JP4685343B2

JP4685343B2 - 導電性高分子複合構造体の製造方法

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Publication number: JP4685343B2
Application number: JP2003421446A
Authority: JP
Inventors: 哲司座間; 進原; 信吾瀬和
Original assignee: Eamex Corp
Current assignee: Eamex Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: JP2004217904A

Description

本発明は、導電性高分子と導電性基体とが複合した構造体を得る導電性高分子複合構造体の製造方法に関する。

ポリピロールなどの導電性高分子は、電気化学的な酸化還元によって伸縮する現象である電解伸縮を発現することが知られている。この導電性高分子の電解伸縮は、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へ適用が近年注目され、マイクロマシン等の小型の用途だけでなく大型化された用途への適用も注目されている。

導電性高分子は、電解重合方法により製造されるのが一般的である。電解重合方法としては、通常は、電解液中にピロール等のモノマー成分を加え、この電解液中に作用電極及び対向電極を設置して、両電極に電圧を印加することで導電性高分子を作用電極上に膜として形成させる方法が行われる（例えば、非特許文献１参照）。電解重合により得られた導電性高分子は、膜状に成形された導電性高分子に電圧を印加することにより伸縮または屈曲の変位をさせることができる。
緒方直哉編「導電性高分子」、第８版、株式会社サイエンティフィク、１９９０年２月１０日、第７０頁〜第７３頁

電解重合法により製造された導電性高分子を含む素子（以下、導電性高分子素子）を産業用ロボット等のロボットアーム、義手などの人工筋肉等の大型化した用途の駆動部のアクチュエータに用いる場合には、マイクロマシン等の小型のアクチュエータとして用いられる素子に比べて、より大きな伸縮量若しくはより大きな発生力を得るために素子のサイズを大きくする必要がある。そのため、電解重合により得られた導電性高分子膜は、サイズを大きくするために長片化または複数枚積層するなどの厚膜化などの加工を施して、サイズの大きな導電性高分子素子とする必要がある。

サイズの大きな導電性高分子素子について、導電性高分子素子の長さを制御することにより所望の変位量とする場合において、大きい変位量を得るために、例えば、柱状体の高さ方向に大型化した導電性高分子素子を用いた場合では、底面一面に電極を設置しても、電解重合法で得られる導電性高分子の導電率は通常１０^２Ｓ／ｃｍ程度であり、脱ドープ状態では更に導電率が低下するため、素子上部では十分な電圧を印加することができず、高さ方向に金属板等の電極を設置した場合には、金属板等の電極が導電性高分子素子の動作を阻害し、前記導電性高分子素子が伸縮運動をすることが難しいという問題がある。

また、導電性高分子は導電性高分子そのものの機械的強度が高くないために加工時の走査で切断されやすいので、ナノマシンやカテーテル等のマイクロマシンに代表されるサイズの小さな導電性高分子素子を得るために、電解重合で得られた導電性高分子膜をカッティング等の加工により外径または幅が１ｍｍ未満の所定の形状に成形することは難しい。また、導電性高分子は、溶融が困難であるために、ワイヤー等の細線状や円筒状の樹脂成形品を製造する際に通常用いることができる押出成形や射出成形等の製造方法を用いることができない。そのため、導電性高分子の電解伸縮により伸縮または屈曲の駆動をするアクチュエータ素子は、ナノマシン及びマイクロマシンを含むサイズの小さな駆動部としての実用化がされていない。

上記問題を解決するために、導電性基体と導電性高分子とを含む導電性高分子複合構造体であって、前記導電性基体が伸縮性を有し、前記導電性基体の導電率が１．０×１０^３S／ｃｍ以上である導電性高分子複合構造体をアクチュエータ素子として用いることができる。前記導電性高分子複合構造体については、導電性基体を作用電極として電解重合を行う導電性高分子の製造方法であって、前記導電性基体が伸縮性を有し、前記導電性基体の導電率が１．０×１０^３S／ｃｍ以上であることを特徴とする導電性高分子の製造方法を用いることができる。前記導電性基体としてコイル状の導電性基体を用いた場合には、導電性基体の概形とほぼ同一の円筒状若しくは円柱状の導電性高分子複合構造体を得ることができる。また、導電性を有する網目状部材を導電性高分子複合構造体として用いた場合には、導電性基体が平板状であることから、板状若しくは膜状の導電性高分子複合構造体を得ることもできる。

しかし、前記導電性基体がコイル状の導電性基体である場合において、大型のアクチュエータ素子を得るためには、アクチュエータ素子全体の各部分について導電性高分子の存在する量を容易に均一にするために、前記製造方法により導電性高分子が形成されることで得られた複数の導電性高分子複合構造体を積層させることが好ましい。発生力の大きなアクチュエータ素子を得るためには、導電性高分子とコイル状の導電性基体とが複合化した導電性高分子複合構造体を多数本得ることが必要である。

例えばコイル外径０．５ｍｍの金属製コイルを前記導電性基体として用いた前記導電性高分子複合構造体を束ねることにより外径５０ｍｍの円柱状アクチュエータ素子を得るには、およそ２５００本程度束ねる必要がある。このような多数の導電性高分子複合構造体を用いる場合には、前記の電解重合を行う導電性高分子の製造方法において、作用電極として１つの導電性基体を用い、１本ずつ電解重合するのでは、大型アクチュエータ素子を得るための必要本数の導電性高分子複合構造体を得るには手間がかかり、多大な時間を要するため、作業性が十分ではない。また、金属メッシュを用いた膜状導電性高分子複合構造体についても、発生力を大きくするために積層する場合においても、１枚ずつ電解重合により得ることは、金属製コイルを用いた場合と同様に作業性が低い。

また、１本ずつ導電性高分子複合構造体を電解重合により得た場合には、各導電性高分子複合構造体中に導電性高分子が含まれる量にバラツキも生じやすい。前記バラツキが大きい場合には、各導電性高分子複合構造体の伸縮量に差が生じ、導電性高分子複合構造体中を多数個積層させて得たアクチュエータ素子が所望の屈曲若しくは湾曲の動作をしない場合が生じる。例えば、多数の導電性高分子複合構造体を得た後に、膜厚や重量等が一定範囲である導電性高分子複合構造体を、所望の個数分だけを選んで積層させてアクチュエータ素子を得る方法を用いることができるが、この方法では不要な導電性高分子複合構造体が生じることとなり、多量の産業廃棄物を産出することになる。さらに、前記導電性高分子複合構造体を、積層させず、単独層で用いる場合においても、同じ発生力の導電性高分子複合構造体を大量生産することは、均一な製品を市場に提供するために、産業として必要である。つまり、多数本の導電性高分子複合構造体を短時間で効率よく、容易に製造することが課題となり、さらに各導電性高分子複合構造体中に導電性高分子が含まれる量にバラツキの生じないように導電性高分子複合構造体を得ることが望ましい。

本発明の目的は、多数本の導電性高分子複合構造体を短時間で効率よく、容易に製造する導電性高分子複合構造体の製造方法を提供することである。

そこで、本発明者らは、電解槽に浸漬可能な電極保持体を、電解液中に浸漬し、次いで対極と作用電極との間に電解液を介して通電して電解重合することにより導電性高分子と導電性基体とが複合した構造体を得る導電性高分子複合構造体の製造方法であって、前記作用電極保持体は作用電極、作用電極端子部及び電極保持部を備え、前記作用電極端子部に前記作用電極が取り付けられ、前記作用電極が少なくとも伸縮可能な導電性基体を含むことを特徴とする導電性高分子複合構造体の製造方法を用いることにより、対極を作用極近傍に設置した状態で多数本の導電性高分子複合構造体を短時間で同時に得ることができることを見出し、本発明に至った。

また、本発明者らは、前記の導電性高分子複合構造体の製造方法において、前記作用電極として複数個のコイル状の導電性基体が束ねられた集合体を用いることにより、前記作用電極である導電性基体がコイル状であるために金属線が細く長いので抵抗が大きくなり、導電性基体が長くなればなるほど電位の伝わりが悪くなり、導電性基体上に導電性高分子層を形成しにくくなるという問題をも解決することを見出した。

本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法を用いることにより、発生力の大きなアクチュエータ素子を１つ作るために用いられる多数本の導電性高分子複合構造体を短時間で効率よく製造できるので、生産性を大きく改善することができる。また、導電性基体を束ねて集合体とすることにより、長さの長いコイル状導電性基体を用いても、電解重合により所望の量の導電性高分子をコイル状導電性基体上に生成させる時間を、導電性基体を束ねない場合に比べて大幅に短縮することができ、生産性を大きく改善することができる。

（導電性高分子複合構造体）
以下、本発明について図を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明は、電解槽に浸漬可能な電極保持体を、電解液中に浸漬し、次いで対極と作用電極との間に電解液を介して通電して電解重合することにより導電性高分子と導電性基体とが複合した構造体を得る導電性高分子複合構造体の製造方法であって、前記作用電極保持体は作用電極、作用電極端子部及び電極保持部を備え、前記作用電極端子部に前記作用電極が取り付けられ、前記作用電極が少なくともコイル状の導電性基体を含むことを特徴とする導電性高分子複合構造体の製造方法である。前記製造方法においては、対極を作用極近傍に設置して電解重合を行うことができる。図１は、本発明における電極保持体１の正面図である。電極保持体１は、作用電極端子部２を備え、作用電極接続部３において作用電極４が接続線５を介して作用電極端子部２と接続している。

作用電極端子部２は横長のNｉ板を用いている。本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法においては、作用電極端子部の形状が特に限定されるものではなく、円柱状やメッシュなどの形状であっても良い。また、前記作用電極端子部の材質は、導電性を示し、前記作用電極が設置可能であれば特に限定されず、金属及び非金属の導電性材料を用いることができる。

図１においては、１０本の作用電極が作用電極端子部に取り付けられ、作用電極４は、４本のコイル状の導電性基体をねじることにより束ねて、一束としたものであり、作用電極端子部２に複数の作用電極４が設置されて、作用電極群を形成している。前記導電性基体が多数本束ねられて集合体を形成する場合には、１本の作用電極で電解重合してもよく、一度の電解重合により、多数本の導電性基体をそれぞれ個別に電解重合した後に束ねることに比べて、作業時間を大幅に短縮することができる。また、導電性高分子複合構造体を用いて大型のアクチュエータ素子を得る場合には、コイル状の導電性基体が多数本束ねられた集合体を複数本用いて、多数の作用電極が作用電極端子部の取り付けられることが、短時間で効率よく製造できるので好ましい。

本発明の製造方法に用いられる導電性基体は、１．０×１０^３Ｓ／ｃｍ以上の導電率を示すものが好ましく、導電性金属やカーボン等の導電性材料で形成されていても良く、メッキ等により表面が導電性金属やカーボン等の導電性材料で被覆されていても良い。前記導電性基体の導電率が１．０×１０^３Ｓ／ｃｍ以上であることにより、さらに、長さ方向または高さ方向にサイズを大きくした導電性高分子複合構造体の場合であっても、伸縮等の変位をするのに十分な電位を素子全体にかけることができる。導電性金属を含む導電性基体としては、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ta、Ｗ等の金属やＳＵＳ等の合金を用いることができる。特に、前記導電性基体は、大きな伸縮性能をもつ導電性高分子を得るために、Ｎｉ、Ｔｉが特に好ましい。

図１では前記導電性基体としてコイル状のバネ部材を用いて本発明を説明したが、本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法に用いられる前記導電性基体は、伸縮可能な構造を備えていれば特に限定されるものではない。前記伸縮可能な構造は、板状や直線線分状の構造と異なり、コイル型ばね、板ばね及びメッシュの様に縦断面において導電性基体を構成する部材間に空間を有する構造を備えた構造体であれば、特に限定されるものではない。したがって、本発明に用いられる伸縮可能な導電性基体は、１．０×１０^３Ｓ／ｃｍ以上の導電性を有する基体であって、バネ状部材、網目状部材または繊維構造シートである構造体を代表的に挙げることができる。

本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法は、前記作用電極が、各作用電極が１つの伸縮可能な導電性基体であってもよく、伸縮可能な導電性基体が積層若しくは束ねられた集合体であっても良い。前記伸縮可能な導電性基体が導電性を有するコイル状バネ部材である場合には、本発明の製造方法における作用電極が１本のコイル状導電性基体であっても良く、コイル状の導電性基体が束ねられた集合体であっても良い。例えば、前記作用電極に用いるコイル状の導電性基体が長い場合には、前記作用電極である導電性基体がコイル状であるために金属線が細く長いので抵抗が大きくなり、導電性基体が長くなればなるほど電位の伝わりが悪くなり、導電性基体上に導電性高分子を形成しにくくなる。このような場合には、前記作用電極をコイル状の導電性基体が束ねられた集合体とすることで、電解重合時において、導電性基体全体に一定の電位を伝えることができ、電解重合の効率が向上し、製造時間の短縮化を図ることができる。また、前記集合体を用いて電解重合をすることにより得られた導電性高分子複合構造体は、導電性基体が複数本まとまった状態で導電性高分子と複合化した状態となっているので、コイル状の導電性基体を１本ずつ個別に複合化させることにより導電性高分子複合構造体を得る方法に比べて、電解槽の省スペース化を図ることができ、多数本を一度に複合化させたことと同様の効果を得ることができる。

また、作用電極として用いられる前記集合体は、前記伸縮可能な導電性基体が導電性を有するコイル状バネ部材である場合には、複数本のコイル状の導電性基体が互いに接触して電位がほぼ一定となるように、複数本も導電性基体のコイルの上下がつながって、伸縮動作時に動きを阻害しない構造であればどのような形でも良い。例えば、前記集合体としては、コイル状の導電性基体をエキスパンダー状に束ねる構造、コイル状の導電性基体を円筒状に配列した円筒構造、コイル状の導電性基体をねじることにより束ねた構造など、導電性高分子複合構造体を用いる形態に応じて、前記集合体の形態を採用することができる。前記集合体は、特に限定されるものではないが、４〜１００本のコイル状の導電性基体の束であることが電解重合の作業性及び効率が良く、導電性高分子複合構造体の伸縮性能を損なわないために好ましい。１００本を越える本数の束を用いると、束内部のコイルへの電解重合が効率よく実施できない。ただし、適切な空間を設けて電解液とコイルが効率良く接触できる場合は、１００本以上の束も使用できる。

図１においては、作用電極４は、作用電極４の長さ方向を上下とした場合の上部において作用電極４と接続されている接続線５がハンダ止めにより作用電極接続部３で作用電極端子部２に接続されている。本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法においては、前記作用電極接続部は、電気的に導通のとれる方法であれば特に限定されるものではなく、ハンダ止め、導電性接着剤、スポット溶接、クリップ止め方式、またはネジ頭で接続線を固定するネジ止め方式から選ばれるものであって良い。なお、前記接続線は、必須の部品ではなく、前記作用電極が直接作用電極端子部に直接接続されていても良いが、本発明の電極保持体は、作用電極を作用電極端子部に取付る作業を容易とするために、導電性金属製の接続線が備えてあることが好ましい。

図１において、電極保持体１には、板状であって、各厚さがほぼ同一の電極固定部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが備えられ、前記電極固定部が枠形状を形成している。枠状に組み合わされた電極固定部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの背面には、前記電極固定部が形成する枠形状の外寸とほぼ同じ大きさの対極７が固定されている。電極固定部６ａの前面に作用電極端子部２が固定され、電極固定部の背面に対極が備えられていることから、各作用電極における対極との間隔がほぼ同一となり、得られた導電性高分子複合構造体のそれぞれに含まれる導電性高分子の量は、ほぼ一定にすることが容易にできる。

各作用電極における対極との間隔は、電解重合により作用電極上に導電性高分子を形成することができれば特に限定されるものではないが、１〜５０ｍｍであることが好ましい。作用電極と対極との間隔が１ｍｍ未満である場合には、作用電極と電極が接触してショートを生じ易く、作用電極と対極との間隔が５０ｍｍより広い場合には、定電流法では電圧が大きくなりすぎて電解液が劣化するとともに、生成した導電性高分子の性能が低くなるし、定電位法では電解電流が極めて小さくなって、作用電極上に所望の量の導電性高分子を形成するのに時間がかかる。また、本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法においては、対極は、必ずしも作用電極保持体に固定される必要はない。前記対極が電解槽に固定され、各作用電極における対極との間隔がほぼ同一となるように作用電極保持体が電解槽の所定の位置に固定されてもよい。

図１において、電極保持体は、４つの電極固定部を備えているが、複数個である必要が無く、対極と作用電極との間を遮るものでなければ、一体型の枠形状など、どのような形状であっても良い。例えば、対極が電解槽に固定されている場合において、横長の板状である電極固定部に作用電極端子部を設置し、作用電極端子部に接続された作用電極が鉛直下向きに垂れ下がるように電解槽上部の所定の位置に取り付けることで、面積の小さい電極固定部とすることができ、省資源化を図ることができる。また、前記電極固定部は、対極と作用電極との直接の導通を避けるために絶縁性材料で形成されていることが好ましく、プラスチック、セラミック、ガラス、絶縁被覆された金属等であっても良いが、成形が容易であること及び耐溶剤性が良いことよりポリプロピレン、PTFE、ポリエチレン、ガラスであることがより好ましい。なお、前記電極固定部が絶縁性でない場合には、作用電極端子部と電極固定部との間、または電極固定部と対極との間に絶縁性シートを挟むことにより、対極と作用電極との直接の導通を避けることができる。

本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法において、対極は、対極と作用電極との間に通電することが可能であれば、形状が特に限定されるものではなく、板状、メッシュ、コイル、棒状、筒状等の形状としてもよい。また、前記対極は、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、Ｎｉ、Au、Ptなどの金属やカーボンであってもよい。

図２は、本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法において、電極保持体に対極と作用電極との間に通電するためのリードを接続した状態を示す図である。電極保持体１に備えられた作用電極端子部２に３本のリード８が接続され、リード８’を介して電源９に接続されている。また、対極７にもリード１０が接続されて、電源９へと接続されている。電極保持体１は、吊り下げられながら電解液１２を備えた電解槽１１に浸漬され、電源９により電位が掛けられて電解重合が行われる。なお、電極保持体１を電解槽１１に浸漬した状態を保持する方法としては、特に限定されるものではなく、電極保持体を吊るす方法以外にも、電解槽にスロットを設けて電極保持体を差し込む方法、電極保持体を箱状のような自立可能な形状として電解槽に静置する方法など、電解槽の形状、大きさなどに適合する各種方法を用いることができる。また、電極保持体を電解槽に浸漬した状態とする際には、作用電極端子部上に導電性高分子が生成しないように、作用電極端子部が電解液に浸らない状態であって、作用電極の全体が電解液に浸った状態とすることが好ましい。

図２において、Ｎｉ金属板である作用電極端子部２の全体における各部分について一定の電位を与えることができるように、３本のリード８と作用電極端子部２との接続部同士の間隔を均等にしてリード８が作用電極端子部２に接続されているが、本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法において、作用電極端子部に接続されるリードの本数は特に限定されるものではない。前記の作用電極端子部に接続されるリードは、作用電極端子部の材質に応じて、作用電極端子部全体に一定の電位を与えることができるように、必要な本数だけ作用電極端子部に接続することが好ましい。

本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法において、電極保持体を電解液に浸漬した後に、対極と作用電極との間に電解液を介して通電して電解重合を行うことにより、電極保持体に備えられた複数個の作用電極上に導電性高分子が生成し、導電性高分子と導電性基体とが複合した構造体である導電性高分子複合構造体を得ることができる。

前記電解重合は、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る。従って、公知の電解液、公知の導電性高分子単量体を用いることができ、また定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれをも用いることができる。例えば、前記電解重合法は、電流密度０．０１〜２０ｍＡ／ｃｍ²、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。

本発明の導電性高分子の製造方法において、電解重合に用いられる電解液には、電解重合される有機化合物（例えば、ピロール）およびトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む。この電解液を用いて電解重合を行うことにより、電解伸縮において１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が優れた導電性高分子を得ることができる。上記電解重合により、トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンが導電性高分子に取り込まれることになる。

前記トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、電解液中に０．１〜３０重量％含まれるのが好ましく、１〜１５重量％含まれるのがより好ましい。

トリフルオロメタンスルホン酸イオンは、化学式ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻で表される化合物である。また、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、ホウ素、リン、アンチモン及びヒ素等の中心原子に複数のフッ素原子が結合をした構造を有している。中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンとしては、特に限定されるものではないが、テトラフルオロホウ酸イオン（ＢＦ_４ ⁻）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ_６ ⁻）、ヘキサフルオロアンチモン酸イオン（ＳｂＦ_６ ⁻）、及びヘキサフルオロヒ酸イオン（ＡｓＦ_６ ⁻）を例示することができる。なかでも、ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻、ＢＦ_４ ⁻及びＰＦ_６ ⁻が人体等に対する安全性を考慮すると好ましく、ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻及びＢＦ_４ ⁻がより好ましい。前記の中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、１種類のアニオンを用いても良く、複数種のアニオンを同時に用いても良く、さらには、トリフルオロメタンスルホン酸イオンと複数種の中心原子に対しフッ素原子を複数含むアニオンとを同時に用いても良い。

また、得られた導電性高分子の１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を１６％以上とするために、本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法は、電解液中に含まれるアニオンとして、上記のトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンの替りに、化学式（１）
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ^- （１）
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
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用いることが好ましい。前記ドーパント塩として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場合には、電解重合法における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、反応系中に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。

前記電解液中に含まれるパーフルオロスルホニルアミドイオンは、塩基成分であるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンと酸成分であるカチオンとの組み合わせにより種々の塩を形成することができる。前記パーフルオロスルホニルアミド塩は、溶液中の解離が容易であり、入手も容易であることから、ビス（トリフルオロメチル）スルホニルイミドリチウム、ビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミドリチウムなどのビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミドリチウム、並びにビス（トリフルオロメチル）スルホニルイミド、及びビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミドなどのビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミドについての、テトラブチルアンモニウム塩、ピリジニウム塩またはイミダゾリジウム塩が好ましい。

前記電解重合は、電解重合時の電解液に含まれる溶媒が特に限定されるものではないが、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が３％以上の導電性高分子を容易に得るために、トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む以外に、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、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも１つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び／またはハロゲン化炭化水素を電解液の溶媒として含むことが好ましい。これらの溶媒を２種以上併用することもできる。更に望ましくは、前記電解液の溶媒がエステル基、エーテル基、ヒドロキシル基を含む溶媒であることである。

前記有機化合物としては、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）、エチレングリコール、１−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）、及びアセトニトリル、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）を例示することができる。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、多価アルコール及び炭素数４以上の１価アルコールであることが、導電性高分子複合構造体の伸縮率が良いために好ましい。なお、前記有機化合物は、前記の例示以外にも、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、スルホン基及びニトリル基のうち、２つ以上の結合あるいは官能基を任意の組合わせで含む有機化合物であってもよい。それらは、例えば、３−メトキシプロピオン酸メチル、２−フェノキシエタノールなどである。

また、前記電解重合の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。前記ハロゲン化炭化水素としては、例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタンを挙げることができる。前記ハロゲン化炭化水素は、１種類のみを前記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、前記ハロゲン化炭化水素は、上記の有機化合物との混合して用いてもよく、該有機溶媒との混合溶媒を前記電解液中の溶媒として用いることもできる。

前記電解重合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、例えばピロール、チオフェン、イソチアナフテン等の複素五員環式化合物及びそのアルキル基、オキシアルキル基等の誘導体が挙げられる。その中でもピロール、チオフェン等の複素五員環式化合物及びその誘導体が好ましく、特にピロール及び／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。また、上記モノマーは２種以上併用することができる。

前記電解重合に用いられる電解液には、前記トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む電解液中に導電性高分子の単量体を含むものであり、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。

本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法は、上述のように、アクチュエータ素子として用いることができる導電性高分子複合構造体の製造方法として好適である。本発明の導電性高分子複合構造体の製造方法により得られた複合構造体は、直線的な変位若しくは屈曲の変位を生じるアクチュエータ素子として用いることができるので、直線的な駆動力を発生する駆動部、また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として用いることができる。さらに、前記導電性高分子複合構造体は、直線的な動作をする押圧部として用いることもできる。本発明の製造方法により得られた導電性高分子複合構造体は、特に、ドーパントであるアニオンを選択することにより、電圧の印可がなされることにより、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が１６％以上の伸縮をすることができるので、人工筋肉およびアクチュエータ等の大きな伸縮をすることが要求される用途に、好適に用いることができる。

本発明における電極保持体の正面図。本発明における電極保持体にリードを接続した状態を示す模式図。

符号の説明

１電極保持体
２作用電極端子部
３作用電極接続部
４作用電極
５接続線
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ電極固定部
７対極
８、８’ リード
９電源
１０リード
１１電解槽
１２電解液

Claims

電解槽に浸漬可能な電極保持体を、電解液中に浸漬し、次いで対極と作用電極との間に電解液を介して通電して電解重合することにより導電性高分子と導電性基体とが複合した構造体を得る導電性高分子複合構造体の製造方法であって、
前記電極保持体は作用電極、作用電極端子部、電極保持部および対極を備え、
前記作用電極端子部に前記作用電極が取り付けられ、
前記作用電極が少なくとも伸縮可能な導電性基体を含むことを特徴とする導電性高分子複合構造体の製造方法。
前記導電性基体がコイル状の導電性基体である請求項１に記載の導電性高分子の製造方法。
前記作用電極端子部に複数の作用電極が取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の導電性高分子複合構造体の製造方法。
前記作用電極と前記対極との間隔が０．１〜１００ｍｍとなるように、前記対極が保持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電性高分子複合構造体の製造方法。
前記作用電極は複数個のコイル状の導電性基体が束ねられた集合体を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電性高分子複合構造体の製造方法。