JP5049205B2 - Luminescent polymer actuator - Google Patents
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Description
本発明は、外部から応力を加えられると発光する応力発光体をその内部に有し、駆動力を発生すると同時に周囲の照明も可能な発光性高分子アクチュエータに係り、特に、高分子アクチュエータ内の応力発光体の配列及び形成手段に関する。 The present invention relates to a light emitting polymer actuator having a stress luminescent material that emits light when stress is applied from the outside, and capable of generating a driving force and at the same time illuminating the surroundings. The present invention relates to an arrangement of stress light emitters and a forming means.
近年、常温において機械的外力を受けたときに弾性変形領域で可逆的に発光する応力発光体が開発されている(例えば、非特許文献1参照)。また、近年、数V程度の低電圧を加えることにより、空気中において屈曲変形する高分子アクチュエータも開発されている(例えば、非特許文献2参照)。 In recent years, stress light emitters that reversibly emit light in an elastic deformation region when subjected to mechanical external force at room temperature have been developed (see, for example, Non-Patent Document 1). In recent years, polymer actuators that are bent and deformed in the air by applying a low voltage of about several volts have been developed (for example, see Non-Patent Document 2).
本願出願人は、これらの応力発光体を高分子アクチュエータ内に取り込んで、駆動力を発生させると同時に照明も可能とする発光性高分子アクチュエータを開発中であるが、その過程において、図7に示すように、高分子電解質層101の表裏両面に電極層102を配してなるシート状の高分子アクチュエータ100の表面に、樹脂基材中に応力発光体粉末を拡散充填してシート状に成形された応力発光体200を、接着層300を介して接着してなるものが提案された。
しかしながら、図7に示した発光性高分子アクチュエータは、それぞれ独立の別体として形成された高分子アクチュエータ100と応力発光体200とを接着層300を介して接合するので、発光性高分子アクチュエータとしての厚みが前記各部の合計厚となり、薄型化を図ることが難しいという問題がある。また、接着層300が高分子アクチュエータ100の負荷となり、高分子アクチュエータ100の変形量が抑制されるため、応力発光体200に作用する外力が小さくなり、照光部の輝度が低かったり、照光部に輝度むらが生じやすいという問題がある。これらの問題は、高分子アクチュエータ100の表裏両面に応力発光体200を設けてなる両面発光形の発光性高分子アクチュエータにおいて特に顕著になる。
However, since the light emitting polymer actuator shown in FIG. 7 joins the
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的は、駆動力を発生すると同時に照明用としても用いることができ、薄型にして、照光部の照光品質が良好であり、かつ製造方法も簡便な応力発光体利用の発光性高分子アクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to generate a driving force and at the same time to be used for illumination. It is thin and the illumination quality of the illumination unit is good. It is another object of the present invention to provide a light-emitting polymer actuator using a stress-stimulated luminescent material that is simple to manufacture.
本発明は、前記の課題を解決するため、第1に、高分子電解質層の表裏両面に電極層を配してなる高分子アクチュエータと、この高分子アクチュエータの一部に一体不可分に形成された応力発光体部とからなり、前記応力発光体部は、前記高分子電解質層の表裏両面に形成される2つの電極層のうち、少なくとも一方の電極層の表層部分に応力発光体粒子を拡散充填又は拡散結合してなるという構成にした。 In order to solve the above-described problems, the present invention is first formed inseparably from a polymer actuator in which electrode layers are arranged on both front and back surfaces of a polymer electrolyte layer, and a part of this polymer actuator. Ri Do from the stress light-emitting body, the stress light-emitting body, said one of the two electrode layers formed on both surfaces of the polymer electrolyte layer, spreading the stress luminescent particles in the surface layer portion of at least one electrode layer The structure is formed by filling or diffusion bonding .
かかる構成によると、高分子アクチュエータの一部に応力発光体部を一体不可分に形成するので、それぞれ別体に形成された高分子アクチュエータと応力発光体とを接着層を介して接合する場合に比べて、応力発光体の厚み分と接着層の厚み分とを減ずることができ、発光性高分子アクチュエータの薄型化を図ることができる。また、接着層を省略できるので、高分子アクチュエータの負荷が小さく、高分子アクチュエータの変形量を大きくすることができる。したがって、応力発光体に大きな外力を付与することができるので、照光部の輝度を高く、かつ照光部の輝度むらを小さくできて、照明の目的に関しても照光品質が良好である。なお、拡散充填とは、基材(電極層)の内部に添加物(応力発光体粒子)を均一に分散して埋め込むことであり、拡散結合とは、基材の表面に添加物を均一に分散して固定することである。このように、電極層の表層部分に応力発光体粒子を拡散充填又は拡散結合すると、高分子アクチュエータの表面に応力発光体部を均一に形成することができるので、面状の照光部を有する発光性高分子アクチュエータとすることができる。 According to such a configuration, since the stress light emitter is inseparably formed on a part of the polymer actuator, compared to the case where the polymer actuator and the stress light emitter formed separately are bonded via the adhesive layer. Thus, the thickness of the stress-stimulated luminescent material and the thickness of the adhesive layer can be reduced, and the light-emitting polymer actuator can be thinned. Further, since the adhesive layer can be omitted, the load on the polymer actuator is small, and the deformation amount of the polymer actuator can be increased. Therefore, since a large external force can be applied to the stress-stimulated illuminant, the luminance of the illuminating part can be increased and the luminance unevenness of the illuminating part can be reduced, and the illuminating quality is also good for the purpose of illumination. Diffusion filling is to uniformly disperse and embed additives (stress luminescent particles) inside the substrate (electrode layer). Diffusion bonding means to uniformly add additives to the surface of the substrate. It is to disperse and fix. In this manner, when stress-stimulated luminescent particles are diffusely filled or diffusion-bonded to the surface layer portion of the electrode layer, the stress-stimulated luminescent part can be uniformly formed on the surface of the polymer actuator, and thus light emission having a planar illumination part It can be set as a conductive polymer actuator.
本発明は第2に、前記第1の発光性高分子アクチュエータにおいて、前記少なくとも一方の電極層は、樹脂基材中に導電フィラーを拡散充填したものからなり、前記応力発光体部は、前記樹脂基材の表層部分に応力発光体粒子を拡散充填又は拡散結合してなるという構成にした。 The present invention is the second, the in the first light-emitting polymer actuator, the at least one electrode layer is made of a conductive filler in a resin base material from those diffused filled, the stress light-emitting body, the resin The structure is such that the stress-stimulated luminescent particles are diffusion-filled or diffusion-bonded to the surface layer portion of the substrate.
かかる構成によると、高分子アクチュエータにおける電極層の形成時に応力発光体部を同時に形成することができるので、それぞれ別体に形成された高分子アクチュエータと応力発光体とを接着層を介して接合する場合に比べて、発光性高分子アクチュエータの製造工程を簡略化することができ、製造コストを低コスト化することができる。 According to this configuration, since the stress light emitter can be formed at the same time when the electrode layer is formed in the polymer actuator, the polymer actuator and the stress light emitter, which are formed separately, are joined via the adhesive layer. Compared to the case, the manufacturing process of the light-emitting polymer actuator can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
本発明は第3に、前記第1の発光性高分子アクチュエータにおいて、前記樹脂基材中に拡散充填される前記応力発光体粒子の濃度を、前記樹脂基材の内部側よりも表面側の方を高濃度にするという構成にした。 The present invention is the third in the first light-emitting polymer actuator, the concentration of the stress luminescent particles diffused filled into the resin substrate, toward the surface side than the inner side of the resin base material Is configured to increase the concentration.
応力発光体粒子からの発光は、樹脂基材の表面に近い位置に配置された応力発光体粒子からの発光ほど、樹脂基材による減衰を受けないので、照光部の輝度を高める上で有利である。また、樹脂基材の内部の深い位置に配置された応力発光体粒子からの発光ほど、照光部の輝度に対する寄与が低いので、樹脂基材の内部の深い位置に多くの応力発光体粒子を配置しても、応力発光体粒子の無駄となる。したがって、応力発光体粒子の濃度を樹脂基材の内部側よりも表面側の方を高濃度にすることにより、高輝度にして低コストの発光性高分子アクチュエータとすることができる。 The light emitted from the stress-stimulated luminescent particles is not as attenuated by the resin substrate as the light emitted from the stress-stimulated luminescent particles arranged at a position closer to the surface of the resin substrate, which is advantageous in increasing the luminance of the illumination part. is there. In addition, since the light emission from the stress luminescent particles arranged deeper inside the resin base material has a lower contribution to the brightness of the illuminated part, many stress luminescent particles are arranged deep inside the resin base material. Even so, the stress-stimulated luminescent particles are wasted. Therefore, by making the concentration of the stress luminescent particles higher on the surface side than on the inner side of the resin base material, it is possible to obtain a high-luminance and low-cost luminescent polymer actuator.
本発明によると、発光性高分子アクチュエータを、高分子電解質層の表裏両面に電極層を配してなる高分子アクチュエータと、この高分子アクチュエータの一部に一体不可分に形成された応力発光体部とから構成するので、それぞれ別体に形成された高分子アクチュエータと応力発光体とを接着層を介して接合する場合に比べて、発光性高分子アクチュエータの薄型化を図ることができる。また、接着層を省略できるので、高分子アクチュエータの負荷が小さく、応力発光体に大きな外力を付与することができて、照光部の照光品質が良好な発光性高分子アクチュエータとすることができる。 According to the present invention, a light-emitting polymer actuator includes a polymer actuator in which electrode layers are disposed on both front and back surfaces of a polymer electrolyte layer, and a stress-stimulated luminescent part formed inseparably on a part of the polymer actuator. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the light-emitting polymer actuator as compared with the case where the polymer actuator and the stress-stimulated light-emitting body formed separately are joined via the adhesive layer. In addition, since the adhesive layer can be omitted, the load on the polymer actuator is small, a large external force can be applied to the stress-stimulated luminescent material, and the light-emitting polymer actuator with good illumination quality of the illumination unit can be obtained.
以下、本発明に係る発光性高分子アクチュエータの実施形態を、図1乃至図6に基づいて説明する。図1は第1実施形態に係る発光性高分子アクチュエータの断面図、図2は第2実施形態に係る発光性高分子アクチュエータの断面図、図3は電極層内における応力発光体粒子の拡散充填状態を示す要部断面図、図4は電極層の表面における応力発光体粒子の拡散結合状態を示す要部断面図、図5は電極層内における応力発光体粒子の濃度分布を例示するグラフ図、図6は各実施形態に係る発光性高分子アクチュエータの発光時の形状変化を示す説明図である。 Hereinafter, an embodiment of a light-emitting polymer actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. 1 is a cross-sectional view of a luminescent polymer actuator according to the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of a luminescent polymer actuator according to the second embodiment, and FIG. 3 is a diffusion filling of stress-stimulated luminescent particles in the electrode layer. FIG. 4 is a fragmentary sectional view showing the state of diffusion bonding of stress-stimulated luminescent particles on the surface of the electrode layer, and FIG. 5 is a graph illustrating the concentration distribution of stress-stimulated luminescent particles in the electrode layer. FIG. 6 is an explanatory view showing a shape change at the time of light emission of the light emitting polymer actuator according to each embodiment.
第1実施形態に係る発光性高分子アクチュエータ1Aは、片面発光型であり、図1に示すように、高分子アクチュエータ10の片方の表面近傍の一部に、応力発光体部20が一体不可分に設けられた構成となっている。これに対して、第2実施形態に係る発光性高分子アクチュエータ1Bは、両面発光型であり、図2に示すように、高分子アクチュエータ10の表裏両方の表面近傍の一部に、応力発光体部20が一体不可分に設けられている。
The light-emitting
高分子アクチュエータ10は、高分子電解質層11と、この高分子電解質層11の表裏両面に形成された電極層12,13とから構成されており、電極層12,13間に所定の電圧を印加することにより、図6に示すように、表面側が凸となるように、或いは裏面側が凸となるように湾曲変形する。
The
高分子電解質層11は、導電性高分子型、水系や非水系のイオン導電性高分子型、イオン交換膜や多孔質樹脂への電解液膨潤型、固体或いはゲル状電解質型などの公知に属する任意の高分子電解質材料からなるものを用いることができるが、空気中において封止レスで安定に駆動できることから、固体或いはゲル状電解質のポリマー型を用いることが特に望ましい。この固体或いはゲル状電解質のポリマー型の高分子電解質層11としては、http://www.kuraray.co.jp/release/2007/pdf/070413.pdfに掲示のものを挙げることができる。
The
電極層12,13のうち、少なくとも応力発光体部20が形成される電極層は、樹脂基材14中に導電フィラー15を拡散充填したものをもって形成される。したがって、片面発光型の発光性高分子アクチュエータについては、一方の電極層を樹脂基材14中に導電フィラー15を拡散充填したものをもって形成し、他方の電極層を金属材料をもって形成することもできるし、2つの電極層12,13を共に樹脂基材14中に導電フィラー15を拡散充填したものをもって形成することもできる。
Of the
応力発光体部20は、図3に示すように、電極層12,13の表層部分に応力発光体粒子22を拡散充填することにより形成することもできるし、図4に示すように、電極層12,13の表面に応力発光体粒子22を拡散結合することにより形成することもできる。電極層12,13の表層部分に応力発光体粒子22を拡散充填する場合には、応力発光体部20の形成を容易化でき、かつ発光性高分子アクチュエータの総厚を小さくできることから、電極層12,13を構成する樹脂基材14中に応力発光体粒子22を拡散充填することにより、応力発光体部20を形成することが望ましい。また、電極層12,13の表面に応力発光体粒子22を拡散結合する場合には、応力発光体部20,21の形成を容易化できることから、図4に示すように、電極層12,13を構成する樹脂基材14を接合剤として応力発光体粒子22を結合することにより、応力発光体部20を形成することが望ましい。
The stress-stimulated
電極層12,13の表層部分に応力発光体粒子22を拡散充填する場合においては、図5に実線(1)で示すように、応力発光体粒子22が拡散充填される電極層表面からの深さに関係なく、電極層12,13を構成する樹脂基材14に対する応力発光体粒子22の濃度を一定にすることもできるし、破線(2)及び鎖線(3)に示すように、樹脂基材14中に拡散充填される応力発光体粒子22の濃度を、電極層の内部側よりも表面側の方を高濃度にすることもできる。応力発光体粒子22からの発光は、樹脂基材14の表面に近い位置に配置された応力発光体粒子22からの発光ほど、樹脂基材14による減衰を受けないので、照光部の輝度を高める上で有利である。したがって、応力発光体粒子22の濃度を電極層12,13を構成する樹脂基材14の内部側よりも表面側の方を高濃度にすることにより、発光性高分子アクチュエータの輝度を高め、かつ応力発光体粒子22の無駄を防止することができる。
In the case where the stress-stimulated
なお、応力発光体部20の表面には、これを機械的又は化学的な悪影響から保護するため、保護フィルムを被覆することもできる。保護フィルムとしては、可撓性を有する透明プラスチックを用いることができる。
In addition, in order to protect this from the mechanical or chemical bad influence on the surface of the stress light-emitting
実施形態に係る発光性高分子アクチュエータ1A,1Bは、電極層12,13に所定の電圧を印加すると、図6に示すように、高分子アクチュエータ10が、表面側が凸となるように、或いは裏面側が凸となるように変形する。勿論、電極層12,13にパルス状の電圧を印加することにより、高分子アクチュエータ10を振動させることもできる。このように、高分子アクチュエータ10が変形又は振動すると、電極層12,13の表層部分に形成された応力発光体部20に外力が付与されるので、その応力により応力発光体粒子22が発光し、電極層12,13の表面を照光部とする発光性高分子アクチュエータとして機能する。
When a predetermined voltage is applied to the electrode layers 12 and 13, the light emitting
実施形態に係る発光性高分子アクチュエータ1A,1Bは、高分子電解質層11の表裏両面に電極層12,13を配してなる高分子アクチュエータ10において、電極層12,13の表層部分に、一体不可分に形成された応力発光体部20を有してなるので、それぞれ別体に形成された高分子アクチュエータと応力発光体とを接着層を介して接合する場合に比べて、応力発光体の厚み分と接着層の厚み分とを減ずることができ、発光性高分子アクチュエータの薄型化を図ることができる。また、接着層を省略できるので、高分子アクチュエータ10の負荷が小さくすることができて、応力発光体部20に大きな外力を付与することができ、照光部の照光品質が良好な発光性高分子アクチュエータとすることができる。
The light-emitting
1A,1B 発光性高分子アクチュエータ
10 高分子アクチュエータ
11 高分子電解質層
12,13 電極層
14 樹脂基材
15 導電フィラー
20 応力発光体部
22 応力発光体粒子
1A, 1B Light-Emitting
Claims (3)
前記応力発光体部は、前記高分子電解質層の表裏両面に形成される2つの電極層のうち、少なくとも一方の電極層の表層部分に応力発光体粒子を拡散充填又は拡散結合してなることを特徴とする発光性高分子アクチュエータ。 A polymer actuator formed by arranging an electrode layer on both sides of the polymer electrolyte layer, Ri Do from the inseparably-formed stress light-emitting body in a part of the polymer actuator,
The stress-stimulated luminescent part is formed by diffusion-filling or diffusion-bonding stress-stimulated luminescent particles on the surface layer part of at least one of the two electrode layers formed on the front and back surfaces of the polymer electrolyte layer. A light-emitting polymer actuator.
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