している。
The
ここで、ドーパントとしては、トリフルオロメタンスルホン酸、または、その他の強酸、もしくはこれら酸の塩などが挙げられる。溶媒としては、水またはイオン性液体(たとえば1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネートなど)が挙げられる。 Here, examples of the dopant include trifluoromethanesulfonic acid, other strong acids, or salts of these acids. Examples of the solvent include water or an ionic liquid (for example, 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate and the like).
さらに、この電解液20中には、電解液20に可溶性であって導電性高分子10の酸化を防止する酸化防止剤が溶解している。ここで、酸化防止剤が可溶性であるとは、具体的には、電解液100wt%に対して、酸化防止剤が0.1wt%以上溶解することに相当する。なお、この0.1wt%以上であって妥当な範囲であれば、電解液20に対する酸化防止剤の濃度は限定されない。
Further, an antioxidant that is soluble in the
酸化防止剤としては、アスコルビン酸(図2参照)、エリソルビン酸(図3参照)、グルタチオン、リポ酸、レスベラトロール、セサモールおよびそれらの塩(Li、Na、Mg、K、Ca)の中から選択された1種以上のものが挙げられる。 Antioxidants include ascorbic acid (see FIG. 2), erythorbic acid (see FIG. 3), glutathione, lipoic acid, resveratrol, sesamol and their salts (Li, Na, Mg, K, Ca). One or more selected ones may be mentioned.
ここで、上記酸化防止剤のうちレスベラトロール、セサモールは、水にしか溶けないが、アスコルビン酸(図2参照)、エリソルビン酸(図3参照)、グルタチオン、リポ酸は、水にもイオン性液体にも溶ける。さらに、アスコルビン酸、エリソルビン酸は特に安価なものであり、酸化防止剤として優位である。なお、上記各部材として挙げた材料は、市販材料として入手できるものである。 Of the above antioxidants, resveratrol and sesamol are soluble only in water, but ascorbic acid (see FIG. 2), erythorbic acid (see FIG. 3), glutathione, and lipoic acid are also ionic in water. It dissolves in liquids. Furthermore, ascorbic acid and erythorbic acid are particularly inexpensive and are advantageous as antioxidants. In addition, the material quoted as said each member can be obtained as a commercially available material.
また、このアクチュエータにおいては、導電性高分子10は、電解液20中にて、膜の長手方向(図1中の上下方向)に図示しない錘等によって引張荷重を受けた状態で浸漬されている。また、電解液20の外には、電圧印加手段40が設けられ、この電圧印加手段40と導電性高分子10とは、PtやAu等の金属電極50を介して電気的に接続されている。
Further, in this actuator, the
また、電解液20中には、導電性高分子10に対向する位置に、Pt等よりなる対向電極60が設けられ、この対向電極60は、電圧印加手段40における導電性高分子10とは反対側の極に電気的に接続されている。
In the
このようなアクチュエータにおいて、電圧印加手段40によって導電性高分子10と対向電極60との間に電圧を印加すると、電解液20中のドーパントの作用により、導電性高分子10に対するアニオンの付与、脱離が発生する。ここで、導電性高分子10は、アニオンの付与により伸び、脱離により縮む。
In such an actuator, when a voltage is applied between the
このアクチュエータの製造方法は次の通りである。まず、膜状の導電性高分子10を作製し、導電性高分子10に金属電極50を接続する。一方で、適量のドーパントを溶媒に溶かして電解液20を調製する。さらに電解液20に適量の酸化防止剤を添加する。そして、導電性高分子10と対向電極60とを、電解液20中に浸漬することで、本アクチュエータができあがる。
The manufacturing method of this actuator is as follows. First, the film-like
ところで、本実施形態のアクチュエータによれば、電解液20に可溶性であって導電性高分子10の酸化を防止する酸化防止剤が、電解液20に溶解しているので、酸化防止剤の酸化防止効果によって、従来に比べて、伸縮率の時系列的な低下を大幅に抑制することができる。
By the way, according to the actuator of this embodiment, since the antioxidant that is soluble in the
このことについて、次に、実施例および比較例を参照して、より具体的に述べる。 Next, this will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
導電性高分子10として実施例1〜6および比較例1ではポリピロールを用いた。電解液10のドーパントとして実施例1〜6ではトリフルオロメタンスルホン酸を用いた。電解液10の溶媒として、実施例1〜5および比較例1では水、実施例6では1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネートを用いた。
In Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, polypyrrole was used as the
酸化防止剤としては、実施例1ではアスコルビン酸、実施例2ではアスコルビン酸Na(ナトリウム塩)、実施例3ではエルソルビン酸、実施例4ではグルタチオン、実施例5ではリポ酸、実施例6ではレスベラトロールを用いた。また、比較例1では酸化防止剤を含まないものとした。また、金属電極50、対向電極60ともに白金とした。
As the antioxidant, ascorbic acid in Example 1, ascorbic acid Na (sodium salt) in Example 2, ersorbic acid in Example 3, glutathione in Example 4, lipoic acid in Example 5, and less in Example 6 Veratrol was used. In Comparative Example 1, the antioxidant was not included. The
そして、実施例1〜6では、電解重合によりポリピロールよりなる厚さ20μmの膜状の導電性高分子10を作製し、導電性高分子10にPtよりなる金属電極50を接続した。また、ドーパントを溶媒に0.1wt%以上溶かして電解液20を調製し、さらに電解液20に酸化防止剤を0.1wt%以上添加し、溶解させた。
In Examples 1 to 6, a film-like
そして、導電性高分子10とPtよりなる対向電極60とを、電解液20中に浸漬し、上記図1の状態とした。そして、たとえば±2Vの定電圧を印加してすることで、導電性高分子10を膜の長手方向に伸縮させた。この導電性高分子10の変位量は、レーザ変位計により計測した。
Then, the
また、比較例については、酸化防止剤を添加しないこと以外は、上記実施例1〜6と同様にして作製し、また、上記変位量の計測も同様に行った。各実施例1〜6および比較例1について、上記変位量の時間経過を測定した。 Moreover, about the comparative example, it produced similarly to the said Examples 1-6 except not adding antioxidant, The measurement of the said displacement amount was also performed similarly. About each Examples 1-6 and the comparative example 1, the time passage of the said displacement amount was measured.
たとえば、実施例1では、図4に示されるように、導電性高分子10の伸縮率は3時間経過後でも初期とほとんど変化していないが、比較例1では、図5に示されるように、当該伸縮率が時間とともに明らかに減少していくことがわかる。
For example, in Example 1, as shown in FIG. 4, the expansion / contraction rate of the
具体的に、各例について、当該伸縮における、初期変位量(0時間後変位量)と、連続駆動3時間後変位量とを求めたのが図6である。図6に示されるように、0時間後変位量、連続駆動3時間後変位量は、それぞれ実施例1では4.0%、4.2%であり、実施例2では3.4%、3.4%であり、実施例3では4.1%、4.4%であり、実施例4では3.8%、3.7%であり、実施例5では4.3%、4.0%であり、実施例6では3.1%、3.3%であるのに対して、比較例1では6.2%、2.3%であった。
Specifically, for each example, FIG. 6 shows the initial displacement amount (0 hour displacement amount) and the
このように比較例1では、上記伸縮率の時系列的な低下が顕著であるのに対して、酸化防止剤を含有する実施例1〜6では、当該伸縮率の時系列的な低下を大幅に抑制できることが確認された。 Thus, in Comparative Example 1, the time-series decrease in the expansion / contraction rate is remarkable, whereas in Examples 1 to 6 containing the antioxidant, the time-series decrease in the expansion / contraction rate is greatly increased. It was confirmed that it can be suppressed.
また、上記の実施例以外にも、導電性高分子10、電解液20の溶媒やドーパントの種類に限らず、上記各酸化防止剤の添加により、同様の効果が得られる。また、酸化防止剤は、電解液20に可溶性であるならばよいが、イオン解離定数が0.1以下のものが望ましい。これは、酸化防止剤が、ドーパントと役割が競合しないようにするためである。
In addition to the above examples, the same effect can be obtained not only by the types of the
また、導電性高分子10、電解液20および酸化防止剤は、上記実施形態に示した材料以外にも、この種のアクチュエータに適した材料であるならば、採用してもよいことはもちろんである。
In addition to the materials shown in the above embodiment, the
10 導電性高分子
20 電解液
10
Claims (3)
前記導電性高分子が浸漬される電解液(20)と、を備え、
前記電解液中には、前記電解液に可溶性であって前記導電性高分子の酸化を防止する酸化防止剤が溶解しており、
前記電解液中にて前記導電性高分子に電圧印加することによって、前記導電性高分子を伸縮させるようにしたことを特徴とするアクチュエータ。 A conductive polymer (10);
An electrolyte solution (20) in which the conductive polymer is immersed,
In the electrolytic solution, an antioxidant that is soluble in the electrolytic solution and prevents oxidation of the conductive polymer is dissolved,
An actuator characterized in that the conductive polymer is expanded and contracted by applying a voltage to the conductive polymer in the electrolytic solution.
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