JP3345730B2 - Polyurethane elastomer actuator - Google Patents

Polyurethane elastomer actuator

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JP3345730B2
JP3345730B2 JP02947094A JP2947094A JP3345730B2 JP 3345730 B2 JP3345730 B2 JP 3345730B2 JP 02947094 A JP02947094 A JP 02947094A JP 2947094 A JP2947094 A JP 2947094A JP 3345730 B2 JP3345730 B2 JP 3345730B2
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利博 平井
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利博 平井
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【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ポリカーボネート系ポリオールを有するポリウレタン・エラストマーの誘電体の電場配向を利用したポリウレタンエラストマー・アクチュエーターに関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a polyurethane elastomer actuator utilizing electric field orientation of the dielectric polyurethane elastomer having a polycarbonate-based polyol.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来より圧電材料として次のようなものが知られている。 As follows is known as Conventionally a piezoelectric material. チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系に代表される圧電セラミックスや、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)に代表される圧電性高分子、或いはこれらを複合化したものである。 Or a piezoelectric ceramic represented by lead zirconate titanate (PZT), is a piezoelectric polymer represented by polyvinylidene fluoride (PVDF), or those obtained by compounding.

【0003】確かに、これらのものは実際にスピーカーやヘッドホンの材料として使用されており、このような特定の用途に対しては優れた性能を見せている。 [0003] certainly, these things are actually used as the material of the speakers or headphones, it showed excellent performance for such specific applications.

【0004】しかし、前記の圧電材料はその厚みが2m However, the piezoelectric material is a thickness 2m
mの場合には通常約10kVもの高電圧を必要とするとともに、駆動される電歪量がせいぜい約0.1%以下とあまり大きくないのでアクチュエーターとしての用途には不向きである。 Together usually requires about 10kV voltage as high in the case of m, is not suitable for use as actuators because electrostriction to be driven is not so large at most about 0.1% or less.

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとした課題】そこで、この発明はそれ程高電圧を必要としないとともに電圧が印加された際の変位量が従来の圧電材料よりも大きいアクチュエーターを提供することを課題とする。 An invention was trying to solve Therefore, the present invention displacement amount when the voltage is applied with no need of so high voltage is an object to provide a larger actuator than conventional piezoelectric materials.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、この発明のポリウレタンエラストマー・アクチュエーターは、ポリカーボネート系ポリオールを有するポリウレタン・エラストマーであって、前記ポリカーボネート系ポリオールは直流電場が印加されると電場方向に配向するものであることを特徴とする。 In order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION The polyurethane elastomer actuator of this invention is a polyurethane elastomer having a polycarbonate-based polyol, the polycarbonate polyol is a DC electric field is applied characterized in that it is intended to be oriented to the electric field direction.

【0007】 [0007]

【作用】この発明のポリウレタンエラストマー・アクチュエーターに直流電場を印加すると、ポリカーボネート系ポリオールが電場方向に配向し、ポリウレタン・エラストマーを構成する高分子のコンフォメーションの変化が誘起される。 SUMMARY OF Upon applying a DC electric field to the polyurethane elastomer actuator of the present invention, a polycarbonate-based polyol is oriented in the electric field direction, a change in conformation of the polymer constituting the polyurethane elastomer is induced. 前記ポリカーボネート系ポリオールを電場方向に配向させるためには直流電場を印加する必要があるが、そのための電圧として従来の圧電材料(例えば圧電セラミックス等)が必要とする約10kV(2mm Although in order to orient the polycarbonate-based polyol in the direction of the electric field it is necessary to apply a DC electric field, about 10 kV (2 mm to conventional piezoelectric material (for example, a piezoelectric ceramic or the like) is required as a voltage for the
厚)もの高電圧は必要とせず、約5kV(2mm厚)以下の電圧でも十分に変位可能である。 The thickness) as high voltage is not required, it is possible sufficiently displaced in about 5 kV (2 mm thickness) following voltage. さらに、従来の圧電材料の電歪量はせいぜい約0.1%程度であったが、 Furthermore, the electrostrictive amount of conventional piezoelectric materials was the most about 0.1%
この発明のものによると0.2%程度か若しくはこれ以上の変位が可能である。 According the possible 0.2% of one or more displacement to that of the present invention.

【0008】なお、ポリカーボネート系ポリオールは直流電場が印加されると電場方向に配向する態様として、 [0008] Incidentally, a polycarbonate-based polyol as a mode oriented in the electric field direction when a DC electric field is applied,
ポリカーボネート系ポリオールが、誘電性のポリオール又は比較的強い双極子モーメントを有する置換基を持つものであるとすることができる。 Polycarbonate-based polyol, may be those having a substituent having a dielectric polyol or relatively strong dipole moment.

【0009】この発明の構成によると、異方的な力が極めて高速で発生して変位が生じ、この変位をアクチュエーションに利用することができる。 [0009] According to the configuration of the present invention, displacement occurs anisotropic force is generated at a very high speed, it is possible to use this displacement to actuation. この発明のものにおいて変位が生ずる機構は、ポリカーボネート系ポリオールが電場方向に配向する誘電性に起因し、その電場による配向とそれによって誘起される高分子のコンフォメーションの変化に基づくものである。 Mechanism displacement occurs in those of the present invention, due to the dielectric of the polycarbonate-based polyol is oriented in the direction of the electric field is based on a change in the conformation of the orientation and polymer thereby inducing the by the electric field.

【0010】従って、次段階として、ポリウレタン・エラストマーを構成する高分子鎖の集合状態の異方性などの高次構造がアクチュエーションの大きさを決める要因の一つとなる。 Accordingly, as the next step, it becomes a factor in higher order structure, such as anisotropy of the set state of the polymer chains constituting the polyurethane elastomer sizing the actuation. 構造変化は電場によって連続的、且つ電圧を5kV(2mm厚)印加時までは概ね変位量の変化率が増加していく態様で起こり、従って、発生する力や変形量は電場によって制御できる。 Structural changes occur in a manner continuously by the electric field, and voltage 5 kV (2 mm thick) that generally the amount of displacement of the rate of change until the applied increases, thus, force or deformation amount generated can be controlled by an electric field. このことは、系に電流を通じる条件下で測定した場合においてもアクションが電流に依存せず一定となることを意味している。 This means that the action also becomes constant without depending on the current when measured under conditions leading current to the system.

【0011】また、事実上電流が流れない条件下(例えば1mA程度)でも変位が可能であるということは、熱的にエネルギーが散逸することが避けられ、電気エネルギーを高効率で機械エネルギーに変換できることを示唆している。 Further, the fact that it is possible to displace even under conditions which do not flow virtually current (for example, about 1 mA), it is avoided that thermal energy is dissipated, converted into mechanical energy electric energy with high efficiency suggesting that possible. つまり、実効電流が事実上ゼロに近い状態で分子配向のみによってポリウレタン・エラストマーの形状を変化させることが可能であり、この変位の際に生じる機械的変形エネルギーをアクチュエーションに用いることができる。 In other words, only by the molecular orientation in the effective current state close to virtually zero it is possible to change the shape of the polyurethane elastomer, it is possible to use a mechanical deformation energy occurring during the displacement actuation.

【0012】 [0012]

【実施例】以下、この発明を実施例により更に具体的に説明する。 EXAMPLES The following more specifically described by the invention examples.

【0013】この実施例のポリウレタンエラストマー・ [0013] The polyurethane elastomer of this example
アクチュエーターの変位機構は高分子鎖のコンフォメーション変化に起因するもので、応答速度はポリウレタン・エラストマーの誘導性などによるが、概ねミリ秒から100ミリ秒のオーダーである。 Displacement mechanism of the actuator is due to the conformational change in the polymer chain, the response speed depends on such induced polyurethane elastomer, which is generally on the order of 100 milliseconds milliseconds. 変位量はポリウレタン・エラストマー固有の架橋度などに起因する構造と物性に最も大きく依存している。 Amount of displacement is the most highly dependent on the structure and properties due to such as a polyurethane elastomer specific degree of crosslinking. 因みに、例えば従来の荷電性ゲルのように化学反応を伴うものと比較すると、応答性が極めて速い。 Incidentally, for example, when compared to those with a chemical reaction as in the conventional charged gels, very fast response.

【0014】ポリウレタン・エラストマーの構造上の必要成分はソフト・セグメントとハード・セグメントとを構成する成分と物理強度の改変に必要な硬化剤との三成分であり、このポリウレタン・エラストマーに起因する弾性機能をアクチュエーターに用いるのである。 [0014] required components of the structure of the polyurethane elastomer is a three-component with a curing agent required for modification of the components and physical strength which constitutes a soft segment and hard segment, resilient due to the polyurethane elastomer function is used to the actuator. このため、各種の関連化合物及びそれらの組合せについて電場による駆動性能の検討を行った。 Therefore, we examined the driving performance due to the electric field for the various related compounds and combinations thereof.

【0015】なお、ポリウレタン・エラストマーは次に示すような方法で得ることが出来る。 [0015] Incidentally, the polyurethane elastomer can be obtained by a method as shown below. 即ち、ポリカーボネート系ポリオール及び有機ポリイソシアネート及び鎖伸長剤を用いて、従来公知の方法により反応を行う。 That is, by using the polycarbonate-based polyol and an organic polyisocyanate and a chain extender, the reaction is carried out by a conventionally known method. 例えば、このポリカーボネート系ポリオールと有機ポリイソシアネートとを反応させてウレタンプレポリマーを得て、次いでこれに鎖伸長剤を反応せしめる方法、或いは、前記三成分を所定の割合で同時に反応せしめる所謂ワンショット法等が有る。 For example, this polycarbonate polyol and organic polyisocyanate are reacted to obtain a urethane prepolymer, and then a method of reacting it in the chain extender, or a so-called one-shot method reacting simultaneously the three components at a predetermined ratio etc. there. ポリカーボネート系ポリオールと有機ポリイソシアネートとのNCO/OHモル比は1.5〜9の範囲が好ましい。 NCO / OH molar ratio of the polycarbonate-based polyol with an organic polyisocyanate is preferably in the range of 1.5 to 9.

【0016】ポリイソシアネートとしては、分子内に2 [0016] As the polyisocyanate, 2 in the molecule
個以上のイソシアネート基を有するものであればよく、 Well as long as it has a number or more isocyanate groups,
例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4 For example, trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,2,4
−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、4, - trimethylhexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1,3-cyclopentane diisocyanate, 1,3-cyclohexane diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, 4,
4'−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、1−メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m−フェニレンジイソシアネート、p− 4'-methylenebis (cyclohexyl isocyanate), 1-methyl-2,4-cyclohexane diisocyanate, 1-methyl-2,6-cyclohexane diisocyanate, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, 1,4-bis (isocyanatomethyl ) cyclohexane, m- phenylene diisocyanate, p-
フェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4'−トルイジンジイソシアネート、ジアニジンジイソシアネート、4,4'− Phenylene diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, 4,4'-diphenylene methane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-toluidine diisocyanate, Ziani Jin diisocyanate, 4, 4'
ジフェニルエーテルジイソシアネート、1,3−キシリレンジイソシアネート、ω,ω'−ジイソシアネート− Diphenyl ether diisocyanate, 1,3-xylylene diisocyanate, ω, ω'- diisocyanate -
1,4−ジエチルベンゼン、ポリメチレンポリフェルニルポリイソシアネート、及びこれらのポリイソシアネート類のイソシアヌレート化変性品、カルボジイミド化変性品、ビュレット化変性品等が挙げられる。 1,4-diethylbenzene, polymethylene poly Fell sulfonyl polyisocyanates, and isocyanurate-modified products of these polyisocyanates, carbodiimide-modified products include biuret of modified products. これらは1 These are 1
種のみを用いてもよいし或いは2種以上を併用してもよい。 Only may be used in combination may to or two or more may be used species.

【0017】ポリカーボネート系ポリオールとしては従来公知のポリオール(多価アルコール)とホスゲン、クロル蟻酸エステル、ジアルキルカーボネート又はジアリルカーボネートとの縮合によって得られ、種々の分子量のものが知られている。 The polycarbonate-based Polyols known polyol (polyhydric alcohol) and phosgene, chloroformate esters, obtained by condensation of a dialkyl carbonate or diallyl carbonate, are known a variety of molecular weights. このようなポリカーボネート系ポリオールとして特に好ましいものはポリオールとして、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、又は1,5−ペンタンジオールを使用したものであり、その分子量が約500〜10000の範囲のものである。 Particularly preferred are polyols Such polycarbonate polyols, 1,6-hexane diol, which was used 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, neopentyl glycol, or 1,5-pentanediol , and the molecular weight is in a range of about 500 to 10,000.

【0018】例えば、下記一般式(化1)で表されるポリカーボネートジオール、 [0018] For example, a polycarbonate diol represented by the following general formula (Formula 1),

【0019】 [0019]

【化1】 [Formula 1]

【0020】(ここで、R及びR'は、互いに同じか又は別々の、炭素数2〜10の2価の単価水素基であり、 [0020] (wherein, R and R 'are the same or different from one another, a divalent bid hydrogen group having 2 to 10 carbon atoms,
nは整数である。 n is an integer. )が挙げられる。 ), And the like.

【0021】このポリカーボネート系ウレタンプレポリマーのポリオール部分の構造は、上記のようなポリカーボネート系ポリオールをはじめ、ポリカーボネート系ポリオールとポリカプロラクトン系ポリオールのランダム共重合体、ポリカーボネート系ポリオールとポリエステル系ポリオールのランダム共重合体、ポリカーボネート系ポリオールとポリエーテル系ポリオールのランダム共重合体、或いは、ポリカーボネート系ポリオールとその他のポリオール、例えば、ポリカプロラクトン系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオールとの混合物などが挙げられ、それぞれ単独で使用されたり又は複数併用されたりする。 The structure of the polyol portion of the polycarbonate-based urethane prepolymer, including polycarbonate-based polyol as described above, a random copolymer of a polycarbonate polyol and polycaprolactone polyols, random copolymers of a polycarbonate polyol and a polyester polyol polymers, random copolymers of a polycarbonate polyol and a polyether polyol, or polycarbonate polyol and other polyols, such as polycaprolactone-based polyols, polyester polyols, mixtures of polyether polyol and the like, each or is or are used or combination alone.

【0022】また、前記ポリカーボネート系ポリオールに対し、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオールの1種又は2種以上を適宜ブレンドしたもの等を使用することができる。 Further, with respect to the polycarbonate-based polyol, it is possible to use polyester polyols, polyether polyols, polybutadiene polyols, such as those obtained by appropriately blending one or more of the polyolefin-based polyol.

【0023】硬化剤としては、ウレタンプレポリマーを硬化してポリウレタン・エラストマーを生成させる際に一般的に用いられているものでよい。 [0023] The curing agent may be those commonly used in forming the cured to polyurethane elastomer urethane prepolymer. 例えばポリオール化合物、ポリアミン化合物等が挙げられる。 For example a polyol compound, a polyamine compound, and the like. ポリオール化合物としては、1級ポリオール、2級ポリオール、3 As the polyol compound, primary polyols, secondary polyols, 3
級ポリオールのいずれを用いてもよい。 It may be used any one of the grade polyol. 具体的には、トリメチロールプロパン(「TMP」)、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、2,3−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘキサンジオール、2−エチル−1,3 Specifically, trimethylolpropane ( "TMP"), ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,2-pentanediol, 2,3-pentanediol, 2,5-hexanediol, 2,4-hexanediol , 2-ethyl-1,3
−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アニリン、ヒドロキノン−ビス−(β−ヒドロキシエチル) - hexanediol, cyclohexanediol, 2-ethyl-2- (hydroxymethyl) -1,3-propanediol, N, N-bis (2-hydroxypropyl) aniline, hydroquinone - bis - (beta-hydroxyethyl)
エーテル、レゾルシノール−ビス(β−ヒドロキシエチル)エーテル等が挙げられる。 Ether, resorcinol - bis (beta-hydroxyethyl) ether, and the like. ポリアミン化合物としてはジアミン、トリアミン、テトラアミン等、1級アミン、2級アミン、3級アミンのいずれも用いることができる。 Diamine polyamine compounds, triamine, tetraamine, etc., primary amines, secondary amines, can be either a tertiary amine. 具体的にはヘキサメチレンジアミン等の脂肪族アミン、3,3'−ジメチル−4,4'−ジアミノジシクロヘキシルメタン等の脂環族アミン、4,4'−メチレンビス−2−クロロアニリン、2,2'3,3'−テトラクロロ−4,4'−ジアミノフェニルメタン、4, Aliphatic amine hexamethylenediamine, etc. Specifically, 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino alicyclic amines dicyclohexyl methane, 4,4'-methylenebis-2-chloroaniline, 2,2 '3,3'-tetramethyl-4,4'-diaminodiphenyl methane, 4,
4'−ジアミノジフェニル、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)メタン、トリメチレングリコールパラアミノベンゾエート等の芳香族アミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等が挙げられる。 4'-diaminodiphenyl, 1,2-bis (2-aminophenyl-thio) methane, aromatic amines such as triethylene glycol p-aminobenzoate, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, and the like. これらの硬化剤は1種のみを用いてもよいし複数種を併用してもよい。 These curing agents may be used in combination of plural kinds may be used alone.

【0024】上記の硬化剤と前記の組成から得られたウレタンプレポリマーとを混合し同ウレタンプレポリマーを硬化させるための方法として、ウレタンプレポリマーに対する硬化剤の混合割合、硬化温度、硬化時間等を含めて公知の方法で行うことができる。 [0024] As a method for curing the urethane prepolymer by mixing the urethane prepolymer obtained from the composition of the the above curing agent, mixing ratio of curing agent to the urethane prepolymer, curing temperature, curing time, etc. it can be carried out by known methods, including.

【0025】この実施例に用いるポリウレタン・エラストマーは添加剤等を含有するものとしてもよい。 The polyurethane elastomer used in this embodiment may be those containing additives. 添加剤として例えば非イオン性の可塑剤、難燃剤、充填剤、安定剤、着色剤等がある。 Additives as for example non-ionic plasticizers, flame retardants, fillers, stabilizers, there is a coloring agent.

【0026】可塑剤としては、例えばフタル酸ジオクチル(「DOP」)、フタル酸ジブチル(「DBP」)、 [0026] Examples of the plasticizer include dioctyl phthalate ( "DOP"), dibutyl phthalate ( "DBP"),
アジピン酸ジオクチル(「DOA」)、トリエチレングリコールジベンゾエート、トリクレジルホスフェート、 Dioctyl adipate ( "DOA"), triethylene glycol dibenzoate, tricresyl phosphate,
フタル酸ジオクチル、ペンタエリストールの脂肪酸エステル、セバシン酸ジオクチル、アゼライン酸ジイソオクチル、アジピン酸ジブトキシエトキシエチルなどを利用できる。 Dioctyl phthalate, fatty acid esters of pentaerythritol, dioctyl sebacate, diisooctyl azelate, and dibutoxyethoxyethyl adipate available.

【0027】前記組成の組合せによる多数のポリウレタン・エラストマーを厚さ2mmのプレート状に成型した後、これらについて直流電場を印加しその機械的応答性を歪みセンサーを用いて計測した。 [0027] After molding a plate having a thickness of 2mm many polyurethane elastomer according to the combination of the composition, the mechanical response were measured using a strain sensor by applying a DC electric field for these. 即ち、プレート状に成型したポリウレタン・エラストマーの上下面を電極板で挟み電圧を印加した。 That is, a voltage was applied sandwiching the upper and lower surfaces of the polyurethane elastomer was molded in a plate shape in the electrode plate. ポリウレタン・エラストマーの厚さ変化を歪みセンサーで観測し、電位、電流の影響などを測定した。 The thickness variation of the polyurethane elastomer was observed in strain sensors were measured potential, the influence of current.

【0028】以下、具体的実施例を示す。 [0028] Hereinafter, specific examples. 各実施例は次のような手順により行った。 Each example was carried out by the following procedure. ポリカーボネート系ポリオール成分100重量部(以下(1)に示す)にポリイソシアネート成分(以下(2)に示す)を加え窒素気流下において85℃で1時間反応させて末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを得る。 Polycarbonate-based polyol 100 parts by weight of component (hereinafter (1) shows) urethane prepolymer having a (shown below (2)) a polyisocyanate component reacted at 85 ° C. under a stream of nitrogen added by terminal isocyanate groups obtain.

【0029】得られたウレタンプレポリマーのイソシアネート基(「NCO」)含有量、及び80℃における粘度を測定した(表1に示す)。 The resultant isocyanate group of the urethane prepolymer ( "NCO") content, and the viscosity was measured at 80 ° C. (shown in Table 1). ウレタンプレポリマーの粘度はハーケ回転粘度計・ロトビスコRV−12を用いて求めた。 The viscosity of the urethane prepolymer was determined using Haake rotational viscometer, Rotovisco RV-12.

【0030】上記のようにして得たウレタンプレポリマー100重量部を80℃に保温し、硬化剤(以下(3) [0030] 100 parts by weight urethane prepolymer obtained as described above was kept at 80 ° C., the curing agent (hereinafter (3)
に示す)を溶融させて混合し、予め110℃に保温しておいた厚み2mmの金型に注ぎ込んで110℃で16時間オーブン中に放置し硬化反応を完成させた。 Are shown) were mixed by melting, thereby completing the left curing reaction for 16 hours in an oven at 110 ° C. poured into a mold having a thickness of 2mm which had been kept beforehand 110 ° C.. そして硬さ(JIS−A)を測定した(表1に示す)。 The hardness of the (JIS-A) was measured (shown in Table 1). ここで、 here,
硬化剤として4,4'−メチレンビス(ジクロロアニリン)を用いた場合の溶融温度は140℃、これ以外の硬化剤を使用した場合の溶融温度は80℃とした。 Melting temperature in the case of using as a curing agent 4,4'-methylenebis (dichloroaniline) is 140 ° C., the melting temperature in the case of using the other curing agent was 80 ° C.. 実施例1 (1) 平均分子量(数平均分子量を指す、以下同じ) Example 1 (1) Average molecular weight (number refers to the average molecular weight, hereinafter the same)
が2,055のポリカーボネート系ポリオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、商品名ニッポラン980 There polycarbonate-based polyol of 2,055 (Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., trade name Nipporan 980
R、以下同様)。 R, hereinafter the same). (2) パラフェニレンジイソシアネート(PPDI、 (2) para-phenylene diisocyanate (PPDI,
デュポン社製、商品名ハイレン、以下同様)…15.8 DuPont Co., Ltd., trade name Hairen, hereinafter the same) ... 15.8
重量部。 Parts by weight. (3) 4,4'−メチレンビス(ジクロロアニリン) (3) 4,4'-methylenebis (dichloroaniline)
(イハラケミカル工業株式会社製、TCDAM、以下同様)…15.3重量部。 (Ihara Chemical Industry Co., Ltd., TCDAM, hereinafter the same) ... 15.3 parts by weight. 実施例2 (1) 前記ニッポラン980R(実施例1参照)と、 Example 2 (1) wherein Nippolan 980R (see Example 1),
平均分子量が1,986のポリテトラメチレンエーテルグリコール(保土谷化学工業株式会社製、商品名PTG Polytetramethylene ether glycol having an average molecular weight of 1,986 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd., trade name PTG
2000SN)とを7:3でブレンド。 2000SN) and the 7: Blend 3. (2) 前記PPDI(パラフェニレンジイソシアネート、実施例1参照)…15.9重量部。 (2) the PPDI (p-phenylene diisocyanate, see Example 1) ... 15.9 parts by weight. (3) 前記TCDAM(4,4'−メチレンビス(ジクロロアニリン)、実施例1参照)…14.6重量部。 (3) the TCDAM (4,4'-methylenebis (dichloroaniline), see Example 1) ... 14.6 parts by weight. 実施例3 (1) 平均分子量が2,014のポリカーボネート系ポリオールとポリカプロラクトン系ポリオールのランダム共重合体(日本ポリウレタン工業株式会社製、商品名ニッポラン982R、以下同様)と前記ニッポラン98 Example 3 (1) Polycarbonate polyol having an average molecular weight of 2,014 and a random copolymer of polycaprolactone polyol (Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., trade name NIPPOLAN 982R, hereinafter the same) and Nipporan 98
0R(実施例1参照)とを7.5:2.5でブレンド。 Blend in 2.5: 0R and (see Example 1) 7.5. (2) 前記PPDI(パラフェニレンジイソシアネート、実施例1参照)…15.9重量部。 (2) the PPDI (p-phenylene diisocyanate, see Example 1) ... 15.9 parts by weight. (3) 前記TCDAM(4,4'−メチレンビス(ジクロロアニリン)、実施例1参照)…15.0重量部。 (3) the TCDAM (4,4'-methylenebis (dichloroaniline), see Example 1) ... 15.0 parts by weight. 実施例4 (1) 前記ニッポラン982R(実施例3参照)。 Example 4 (1) wherein Nippolan 982R (see Example 3). (2) 前記PPDI(パラフェニレンジイソシアネート、実施例1参照)…16.0重量部。 (2) the PPDI (p-phenylene diisocyanate, see Example 1) 16.0 parts by weight. (3) 前記TCDAM(4,4'−メチレンビス(ジクロロアニリン)、実施例1参照)…14.9重量部。 (3) the TCDAM (4,4'-methylenebis (dichloroaniline), see Example 1) ... 14.9 parts by weight. 実施例5 (1) 前記ニッポラン980R(実施例1参照)と、 Example 5 (1) the Nippolan 980R (see Example 1),
平均分子量が2,000のポリカプロラクトン系ポリオール(ダイセル化学工業株式会社製、商品名プラクセル220N)とを4:1でブレンド。 Blend in 1: average molecular weight of 2,000 of polycaprolactone-based polyol (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name PLACCEL 220N) and the 4. (2) 前記PPDI(パラフェニレンジイソシアネート、実施例1参照)…15.6重量部。 (2) the PPDI (p-phenylene diisocyanate, see Example 1) ... 15.6 parts by weight. (3) 前記TCDAM(4,4'−メチレンビス(ジクロロアニリン)、実施例1参照)…14.0重量部。 (3) the TCDAM (4,4'-methylenebis (dichloroaniline), see Example 1) ... 14.0 parts by weight. 実施例6 (1) 前記ニッポラン982R(実施例3参照)。 Example 6 (1) wherein Nippolan 982R (see Example 3). (2) 前記PPDI(パラフェニレンジイソシアネート、実施例1参照)…16.0重量部。 (2) the PPDI (p-phenylene diisocyanate, see Example 1) 16.0 parts by weight. (3) ヒドロキノン−ビス−(β−ヒドロキシエチル)エーテル(Eastman社製、商品名HQEE、以下同様)…8.8重量部。 (3) hydroquinone - bis - (beta-hydroxyethyl) ether (Eastman Co., Ltd., trade name HQEE, hereinafter the same) ... 8.8 parts by weight. 実施例7 (1) 平均分子量が1,892のポリカーボネート系ポリオール(大日本インキ化学工業株式会社製、商品名HYDOL−ODX2398、以下同様)。 Example 7 (1) polycarbonate polyol having an average molecular weight of 1,892 (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., trade name HYDOL-ODX2398, hereinafter the same). (2) 前記PPDI(パラフェニレンジイソシアネート、実施例1参照)…16.8重量部。 (2) the PPDI (p-phenylene diisocyanate, see Example 1) ... 16.8 parts by weight. (3) 1,4−ブタンジオール(1,4−BD、関東化学株式会社製、以下同様)…4.1重量部。 (3) 1,4-butanediol (l, 4-BD, Kanto Chemical Co., hereinafter the same) ... 4.1 parts by weight. 実施例8 (1) 前記HYDOL−ODX2398(実施例7参照)。 Example 8 (1) the HYDOL-ODX2398 (see Example 7). (2) トリレンジイソシアネート(TDI、日本ポリウレタン工業株式会社製、商品名コロネートT−10 (2) tolylene diisocyanate (TDI, manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., trade name: Coronate T-10
0、以下同様)…16.6重量部。 0, hereinafter the same) ... 16.6 parts by weight. (3) 4,4'−メチレンビス−2−クロロアニリン(MOCA、イハラケミカル工業株式会社製、商品名キュアミンMT、以下同様)…10.6重量部。 (3) 4,4'-methylene-bis-2-chloroaniline (MOCA, Ihara Chemical Industry Co., Ltd., trade name Kyuamin MT, hereinafter the same) ... 10.6 parts by weight. 実施例9 (1) 前記ニッポラン980R(実施例1参照)と、 Example 9 (1) the Nippolan 980R (see Example 1),
平均分子量が1,415のポリテトラメチレンエーテルグリコール(保土谷化学工業株式会社製、商品名PTG Polytetramethylene ether glycol having an average molecular weight of 1,415 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd., trade name PTG
1400SN、以下同様)とを6:4でブレンド。 1400SN, the same applies hereinafter) and 6: Blend 4. (2) 4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI、日本ポリウレタン工業株式会社製、商品名ミリオネートMT、以下同様)…29.0重量部。 (2) 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI, Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., trade name Millionate MT, hereinafter the same) ... 29.0 parts by weight. (3) 前記HQEE(実施例6参照)…5.9重量部と、前記1,4−BD(実施例7参照)…2.4重量部とをブレンド。 (3) the HQEE and (see Example 6) ... 5.9 parts by weight, the l, 4-BD (see Example 7) ... 2.4 blending the parts. 実施例10 (1) 前記ニッポラン980R(実施例1参照)と、 Example 10 (1) the Nippolan 980R (see Example 1),
前記PTG1400SN(実施例9参照)とを6:4でブレンド。 Blend 4: and said PTG1400SN (see Example 9) 6. (2) 前記MDI(実施例9参照)…29.0重量部。 (2) the MDI (see Example 9) ... 29.0 parts by weight. (3) 前記HQEE(実施例6参照)…11.1重量部。 (3) the HQEE (see Example 6) ... 11.1 parts by weight.

【0031】上記のようにして成型したエラストマーの寸法、形状、測定条件は下記の通りである。 The dimensions of the elastomer molded as described above, the shape, the measurement conditions are as follows. エラストマーの寸法:縦25mm×横25mm×厚さ2mm。 Dimensions of the elastomer: vertical 25 mm × horizontal 25 mm × thickness 2 mm. エラストマーの形状:偏平な厚みのある板状で、ゴム状の弾性を持つ。 Elastomer shape: plate-shaped with a flat thick, with rubber-like elasticity. 印加電圧:0.5kV、1.0kV、1.5kV、 Applied voltage: 0.5kV, 1.0kV, 1.5kV,
2.0kV、2.5kV、3.0kV、3.5kV、 2.0kV, 2.5kV, 3.0kV, 3.5kV,
4.0kV、4.5kV、5.0kV。 4.0kV, 4.5kV, 5.0kV. 収縮率:試料の厚みの変化は、レーザー式変位計で測定した。 Shrinkage change in sample thickness was measured with a laser displacement meter.

【0032】収縮率(%)は、電圧印加時の収縮変位量を、電圧印加前の試料の厚み(2mm)に対する比率で示した。 The shrinkage (%) is, the shrinkage amount of displacement when a voltage is applied, shown as a percentage of the thickness of the sample before voltage application (2 mm). 発熱:発熱は、各実施例を通して観測できなかった。 Heating: fever was not observable through each embodiment. なお、エラストマーの温度はエラストマー中に刺し込んだ熱電対によって測定した。 The temperature of the elastomer was measured by a thermocouple that pierces into the elastomer.

【0033】表1及び図面に示すグラフに、各実施例に於けるポリウレタンエラストマー・アクチュエーターの測定結果等を示す。 [0033] The graph shown in Table 1 and the figures show the measurement results of in polyurethane elastomer actuator to each embodiment. なお、グラフは、印加電圧(kV) The graph is the applied voltage (kV)
を厚み(2mm=0.2cm)で割って求めた電界(k A divided by the thickness (2mm = 0.2cm) obtained electric field (k
V/cm)の値を横軸に、上記収縮率(%)を縦軸にとって記載した。 The value of V / cm) on the horizontal axis, and wherein the shrinkage ratio (%) of ordinate.

【0034】 [0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】各測定結果に示されるように、各実施例のものは5.0kV以下という低電場の印加でしたがって絶縁破壊の生じない殆ど電流値の観測されない条件下においても、大きな変位量を得られるという利点がある。 [0035] As shown in the measurement results, even under conditions that are not observed in most current value that does not cause dielectric breakdown in accordance with application of a low electric field that follows 5.0kV those of the Examples, to obtain a large displacement there is an advantage that is.
すなわち、低電圧すなわち低エネルギーでの変位が可能である。 That is, it is possible displacements at low voltage or low energy.

【0036】また、電圧を5.0kV(電界25kV/ [0036] In addition, the voltage 5.0kV (electric field 25kV /
cm)まで印加した過程において観察された各実施例の電場方向のエラストマーの変位量のグラフ(図1)によると、概ね下方に向けて凸の曲線となる態様で増加した。 According to cm) graph of the displacement of the electric field direction of the elastomer of Examples observed in the course of applying to (1), taken generally increased in a manner which is convex curve downward. つまり、電圧を5.0kV印加時(電界25kV/ In other words, at the time of 5.0kV applying a voltage (electric field 25kV /
cm)までは、概ね変位量の変化率が増加していく態様となっている。 cm) to have a generally embodiment displacement of the rate of change increases.

【0037】それぞれの実施例中、実施例5では5.0 [0037] In each of the examples, in Example 5 5.0
kV(電界25kV/cm)の電場印加で電場方向に1.95%の速やかな収縮を観察した。 kV was observed 1.95% of the rapid shrinkage in the direction of the electric field in the application of an electric field (electric field 25 kV / cm). 一方、比較例たる圧電材料のポリフッ化ビニリデン・フィルムの同等条件下に於ける駆動量は0.1%以下である。 On the other hand, in the driving amount equivalent conditions of polyvinylidene fluoride film of Comparative Example serving piezoelectric material is 0.1% or less. すなわち、 That is,
5.0kVの電場印加時において、実施例5のものの駆動量は比較例と比較して200倍弱に達するものである。 During application of an electric field 5.0 kV, the driving amount of that of Example 5 is intended to reach 200 times weak as compared with Comparative Example.

【0038】従来のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系に代表される圧電セラミックスやポリフッ化ビニリデン(PVDF)に代表される圧電性高分子或いはこれらを複合化したものとは相違し、この実施例のものはソフトマテリアルとして機能するものであるという利点がある。 The piezoelectric polymer typified by piezoelectric ceramics or polyvinylidene fluoride represented by conventional lead zirconate titanate (PZT) (PVDF) or these different from those conjugated, this embodiment there is an advantage that is intended is to function as a soft material. また、各実施例に於けるJIS−A値の硬度は80 The hardness of the in JIS-A value in each example 80
から94程度でありエラストマー材料としては高弾性率であるので、機械的特性に優れるとともに駆動力が大きいということができる。 Since as the elastomeric material is about 94 which is a high elastic modulus, it is possible that a large driving force is excellent in mechanical properties. すなわち、この実施例のものはアクチュエーターとして好適な適性を有する。 That is, those in this embodiment has a preferred suitability as an actuator.

【0039】この実施例のものによると直流電場を印加することによって誘電性のポリカーボネート系ポリオール成分が電場方向に配向し、エラストマーの構造が異方的に変化することを利用して、実効電流が事実上ゼロに近い状態(即ち、発熱を最小限に抑えながら)で分子配向のみによってエラストマーの形状を変化させることができ、この形状変化の際に生じる機械的変形エネルギーをアクチュエーションとして用いることができる。 [0039] Using the fact that dielectric polycarbonate-based polyol component by applying a direct current electric field due to that of the embodiment are oriented in the direction of the electric field, the structure of the elastomer varies anisotropically, effective current practically close to zero state (i.e., heat generation is suppressed while minimizing) the shape of the elastomer can be changed only by molecular orientation, the mechanical deformation energy occurring during the change in shape can be used as actuation it can. この実施例のものを変位させる際に電気分解や発熱は殆ど伴わないのは、ポリカーボネート系ポリオールを電場方向に配向させる際に化学反応を伴わないためであると考えられる。 Is the electrolysis and heat generation hardly involved in displacing those in this example, is believed to be due to not involve a chemical reaction when orienting the polycarbonate-based polyol in the electric field direction.

【0040】この実施例のポリウレタンエラストマー・ The polyurethane elastomer of this example
アクチュエーターは圧電セラミックスのように結晶粒界によって駆動されるのではなく、本質的に原理が異なり、ポリウレタン・エラストマーの非晶領域を構成しているソフト・セグメント双極子の電場配向に起因すると考えられる。 Actuator rather than being driven by a crystal grain boundary as a piezoelectric ceramic is considered essentially different principles, due to the electric field orientation of the soft segment dipoles constituting the amorphous regions of the polyurethane elastomer . つまり、このものの駆動原理は従来より知られている配向結晶化PVDFや結晶粒界の電場による歪みの現象等とは全く異なる新規な駆動原理に拠るものであるということが言える。 That is, the driving principle of this compound can be said that the more known oriented crystallization PVDF has or grain boundary distortion phenomenon due to an electric field, such as a conventional one in which due to the completely different novel drive principles.

【0041】また、ソフト・セグメント個々の挙動がポリウレタンエラストマー・アクチュエーター全体の歪となるので、大きな力を発生することができる。 Further, since the individual behavior soft segment is the distortion of the entire polyurethane elastomer actuator can generate a large force. さらに、 further,
ポリウレタン・エラストマーは弾性体でありソフトであるので、加工性に富むアクチュエーターを得ることができる。 Since polyurethane elastomer is a is a soft elastic body, it is possible to obtain an actuator which is rich in workability. このポリウレタンエラストマー・アクチュエーターは微細加工によってマイクロ・マシン化できるため高精度でソフト且つ微細なアクションを求められるマイクロ・サージュリーなどにも利用されるマニピュレータなどへの適用が可能である。 The polyurethane elastomeric actuator is applicable to such a manipulator which is used for a micro Sur Julie required soft and fine actions accurately because it micro machine by microfabrication. その上、ポリウレタン・エラストマーの化学組成の組合せを変えることで、極めて大きな駆動量を有するアクチュエーターを作成することができる。 Moreover, by changing the combination of the chemical composition of the polyurethane elastomer, it is possible to create an actuator having a very large driving amount.

【0042】なお、例えばゲル状の材料の場合に必要とする溶媒を全く含まない状態においてポリマー構造の制御だけで駆動性能を引き出せるということは、ポリウレタン・エラストマー材料が汎用性の材料であることを考慮すると非常に大きな利点である。 It should be noted, for example, in a state containing no solvent required when the gel-like material in only the control of the polymer structure that draw the driving performance, the polyurethane elastomer materials are versatile materials it is a very big advantage when you take into account.

【0043】 [0043]

【発明の効果】以上説明した通り、この発明は次の効果を有する。 As described in the foregoing, the invention has the following effects.

【0044】それ程高電圧を必要としないとともに、電圧が印加された際の変位量が従来の圧電材料よりも大きいアクチュエーターを提供することができる。 [0044] with no less requires a high voltage, the displacement amount when the voltage is applied can provide a larger actuator than conventional piezoelectric materials.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】厚み2mmの試料に対して電圧を5.0kVまで印加した過程において観察された各実施例の電場方向の収縮率を示すグラフ。 Figure 1 is a graph showing the electric field direction of shrinkage of the examples that have been observed in the course of applying a voltage to 5.0kV with respect to the sample having a thickness of 2 mm.

フロントページの続き (72)発明者 河原 伸一郎 奈良県大和郡山市池沢町172 ニッタ株 式会社 奈良工場内 (72)発明者 平井 利博 長野県上田市諏訪形940番地の13 (56)参考文献 特開 平5−136475(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H01L 41/08 Of the front page Continued (72) of the invention's Kawahara Shinichiro Nara Prefecture Yamatokoriyama Ikezawa-cho, 172 Nitta Co., Ltd. Nara in the factory (72) inventor Toshihiro Hirai Ueda, Nagano Prefecture Suwagata address 940 13 (56) Reference Patent flat 5-136475 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 41/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 ポリカーボネート系ポリオールを有するポリウレタン・エラストマーであって、前記ポリカーボネート系ポリオールは直流電場が印加されると電場方向に配向するものであることを特徴とするポリウレタンエラストマー・アクチュエータ−。 1. A polyurethane elastomer having a polycarbonate-based polyol, a polyurethane elastomer actuator, wherein the polycarbonate-based polyols are those oriented in the electric field direction when a DC electric field is applied -.
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