JP5156940B2 - Polymer actuator and a manufacturing method thereof - Google Patents

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英一 庄司
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国立大学法人福井大学
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本発明は、高分子アクチュエータおよびその製造方法に関するものであり、特に、高分子化合物からなるフィルムと、当該フィルムの両面に形成されている電極とを含み、前記電極間に電圧を印加することによって、前記フィルムを屈曲変形させる高分子アクチュエータおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a polymer actuator and a manufacturing method thereof, by applying a film made of a polymer compound, and a electrode formed on both surfaces of the film, the voltage between the electrodes relates polymer actuator and a manufacturing method thereof is bent deforming the film.

現在、メカトロニクス系の分野では、2本足歩行ロボット等の次世代の自立歩行型ロボットや、癒しのロボット玩具等が注目を集めている。 Currently, in the field of mechatronic systems, two and the next generation of autonomous walking robot such as foot walking robot, healing of robot toys, etc. has attracted attention. これらの分野では従来の電磁モータをベースとした制御方法が利用されているが、動きがぎこちなく、生物のスムーズな動きには未だ遠いのが現状である。 Although the control method in these areas which is based on conventional electromagnetic motors are utilized, awkward movement, is still far the current situation in the smooth movement of the organism. 例えば、家電製品や工業製品におけるノイズがなく巧みでなめらかな動きが要求される部分、真のヒューマノイドロボット、汎用ロボット等を具体化するためには、生物の筋肉のように、駆動時にノイズや音が出ない、スムーズな動きをする次世代型のアクチュエータの具体化が必要である。 For example, the portion skillful and smooth motion without noise in home appliances and industrial products are required, true humanoid robot, in order to realize the general-purpose robot or the like, such as a biological muscle noise or sound during driving It does not appear, it is necessary to embody the next-generation actuator for smooth movement.

かかるアクチュエータとして、各種高分子材料からなり、電気的刺激によって電気化学的な伸縮または屈曲変形を生じる高分子アクチュエータが提案されている。 As such an actuator made from a variety of polymeric materials, the polymer actuator has been proposed to produce electrochemical stretching or bending deformation by electrical stimulation. 高分子アクチュエータは従来の電磁モータに比べて、1)スムーズな駆動が可能である、2)駆動時にノイズや音がでない、3)超小型・軽量化が可能である、4)機械的な故障が少ない、5)大気、水、有機媒体中といった広範な駆動環境下で作動するという優れた特徴を有している。 The polymer actuator as compared with the conventional electromagnetic motors, 1) Smooth driving is possible, 2) does not come out noise or sound when driven, 3) can miniature and lightweight, 4) mechanical failure less, 5) it has air, water, an excellent feature that operates under a wide range of driving environments like in an organic medium.

かかる高分子アクチュエータとしては、イオン伝導性高分子化合物、電子伝導性高分子化合物、非イオン性のゲルやエラストマー等を用いた多様な方式の高分子アクチュエータが提案されているが、その中の一つとして、図1に示すような、屈曲変形を生じる高分子アクチュエータが報告されている。 Such polymer actuator, an ion conductive polymer compound, electron-conducting polymer compound, although various schemes polymer actuator of using non-ionic gel or elastomer and the like have been proposed, one of them One as, as shown in FIG. 1, the polymer actuator causing bending deformation have been reported. この種の高分子アクチュエータは、高分子化合物からなるフィルム1と、当該フィルムの両面に形成されている電極2a、2bとを含み、前記電極間に電圧を印加することによって、前記フィルムが屈曲変形する。 This type of polymer actuator comprises a film 1 made of a polymer compound, the electrode 2a formed on both surfaces of the film, and a 2b, by applying a voltage between said electrodes, said film bending deformation to. かかる高分子アクチュエータは、イオン性高分子化合物(イオン伝導性高分子化合物)を用いるものが主流であるが、非イオン性高分子化合物を用いるものも報告されている。 Such polymer actuator, the ionic polymer compound is those using (ion conductive polymer compound) is the mainstream, has also been reported that use of non-ionic polymer compound.

イオン性高分子化合物を用いる例としては、例えば、イオン交換樹脂膜の両面に金属電極を供えたメタル−コンポジットポリマー(IPMC:ionic polymeric-metal composites)が開示されている(例えば、非特許文献1等参照。)。 Examples of using the ionic polymer compound, for example, metal equipped with a metal electrode on both sides of the ion exchange resin membrane - composite polymer (IPMC: ionic polymeric-metal composites) have been disclosed (e.g., Non-Patent Document 1 etc. reference.). この高分子アクチュエータの駆動メカニズムは、例えば、カチオン交換のためのアニオン性のイオン交換樹脂膜では以下のように説明できる。 The drive mechanism of the polymer actuator, for example, can be described as follows an anionic ion exchange resin membrane for cation exchange. 電圧の印加により、膜内で自由に移動できるカチオンがカソード側に移動し、このイオンに伴われて、イオン交換樹脂に含まれる水分子もカソード側に移動するため、カソード側の浸透圧が上昇し、膜が膨張する。 By application of a voltage, the cations can move freely within the film moves to the cathode side, and accompanied by this ion, to move water molecules in the cathode side contained in the ion-exchange resin, the osmotic pressure of the cathode side increase then, the film is expanded. これに対し、イオン交換樹脂に固定されているアニオンは、対極のアノード側に引き寄せられにくいため、アノード側のカチオンの濃度が下がり、浸透圧が低下して膜が収縮する。 In contrast, the anion which is fixed to the ion-exchange resin, since it is difficult attracted to the anode side of the counter electrode, decreases the concentration of the anode-side cation, film shrinks osmotic pressure is reduced. カソード側の膨張と、アノード側の収縮により、結果として膜が屈曲変形する。 And expansion of the cathode side, the anode side shrinking, film as a result is bent and deformed.

また、非イオン性高分子化合物を用いる例としては、酢酸ナトリウム等のイオン性物質を加えた非イオン性高分子化合物からなる高分子膜に電圧を印加することにより、高分子膜を屈曲変形させる方法が開示されている(例えば、特許文献1等参照。)。 In addition, examples of using a non-ionic polymer compound, by applying a voltage to the polymer film made of a non-ionic polymer compound added ionic substances such as sodium acetate, is bent and deformed polymer membrane methods have been disclosed (e.g., refer to Jpn.).

上記従来の、高分子化合物からなるフィルムの両面に電極を備えた高分子アクチュエータでは、電極として、白金または金等の貴金属がメッキされて使用されている。 Of the prior, the polymer actuator having electrodes on both surfaces of the film made of a polymer compound, as the electrode, a noble metal such as platinum or gold are used by being plated.
特開2000−216448号公報(平成12年8月4日公開) JP 2000-216448 Patent Publication No. (August 4 days 12 years published)

しかしながら、上記従来の高分子アクチュエータでは、電極を形成するためのメッキには無電解メッキ法が利用されているが、メッキ回数を繰り返す手間や多大な時間(20〜50時間)を要する。 However, the conventional polymer actuator, although the plating for forming the electrode electroless plating method is utilized, requires labor and considerable time (20-50 hours) repeated plating times. また、貴金属を使用するためコストがかかるという問題がある。 In addition, there is a problem that is costly to use the precious metal.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の貴金属を用いた高分子アクチュエータに比べて、コスト的に安価で、短時間で簡単に製造可能な高分子アクチュエータおよびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the foregoing problems, and its object is compared to a polymer actuator using a conventional precious metal, in cost inexpensive, quick and easy manufacturable polymeric It is to provide an actuator and a manufacturing method thereof.

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、上記高分子アクチュエータの電極として、高分子バインダとその中に分散されているカーボン粉末とを含んでなる電極を用いたところ、通常カーボン粉末と高分子バインダとの混合物に圧力をかけて固めたものは硬くフィルムの屈曲変形に合わせて曲がることが求められる電極には適さないとの予想に反し、柔軟性に富んだ電極が得られることを見出した。 The present inventors have made intensive studies in view of the above problems, as the electrode of the polymer actuator, when using an electrode comprising a carbon powder dispersed therein and a polymeric binder, usually contrary to expectations and to flex to fit the mixture bending deformation of the hard and that solidified under pressure film of carbon powder and a polymer binder is not suitable for electrodes sought, obtained highly flexible electrode it was found that to be. また、かかる電極は、柔軟性が求められるため、支持体等で補強することなく、フィルムの両面に固定する必要があり、高分子バインダとカーボン粉末とからのみではかかる電極を得ることは困難であると予想されたが、高分子バインダとカーボン粉末との量のバランスをとることにより、崩れることのない電極をフィルムの両面に固定できることを見出した。 Also, such electrodes, the flexibility is required, without reinforcing the support or the like, must be fixed to both surfaces of the film, it is difficult to obtain an electrode according than only from the polymeric binder and the carbon powder was expected to be, but by balancing the amount of the polymer binder and the carbon powder was found to be able to fix the never collapses electrodes on both surfaces of the film. さらに、かかる電極は、電気伝導性の高いものである必要があるため、カーボン粉末の含有量を多くすると強度が不足することが予想されたが、得られた高分子アクチュエータは十分な強度を有し、イオン性液体に含浸した後も安定な電極として機能することを見出し、本発明を完成させるに至った。 Moreover, such electrodes, since it is desired to have high electric conductivity, the strength when the content of carbon powder is expected to lack the obtained polymer actuators have sufficient strength was found that also function as a stable electrode was impregnated with the ionic liquid, and have completed the present invention.

すなわち、本発明に係る高分子アクチュエータは、上記課題を解決するために、高分子化合物からなるフィルムと、当該フィルムの両面に形成されている電極とを含み、前記電極間に電圧を印加することによって、前記フィルムを屈曲変形させる高分子アクチュエータにおいて、前記電極は、高分子バインダと、その中に分散されているカーボン粉末とを含んでなることを特徴としている。 That is, the polymer actuator according to the present invention, in order to solve the above problems, comprises a film made of a polymer compound, and an electrode formed on both surfaces of the film, applying a voltage between the electrodes Accordingly, the polymer actuator to bend deform the film, the electrode is characterized in that it comprises a polymeric binder, and a carbon powder dispersed therein. 上記の構成によれば、従来の貴金属を用いた高分子アクチュエータに比べて、コスト的に安価で、短時間で簡単に製造可能な高分子アクチュエータを実現することが可能となる。 According to the above configuration, compared to the polymer actuator using a conventional noble metal, the cost at low cost, it is possible to realize easily manufacturable polymer actuator in a short time.

本発明に係る高分子アクチュエータでは、上記高分子化合物は、イオン伝導性高分子化合物であってもよいし、非イオン性高分子化合物であってもよい。 In the polymer actuator according to the present invention, the polymer compound may be a ion-conductive polymer compound may be a nonionic polymer compound.

本発明に係る高分子アクチュエータでは、上記高分子化合物は、イオン性液体を含有していることが好ましい。 In the polymer actuator according to the present invention, the polymer compound preferably contains an ionic liquid. 上記高分子アクチュエータがイオン性液体を含有していることにより、水分蒸発による高分子アクチュエータの機能の低下の問題を回避することができるため、大気中においても良好に使用することが可能となる。 By the polymer actuator contains an ionic liquid, it is possible to avoid a decrease in problems of the function of the polymer actuator by water evaporation, it is possible to also preferably used in the atmosphere.

本発明に係る高分子アクチュエータでは、上記カーボン粉末は、上記高分子バインダ100重量部に対して、1重量部以上1000重量部以下含まれていることが好ましい。 In the polymer actuator according to the present invention, the carbon powder is relative to the polymer binder 100 parts by weight, it is preferably contained 1000 parts by weight or less 1 part by weight or more. 上記カーボン粉末が上記割合で含まれていることにより、十分な電気伝導性を有し、かつ、すぐれた強度を有する安定な電極として機能するという効果を奏する。 By the carbon powder is contained in the above proportions, it has sufficient electrical conductivity, and an effect that serves as a stable electrode having excellent strength.

本発明に係る高分子アクチュエータでは、上記カーボン粉末の平均粒子径は0nmより大きく10μm以下であることが好ましい。 In the polymer actuator according to the present invention, it is preferable that the average particle diameter of the carbon powder is less larger 10μm than 0 nm. 上記カーボン粉末の平均粒子径が上記範囲内であることにより、分散性と密着性の向上というさらなる効果を奏する。 When the average particle diameter of the carbon powder is in the above range, a further advantage of improving adhesion to the dispersibility.

本発明に係る高分子アクチュエータでは、上記高分子バインダは、上記フィルムを構成する高分子化合物と同一の高分子化合物を含んでなることが好ましい。 In the polymer actuator according to the present invention, the polymeric binder, preferably contains a polymer compound constituting the film of the same polymer. 上記高分子バインダは、上記フィルムを構成する高分子化合物と同一の高分子化合物を含んでなることにより、上記フィルムとの、相溶性並びに接合性および密着性がより高いため、より強固な電極を構成することが可能となる。 The polymer binder is, by comprising a polymer compound constituting the film of the same polymer compound of the film, since higher compatibility and bondability and adhesion, the stronger the electrode it is possible to configure.

本発明に係る高分子アクチュエータでは、上記フィルムの厚みは、10μm以上5mm以下であることが好ましい。 In the polymer actuator according to the present invention, the thickness of the film is preferably 10μm 5mm or more or less. 上記フィルムの厚みが、上記範囲内であることにより、成形時の形状安定性に優れるというさらなる効果を奏する。 The thickness of the film, by in the above range, a further advantage of excellent shape stability during molding.

本発明に係る高分子アクチュエータでは、上記電極の厚みは、それぞれ、1μm以上2mm以下であることが好ましい。 In the polymer actuator according to the present invention, the thickness of the electrode, respectively, is preferably 1μm or more 2mm or less. 上記電極の厚みが、上記範囲内であることにより、十分な電気伝導性を有し、かつ、上記フィルムとともに良好に屈曲変形する柔軟な電極として機能するというさらなる効果を奏する。 The thickness of the electrode, by which in the above range, a sufficient electrical conductivity, and a further advantage that functions as a flexible electrode to satisfactorily bent and deformed with the film.

本発明に係る高分子アクチュエータの製造方法は、高分子化合物からなるフィルムと、当該フィルムの両面に形成されている電極とを含み、前記電極間に電圧を印加することによって、前記フィルムを屈曲変形させる高分子アクチュエータの製造方法であって、高分子バインダの溶液に、カーボン粉末を分散させてペーストとし、当該ペーストで上記フィルムを挟んで加熱プレスすることを特徴としている。 Method for producing a polymer actuator according to the present invention, a film made of a polymer compound, and a electrode formed on both surfaces of the film, by applying a voltage between the electrodes, the bending deformation of the film a method for producing a polymer actuator that, in a solution of a polymer binder, by dispersing carbon powder and paste, is characterized by hot pressing by sandwiching the film in the paste.

上記の構成によれば、従来の貴金属を用いた高分子アクチュエータに比べて、コスト的に安価で、短時間で簡単に高分子アクチュエータを製造することが可能となる。 According to the above configuration, compared to the polymer actuator using a conventional noble metal, the cost at low cost, easily makes it possible to produce the polymer actuator in a short time.

本発明に係る高分子アクチュエータは、以上のように、電極が、高分子バインダと、その中に分散されているカーボン粉末とを含んでなる構成を備えているので、従来の貴金属を用いた高分子アクチュエータに比べて、コスト的に安価で、短時間で簡単に製造可能な高分子アクチュエータを実現することが可能となるという効果を奏する。 The polymer actuator according to the present invention, as described above, a high electrode, and a polymer binder is provided with the comprising at constituting the carbon powder being dispersed therein, using a conventional precious metal compared to the molecular actuator, a cost inexpensive, an effect that it is possible to realize easily manufacturable polymer actuator in a short time.

また、上記電極は、従来の白金または金を無電解めっきした電極に比較して、ひび割れることがなく、柔軟性にすぐれているという効果を奏する。 Further, the electrode compares the conventional platinum or gold electrodes electroless plating, without cracking, an effect that has excellent flexibility.

以下に、本発明にかかる高分子アクチュエータおよびその製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the polymer actuator and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail.

(1)本発明にかかる高分子アクチュエータ 本発明に係る高分子アクチュエータは、高分子化合物からなるフィルムと、当該フィルムの両面に形成されている電極とを含み、前記電極間に電圧を印加することによって、前記フィルムを屈曲変形させる高分子アクチュエータにおいて、当該フィルムの両面に形成されている電極が、高分子バインダと、その中に分散されているカーボン粉末とを含んでなるものである。 (1) a polymer actuator according to the polymer actuator present invention in accordance with the present invention includes a film comprising a polymer compound, and an electrode formed on both surfaces of the film, applying a voltage between the electrodes Accordingly, the polymer actuator to bend deforming the film, electrodes are formed on both surfaces of the film are those comprising a carbon powder is dispersed and the polymer binder, therein. 以下、(1−1)電極、(1−2)高分子化合物からなるフィルムの順に説明する。 Hereinafter will be described (1-1) electrode, in the order of the film consisting of (1-2) polymer compound.

(1−1)電極 本発明にかかる高分子アクチュエータでは、上記電極は、高分子バインダと、その中に分散されているカーボン粉末とを含んでなる。 (1-1) In the polymer actuator according to the electrode present invention, the electrode comprises a polymeric binder, and a carbon powder dispersed therein. かかる、カーボン粉末を高分子バインダ中に分散固定させた電極材料は、高分子アクチュエータ全般に利用できる電極材料である。 Such an electrode material a carbon powder was dispersed fixed in a polymeric binder, an electrode material which can be utilized in the polymer actuator in general.

なお、本発明で用いる電極は、疎水性がかなり高く、水をはじき、水面に浮くものであることが見出された。 The electrode used in the present invention, the hydrophobic quite high, repel water, was found to be those which float on the water surface. 従来の白金または金を無電解めっきした電極は水面に浮くことはなく、水にぬれるものである。 Electrodes electroless plating conventional platinum or gold is not to float on the water surface, in which wet with water. 従来の白金または金を無電解めっきした電極では、電極の表面から水の蒸発が起こり、次第に屈曲変動が小さくなるという問題があったが、本発明で用いる電極は、この高い疎水性から、かかる電極表面からの水の蒸発を低下させる効果を有すると考えられる。 In the electroless plated electrode conventional platinum or gold, occurs from the surface of the water evaporation of the electrode, there was a problem that gradually bending variation is small, the electrode used in the present invention, from the high hydrophobicity, according It believed to have the effect of reducing the evaporation of water from the electrode surface.

ここで、本発明にかかる高分子アクチュエータの電極を構成する上記高分子バインダは、上記フィルムの屈曲変形に伴って変形可能な柔軟性を有する高分子バインダ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。 Here, the polymeric binder constituting the electrode of such a polymer actuator of the present invention include, but are not particularly limited as long as the polymer binder having a deformable flexible with the bending deformation of the film , hydrolyzable less, it is preferably stable in the atmosphere. かかる高分子バインダとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の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等のポリアリーレン類(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 H)、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、ピリジニウム基等を導入したもの;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の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 Such polymeric binder, polyethylene, polyolefin polymers such as polypropylene; polystyrenes; polyimides; polyparaphenylene oxide, poly (2,6-dimethyl phenylene oxide), polyarylene such as poly-p-phenylene sulfide (aromatic polymer ); polyolefin polymers, polystyrene, polyimide, or the like polyarylenes (aromatic polymers), sulfonic acid (-SO 3 H), carboxyl group (-COOH), a phosphoric acid group, a sulfonium group, an ammonium group, a pyridinium those were introduced group or the like; polytetrafluoroethylene, fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride; skeleton sulfonic acid group-containing fluorine-based polymer, a carboxyl group, a phosphoric acid group, a sulfonium group, ammonium group, pyridinium ニウム基等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等;ポリブダジエン系化合物;エラストマーやゲルなどの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;ポリアリレート等を挙げることができる。 Perfluorosulfonic acid polymer obtained by introducing an onium group, perfluoro carboxylic acid polymer, perfluoro phosphate polymers; poly butadiene compounds; polyurethane-based compounds such as elastomers and gels; silicone compound, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate; nylon; polyarylate and the like.

また、上記高分子バインダとしては、導電性を有する高分子を用いることもできる。 Further, as the polymeric binder, it is also possible to use a polymer having conductivity. かかる高分子としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレン等を挙げることができる。 Such polymers include, but are not particularly limited, examples thereof include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyphenylene.

さらに、上記高分子バインダとしては、ゾル・ゲル法などで得られる高分子構造をもつ金属酸化物も用いることができる。 Further, as the polymeric binder, it may be used a metal oxide having a polymer structure obtained by the sol-gel method, etc.. かかる金属酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、マンガン、ニッケル、コバルト、五酸化バナジウム系の金属酸化物を用いることができる。 Such metal oxides include, but are not particularly limited, for example, may be used manganese, nickel, cobalt, a metal oxide of vanadium pentoxide system.

これらの高分子バインダの中でも、上記高分子バインダとしてはパーフルオロスルホン酸/PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)共重合体、パーフルオロカルボン酸/PTFE共重合体等をより好適に用いることができる。 Among these polymeric binder, examples of the polymer binder can be used perfluorosulfonic acid / PTFE (polytetrafluoroethylene) copolymer, a perfluoro carboxylic acid / PTFE copolymer more preferably. より具体的には、例えば、フレミオンTM (旭硝子)、ナフィオンTM (デュポン社製)等を好適に用いることができる。 More specifically, for example, Flemion TM (Asahi Glass), Nafion TM (DuPont) or the like can be suitably used. ここで、これらの高分子バインダは、単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。 Here, these polymeric binder may be used alone or may be used as a mixture of two or more. さらに、適当な溶媒で希釈して用いてもよい。 Further, it may be diluted with a suitable solvent. さらに、これらポリマーを直接、バインダーとして添加する代わりに、これらポリマーに対応するモノマーを添加し、モノマーの重合反応から、ポリマーを生成し、結果として高分子バインダとして機能させてもよい。 Furthermore, these polymers directly, instead of adding as a binder, was added monomers corresponding to these polymers, the monomers of the polymerization reaction to produce a polymer, may be as a result to function as a polymeric binder.

また、上記高分子バインダは、上記フィルムと相溶性の高いポリマーであることが好ましい。 Further, the polymer binder is preferably a high polymer of the film compatible. これにより、上記フィルムとの、相溶性および接合性がより高いため、より強固な電極を構成することが可能となる。 Thus, with the film, since higher compatibility and bondability, it is possible to configure the more robust electrode. このためには、上記高分子バインダは、上記フィルムを構成する高分子化合物と、同種、類似または同一の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であることが好ましい。 For this purpose, the polymer binder is a polymer compound constituting the film, the same type, a polymer having a similar or same polymer structure, or the like, is a polymer having a similar or identical functional groups preferable. 例えば、上記フィルムが、パーフルオロスルホン酸である場合、上記高分子バインダは、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、スルホン酸基を有するポリマー、カルボキシル基を有するポリマー等であることが好ましい。 For example, the film, when a perfluorosulfonic acid, the polymeric binder is a perfluorosulfonic acid, perfluorocarboxylic acid, a polymer having a sulfonic acid group is preferably a polymer or the like having a carboxyl group.

また、上記高分子バインダは、上記フィルムを構成する高分子化合物と同種、類似または同一の高分子化合物を含んでなるものであってもよい。 Further, the polymer binder is a polymer compound constituting the film of the same kind, or may be those which comprise similar or identical polymeric compound. これにより、上記フィルムとの、相溶性および接合性が高くなれば、強固な電極を構成することが可能となる。 Thus, with the film, the higher the compatibility and bondability, it is possible to configure a robust electrode. また、相溶性および接合性の観点からは、上記フィルムを構成する高分子化合物と同種または同一の高分子化合物の含有量は高ければ高い程よく、上記フィルムを構成する高分子化合物と同一の高分子化合物からなることがさらに好ましい。 Further, from the viewpoint of compatibility and bondability, the content of the polymer compound of the same kind or the same polymer compound constituting the film is high Moderately Higher, identical to the polymeric compound constituting the film polymer it is further preferred that a compound.

また、本発明にかかる高分子アクチュエータの電極に分散されている上記カーボン粉末は、上記高分子バインダに分散させることによって、電気導電性を付与できるものであれば、特に限定されるものではない。 Further, the carbon powder is dispersed in the electrode of such a polymer actuator of the present invention, by dispersing the polymer binder, as long as it can impart electrical conductivity, is not particularly limited. かかるカーボン粉末としては、例えば、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、カーボンチューブ、グラファイト等を挙げることができる。 Such carbon powder, for example, include carbon black, activated carbon, carbon fibers, carbon tubes, graphite or the like. カーボンブラックとしては、例えば、チャネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等を挙げることができる。 The carbon black may be, for example, channel black, thermal black, furnace black, and acetylene black. 中でも、上記カーボン粉末は、ファーネスブラックまたはアセチレンブラックであることが特に好ましい。 Among them, the carbon powder is particularly preferably a furnace black or acetylene black. これにより、より好適に電気伝導性を付与することができる。 Thus, it is possible to more suitably impart electrical conductivity.

また、上記カーボン粉末の平均粒子径は特に限定されるものではないが、0より大きく10μm以下であることが好ましく、0より大きく1μm以下であることがより好ましく、0以上500nm以下であることがさらに好ましく、0以上100nm以下であることが特に好ましい。 The average particle diameter of the carbon powder is not particularly limited, is preferably from greater than 0 10 [mu] m, more preferably from greater than 0 1 [mu] m, that is 0 or more 500nm or less more preferably, and particularly preferably 0 or 100nm or less. また、カーボン粉末の平均粒子径が、10μmより大きいと、本発明の高分子アクチュエータが屈曲しない場合があるため好ましくない。 The average particle diameter of the carbon powder, which is not preferable when the 10μm greater, the polymer actuator of the present invention does not bend.

なお、カーボン粉末の平均粒子径は、動的光散乱式粒径分布測定装置、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて測定することができる。 The average particle size of the carbon powder can be measured using a dynamic light scattering particle size distribution measuring apparatus, a scanning electron microscope or transmission electron microscope.

また、上記カーボン粉末の含有量は、上記高分子バインダ100重量部に対して、1重量部以上、1000重量部以下であることが好ましく、10重量部以上、500重量部以下であることがより好ましく、100重量部以上、200重量部以下であることがさらに好ましい。 The content of the carbon powder for the polymer binder 100 parts by weight, 1 part by weight or more, preferably at most 1000 parts by weight, 10 parts by weight or more, more not more than 500 parts by weight preferably, 100 parts by weight or more, and more preferably 200 parts by weight or less. カーボン粉末の量が、上記高分子バインダ100重量部に対して1重量部以上であることにより、アクチュエータの電極として機能しうる電気伝導性を付与することができるため好ましい。 The amount of carbon powder, by at least 1 part by weight relative to the polymer binder 100 parts by weight, preferably possible to impart electrical conductivity which can function as an electrode of the actuator. また、カーボン粉末の量が、上記高分子バインダ100重量部に対して1000重量部以下であることにより、アクチュエータの電極に、崩れることなく一体を形成できる強度を付与することができるため好ましい。 The amount of carbon powder, by not more than 1000 parts by weight relative to the polymer binder 100 parts by weight, to the electrodes of the actuator, preferred because it can impart strength to form an integral without collapse.

本発明にかかる高分子アクチュエータにおいて、上記電極は、上記フィルムの両面に形成されている。 In the polymer actuator according to the present invention, the electrodes are formed on both surfaces of the film. ここで、電極が、上記フィルムの両面に形成されているとは、フィルムの両面に上記電極が接合して固定されていればよい。 Here, the electrodes, and are formed on both surfaces of the film, the electrodes on both surfaces of the film may be fixed by bonding. また、上記電極中に分散するカーボン粉末が、上記フィルムの表面および/または内部にまで分散していてもよい。 The carbon powder dispersed in the electrode, may be dispersed into the interior surface and / or of the film. このように、上記カーボン粉末が、上記フィルムに食い込んで分散している場合には、導電性を有するカーボン粉末と、上記フィルムとの接触面積が大きいため、より効率よく電圧を印加することができるのでより好ましい。 Thus, the carbon powder, when dispersed bite into the film, a carbon powder having conductivity, since the contact area between the film is large, it can be applied more efficiently Voltage because the more preferable. なお、このように、上記カーボン粉末を、上記フィルムの表面および/または内部にまで分散させるためには、例えば、高分子バインダの溶液に、カーボン粉末を分散させてペーストとし、当該ペーストで上記フィルムを挟んで加熱プレスする方法を用いる場合、加熱プレスする前に、上記フィルムを、アルコール、ケトン、芳香族炭化水素等の有機溶媒または水であらかじめ膨潤させておけばよい。 In this manner, the carbon powder, to disperse into the inside surface and / or of the film, for example, to a solution of the polymeric binder, a paste by dispersing carbon powder, the film in the paste when using the method of hot pressing across the, prior to heating the press, the film, alcohols, ketones, it is sufficient to pre-swollen in an organic solvent or water such as aromatic hydrocarbons.

上記電極の厚みは、高分子アクチュエータの屈曲変形を阻害しない限り特に限定されるものではないが、それぞれ、1μm以上2mm以下であることが好ましく、1μm以上500μm以下であることがより好ましく、5μm以上200μm以下であることがさらに好ましく、5μm以上100μm以下であることが特に好ましい。 The thickness of the electrode is not particularly limited as long as it does not inhibit the bending deformation of the polymer actuator, respectively, is preferably 1μm or more 2mm or less, more preferably 1μm or more 500μm or less, 5 [mu] m or more still more preferably 200μm or less, and particularly preferably 5μm or 100μm or less. 電極の厚みが、1μm未満であれば、高分子アクチュエータの電極として電気伝導性の点で問題となる場合があるので好ましくない。 Undesired thickness of the electrode, is less than 1 [mu] m, because it may be in terms of electrical conductivity problems as electrodes of the polymer actuator. また、電極の厚みが、2mmより大きくなれば、電極がカーボンを含むことにより固くなりもろく割れやすくなり、また、フィルムの屈曲変形に伴って曲がらなくなる場合があるため好ましくない。 The thickness of the electrode, the greater than 2 mm, the electrode is easily broken brittle becomes hard by containing carbon, also not preferred because it may not bend along with the bending deformation of the film.

本発明にかかる高分子アクチュエータの電極は、上述したように、高分子バインダと、その中に分散されているカーボン粉末とを含んでなることにより導電性が付与されている。 Polymer actuator electrode according to the present invention, as described above, a polymeric binder, conductivity is imparted by comprising a carbon powder dispersed therein. 上記電極の電気抵抗値は、1000Ω・cm以下であることが好ましく、100Ω・cm以下であることがより好ましい。 Electrical resistance of the electrode is more preferably preferably not more than 1000 [Omega] · cm, or less 100 [Omega · cm. 上記電極の電気抵抗値が1000Ω・cm以下であることにより、電極に低い電圧を印加したときに、本発明の高分子アクチュエータを屈曲させることができる。 By the electric resistance of the electrode is not more than 1000 [Omega] · cm, when applying a low electrode voltage, it is possible to bend the polymer actuator of the present invention.

また、上記電極は、高分子バインダと、その中に分散されているカーボン粉末とを含んでなるものであればよいが、カーボン粉末は均一に分散されていることがより好ましい。 Further, the electrode includes a polymeric binder, but may be one comprising a carbon powder dispersed therein, it is more preferable that the carbon powder is uniformly dispersed. これにより、電位が均一にかかるためより好ましい。 Accordingly, more preferable because the potential is applied uniformly.

また、上記電極は、高分子アクチュエータの機能に好ましくない影響を与えるものでない限り、高分子バインダおよびカーボン粉末以外の他の成分を含有していてもよい。 Further, the electrode unless it adversely affects the functionality of the polymer actuator, may contain other components other than the polymer binder and the carbon powder. かかる他の成分としては、例えば、イオン性化合物、金属イオンなどを挙げることができる。 Such other ingredients, for example, ionic compounds, and the like metal ions.

(1−2)高分子化合物からなるフィルム 本発明にかかる高分子アクチュエータにおいて、高分子化合物からなるフィルムは、高分子化合物からなるフィルムの両面に形成されている電極間に電圧を印加することによってフィルムが屈曲変形するタイプの高分子アクチュエータに使用される高分子化合物のフィルムであれば特に限定されるものではない。 (1-2) In the polymer actuator according to the film present invention comprising a polymer compound film comprising a polymer compound by applying a voltage between electrodes formed on both surfaces of the film made of a polymer compound film is not particularly limited as long as the film of the polymer compound used for the polymer actuator of the type bent and deformed. したがって、上記高分子化合物は、イオン伝導性高分子化合物であってもよいし、非イオン性高分子化合物であってもよい。 Therefore, the polymer compound may be a ion-conductive polymer compound may be a nonionic polymer compound. なお、イオン伝導性高分子化合物とは、電場下で電荷が移動して電流が流れるときに、電荷の担い手がイオンである高分子化合物をいい、イオン性高分子化合物と同義である。 Note that the ion-conductive polymeric compound, when under electric current flows to charge moves, means a polymer compound bearer of charge is an ion is synonymous with an ionic polymer compound.

上記高分子化合物が例えばイオン伝導性高分子化合物である場合には、高分子アクチュエータの駆動メカニズムは、例えば、イオン伝導性高分子化合物がポリマーにアニオン性官能基が導入されたポリアニオンである場合を例に挙げて説明すると以下のように考えられる。 When the polymer compound is, for example, ion-conductive polymeric compound, the driving mechanism of the polymer actuator, for example, the case where the ion conductive polymer compound is a polyanion anionic functional group introduced into the polymer It is considered as follows will be described as an example. 電圧の印加により、フィルム内で自由に移動できるカチオンがカソード側に移動し、このカチオンに伴われて、フィルム内に含まれる水分子もカソード側に移動するため、カソード側の浸透圧が上昇し、膜が膨張する。 By application of a voltage, the cations can be freely moved in the film moves to the cathode side, is accompanied by the cation, also water molecules contained in the film to move to the cathode side, the osmotic pressure of the cathode side is increased , the film is expanded. これに対し、イオン伝導性高分子化合物に固定されているアニオンは、対極のアノード側に引き寄せられにくいため、アノード側のカチオンの濃度が下がり、浸透圧が低下して膜が収縮する。 In contrast, anions are fixed to the ion conductive polymer compound, since it is difficult attracted to the anode side of the counter electrode, decreases the concentration of the anode-side cation, film shrinks osmotic pressure is reduced. カソード側の膨張と、アノード側の収縮により、結果としてフィルムが屈曲変形する。 And expansion of the cathode side, the anode side contraction, resulting in a film is bent and deformed. なお、上記高分子化合物が、後述するイオン性液体を含有している場合は、移動種がイオン性液体を構成するイオンとなる。 Note that the polymer compound, if containing the ionic liquid to be described later, the mobile species is ion constituting the ionic liquid. この場合、浸透圧の効果については不明であるが、高分子化合物からなるフィルムは屈曲変形する。 In this case, although it is not known about the effect of osmotic pressure, a film made of a polymer compound is bent and deformed.

また、非イオン性高分子化合物を用いる場合は、そのメカニズムは不明であるが、酢酸ナトリウム等のイオン性物質を加えた非イオン性高分子化合物からなる高分子膜に電圧を印加することにより、高分子膜を屈曲変形させる方法が知られている。 In the case of using a non-ionic polymer compound by The mechanism is unknown, for applying a voltage to the polymer film made of a non-ionic polymer compound added ionic substances such as sodium acetate, the method of bending deformation of the polymer film is known. また、非イオン性高分子化合物が、後述するイオン性液体を含有している場合は、電圧を印加すると、イオン性液体を構成するアニオンはプラス極に、カチオンはマイナス極に引き寄せられる。 The non-ionic polymer compound, if containing the ionic liquid to be described later, when a voltage is applied, the anion constituting the ionic liquid to the positive pole, cations are attracted to the negative pole. イオン性液体を構成するアニオンとカチオンとはイオンの大きさが異なるので、イオンのサイズの違いからフィルムの極率に差が生じ、フィルムが屈曲変形すると考えられる。 Since the anion and cation constituting the ionic liquid are different sizes of ions, the difference in the curvature of the film from the difference in size of ions occurs is believed that the film is bent and deformed.

上記イオン伝導性高分子化合物としては、ポリカチオンを用いてもよいし、ポリアニオンを用いてもよい。 As the ion conductive polymer compound, may be used polycation, it may be used polyanion. ポリアニオンの例としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、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)等の基本骨格を持った公知のポリマーにアニオン性官能基として、スルホン酸基(−SO H)、カルボキシル基(−COOH)、リン酸基等を導入したもの;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、リン酸基などのアニオン性官能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等を挙げることができる。 Examples of the polyanion include, but are not particularly limited, for example, polyethylene, polystyrene, polyimide, as the anionic functional group in the known polymers having a basic skeleton, such polyarylenes (aromatic polymers), sulfone acid (-SO 3 H), carboxyl group (-COOH), a thing to introduce phosphoric acid group or the like; skeleton sulfonic acid group-containing fluorine-based polymer, a carboxyl group, an anionic functional group such as a phosphoric acid group introduced perfluorosulfonic acid polymer, perfluoro carboxylic acid polymer, mention may be made of perfluoro phosphate polymer. 中でも、上記ポリアニオンとしては、パーフルオロスルホン酸/PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)共重合体をより好適に用いることができる。 Among them, as the polyanion, it can be used perfluorosulfonic acid / PTFE (polytetrafluoroethylene) copolymer more preferably. ここで、パーフルオロスルホン酸/PTFE共重合体としては、市販されているものでもよく、例えば、フレミオンTM (旭硝子)、ナフィオンTM (デュポン社製)等を好適に用いることができる。 Here, the perfluorosulfonic acid / PTFE copolymer may be those commercially available, for example, Flemion TM (Asahi Glass), Nafion TM (DuPont) or the like can be suitably used.

また、ポリカチオンの例としても、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、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)等の公知のポリマーにカチオン性官能基として、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基等を導入したものを挙げることができる。 Further, even if the examples of polycations include, but are not particularly limited, for example, polyethylene, polystyrene, polyimide, a cationic functional group in the known polymers, such as polyarylene ethers (aromatic polymers), sulfonium groups, ammonium group, may be mentioned those obtained by introducing a pyridinium group.

上記イオン伝導性高分子化合物は、作動時、すなわち、電圧を印加して屈曲変形させる時点で、含水状態である必要がある。 The ion-conductive polymeric compound, when activated, i.e., at the point of bending deformation by applying a voltage, needs to be hydrated state. これにより、上記イオン伝導性高分子化合物からなるフィルムに電圧を印加したときに、移動するイオンに伴われて水分子が移動し、フィルムを屈曲変形させることが可能となる。 Thus, when a voltage is applied to the film made of the ion-conductive polymeric compound, accompanied by moving ions water molecules move, it becomes possible to bend deform the film. なお、上記イオン伝導性高分子化合物に水を含ませる方法としては、例えば、上記イオン伝導性高分子化合物を水、好ましくはイオン交換水に含浸させればよい。 As a method to include water in the ion conductive polymer compounds, for example, the ion conductive polymer compounds water, preferably it is sufficient to impregnate the ion-exchanged water. また、同様に、後述するイオン性液体を用いる場合は、上記イオン伝導性高分子化合物は、作動時に、水に加えて、あるいは、水に代えてイオン性液体を含んでいる必要がある。 Similarly, in the case of using the ionic liquid described below, the ion-conductive polymeric compound is, in operation, in addition to water, or it is necessary to contain the ionic liquid in place of water.

また、上記イオン伝導性高分子化合物が、ポリアニオンである場合は、アニオン性官能基のカウンターカチオンを、Li 、Na 、K 、アルキルアンモニウムイオン等に交換したものを用いることがより好ましい。 Further, the ion-conductive polymeric compound is, if a polyanion, the counter cation of the anionic functional group, Li +, Na +, K +, it is more preferable to use those exchanged alkylammonium ion. また、上記イオン伝導性高分子化合物が、ポリカチオンである場合は、カチオン性官能基のカウンターアニオンを、F 、Cl 、Br 、芳香族または脂肪族のスルホン酸類、芳香族または脂肪族のカルボン酸類、芳香族または脂肪族のリン酸類等に交換したものを用いることがより好ましい。 Further, the ion-conductive polymeric compound is, if a polycation, a counter anion of the cationic functional group, F -, Cl -, Br -, an aromatic or aliphatic sulfonic acids, aromatic or aliphatic carboxylic acids, it is more preferable to use those exchanged to an aromatic or aliphatic phosphoric acids such as. これにより、高分子アクチュエータの屈曲度、屈曲速度を向上させることができるため好ましい。 Thus, the bending of the polymer actuator is preferred because it is possible to improve the bending speed. なお、上記イオン伝導性高分子化合物のカウンターイオンを交換する方法としては、例えば、上記イオン伝導性高分子化合物を、交換するイオンを含む塩の溶液中に含浸させればよい。 As a method of exchanging a counter ion of the ion-conductive polymer compounds, for example, the ion-conductive polymeric compound, it is sufficient to impregnate in a solution of salt containing an exchange ion. ここで、溶液は、水溶液でもよいし、有機溶媒でもよいし、これらの混合溶媒でもよい。 Here, the solution may be an aqueous solution, it may be an organic solvent, or a mixed solvent thereof.

また、上記非イオン性高分子化合物としては、例えば、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、ポリプロピレン等の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などの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等を挙げることができる。 Further, Examples of the nonionic polymer compounds, e.g., tetrafluoroethylene, fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride, polyethylene, polyolefin polymers such as polypropylene, poly butadiene compounds; polyurethane-based compounds such as elastomer or gel ; and polyethylene terephthalate; silicone compounds; thermoplastic polystyrene; polyvinylchloride.

上記非イオン性高分子化合物は、イオン性物質を含んでいる必要がある。 The non-ionic polymer compound, it is necessary to contain ionic materials. これにより、上記非イオン性高分子化合物からなるフィルムに電圧を印加したときに、フィルムを屈曲変形させることが可能となる。 Thus, when a voltage is applied to the film made of the non-ionic polymer compound, it is possible to bend deform the film. なお、上記非イオン性高分子化合物にイオン性物質を含ませる方法としては、例えば、上記非イオン性高分子化合物をイオン性物質の溶液に含浸させればよい。 As a method to include the ionic substance to the non-ionic polymer compound, for example, the non-ionic polymer compound it is sufficient to impregnate the solution of the ionic substance. ここで、溶液は、水溶液でもよいし、有機溶媒でもよいし、これらの混合溶媒でもよい。 Here, the solution may be an aqueous solution, it may be an organic solvent, or a mixed solvent thereof.

上記イオン性物質としては、例えば、フッ化リチウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸銅、酢酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等を挙げることができる。 As the ionic substance, for example, lithium fluoride, lithium bromide, sodium bromide, magnesium chloride, may be mentioned copper sulfate, sodium acetate, sodium oleate, sodium acetate and the like.

また、上記高分子化合物は、イオン性液体を含有しているものであってもよい。 Further, the polymer compound may be those which contain an ionic liquid. ここで、イオン性液体とは、アニオンとカチオンとからなり、常温で液体の有機化合物塩をいう。 Here, the ionic liquid consists an anion and a cation, refers to an organic compound salt is liquid at room temperature. かかるイオン性液体は、有機化合物および無機化合物を溶解し、不揮発性で、高温でも安定である。 Such ionic liquids are organic compounds and to dissolve the inorganic compounds, non-volatile, it is stable at high temperatures. それゆえ、水を含む従来の金属電極を有する高分子アクチュエータを大気中で使用する場合に電極表面から水の蒸発が起こり次第に屈曲変形が失われるという問題を解決し、大気中での高分子アクチュエータの安定性を向上させることができる。 Thus, the polymer actuator having a conventional metal electrode including the water to solve the problem of evaporation from the electrode surface of the water takes place bending deformation gradually is lost when used in the atmosphere, the polymer actuator in air it is possible to improve the stability.

上記イオン性液体としては、特に限定されるものではなく、イオン性液体として従来公知のものを好適に用いることができる。 As the ionic liquid, is not particularly limited, it may be suitably used those conventionally known as ionic liquids. かかるイオン性液体としては、例えば、CF SO 、BF 、PF 、Cl 、Br 、I 、NO 、(CF SO 、(CF SO 、(CH )OSO 、AlCl 、ClO 、RCOO 、RSO 、NH CHRCOO 、SO 2−等をカウンターアニオンに持つ、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、テトラアルキルアンモニウムカチオン等を好適に用いることができる。 Such ionic liquids, for example, CF 3 SO 3 -, BF 4 -, PF 6 -, Cl -, Br -, I -, NO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (CF 3 SO 2) 3 C -, (CH 3) OSO 3 -, AlCl 4 -, ClO 4 -, RCOO -, RSO 3 -, NH 2 CHRCOO -, with SO 4 2-or the like counter anion, imidazolium cation, pyridinium cation, can be suitably used tetraalkylammonium cations and the like.

上記イミダゾリウムカチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等を用いることができる。 As the imidazolium cation, it can be used dialkyl imidazolium cation, a trialkyl imidazolium cation and the like. より具体的には、例えば、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムイオン、1−メチル−3−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)イミダゾリウムイオン、1−ブチル−3−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)イミダゾリウムイオン、1,3−ジメチルイミダゾリウムイオン、1−へキシル−3メチルイミダゾリウムイオン、1−メチル−3−オクチルイミダゾリウムイオン、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムイオン等を挙げることができる。 More specifically, for example, 1-butyl-3-methylimidazolium ion, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-propyl imidazolium ion, 1-butyl-2,3 - dimethyl imidazolium ion, 1-methyl-3- (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl) imidazolium ions, 1- butyl-3- (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl) imidazolium ion, 1,3-dimethyl imidazolium ions, 1 - hexyl -3-methylimidazolium ion, 1-methyl-3-octyl-imidazolium ions, mention may be made of 1-methyl-3-ethyl imidazolium ion.

また、上記ピリジニウムカチオンとしては、例えば、N−メチルピリジニウムイオン、N−エチルピリジニウムイオン、N−プロピルピリジニウムイオン、N−ブチルピリジニウムイオン、1−エチル−2−メチルピリジニウムイオン、1−ブチル−2メチルピリジニウムイオン等を挙げることができる。 Further, as the pyridinium cation, for example, N- methyl pyridinium ion, N- ethyl-pyridinium ions, N- propyl pyridinium ion, N- butyl pyridinium ion, 1-ethyl-2-methylpyridinium ions, 1-butyl -2-methyl it can be mentioned pyridinium ion.

また、上記テトラアルキルアンモニウムカチオンとしては、例えば、トリメチルプロピルアンモニウム、トリメチルへキシルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウム等を挙げることができる。 Further, as the tetraalkylammonium cation include, for example, trimethylpropylammonium, hexyl ammonium to trimethyl, a tetrapentylammonium like.

上記イオン性液体としては、例えば、上記アニオンと上記カチオンとの任意の組み合わせを挙げることができる。 As the ionic liquid, for example, you can include any combination of the anion and the cation. また、上記イオン性液体は、2以上のイオン性液体を組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, the ionic liquid may be used in combination of two or more ionic liquids.

上記イオン性液体としては、より具体的には例えば、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フォネート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・テトラフルオロボレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・ヘキサフルオロホスフェート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・クロライド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・ブロマイド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・アイオダイド等を挙げることができる。 As the ionic liquid, and more specifically, for example, 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3- methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, may be mentioned 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and the like.

また、上記イオン性液体は重合性のものであってもよい。 Furthermore, the ionic liquid may be of polymerizable. かかる重合性のイオン性液体としては、特に限定されるものではないが、例えば、アリルアルキルイミダゾリウム塩を好適に用いることができる。 Such polymerizable ionic liquid is not particularly limited, for example, can be suitably used arylalkyl imidazolium salts. より具体的には例えば、1−アリル−3−エチルイミダゾリム・トリフルオロメタンスルフォネート、1−アリル−3−エチルイミダゾリム・テトラフルオロボレート、1−アリル−3−エチルイミダゾリム・ヘキサフルオロホスフェート、1−アリル−3−エチルイミダゾリム・クロライド、1−アリル−3−エチルイミダゾリム・ブロマイド、1−アリル−3−エチルイミダゾリム・アイオダイド、1−アリル−3−ブチルイミダゾリム・トリフルオロメタンスルフォネート、1−アリル−3−ブチルイミダゾリム・テトラフルオロボレート、1−アリル−3−ブチルイミダゾリム・ヘキサフルオロホスフェート、1−アリル−3−ブチルイミダゾリム・クロライド、1−アリル−3−ブチルイミダゾリム・ブロマイド、1−アリル−3 More specifically, for example, 1-allyl-3-ethyl imidazolium Lim trifluoromethanesulfonate, 1-allyl-3-ethyl imidazolium rim tetrafluoroborate, 1-allyl-3-ethyl imidazolium rim hexafluorophosphate , 1-allyl-3-ethyl imidazolium rim chloride, 1-allyl-3-ethyl imidazolium rim bromide, 1-allyl-3-ethyl imidazolium rim iodide, 1-allyl-3-butyl imidazolium Lim trifluoromethanesulfonic Foneto, 1-allyl-3-butyl imidazolium rim tetrafluoroborate, 1-allyl-3-butyl imidazolium rim hexafluorophosphate, 1-allyl-3-butyl imidazolium rim chloride, 1-allyl-3-butyl Imidazorimu bromide, 1-allyl-3 ブチルイミダゾリムイミダゾリム・アイオダイド、1,3−ジアリルイミダゾリウム・トリフルオロメタンスルフォネート、1,3−ジアリルイミダゾリウム・テトラフルオロボレート、1,3−ジアリルイミダゾリウム・ヘキサフルオロホスフェート、1,3−ジアリルイミダゾリウム・クロライド、1,3−ジアリルイミダゾリウム・ブロマイド、1,3−ジアリルイミダゾリウム・アイオダイド等を挙げることができる。 Butyl imidazo rim imidazo rim iodide, 1,3-diallyl imidazolium trifluoromethanesulfonate, 1,3-allylimidazolium tetrafluoroborate, 1,3-diallyl imidazolium hexafluorophosphate, 1,3 diallyl imidazolium chloride, 1,3-diallyl imidazolium bromide, and 1,3-diallyl imidazolium iodide or the like.

上記高分子化合物が、イオン伝導性高分子化合物である場合は、上述したように、作動時に、含水状態である必要があるが、大気中での高分子アクチュエータの安定性の観点から、上記イオン伝導性高分子化合物は、作動時に、水に加えて、あるいは、水に代えてイオン性液体を含んでいることが好ましい。 The polymer compound is, if an ion-conductive polymeric compound, as described above, during operation, it must be a water-containing state, from the viewpoint of the stability of the polymer actuator in the air, the ions conductive polymer compounds, during operation, in addition to water, or, it is preferable that instead of the water containing the ionic liquid. また、上記高分子化合物が、非イオン性高分子化合物である場合は、上述したように、上記イオン性物質を含んでいる必要があるが、イオン性物質に加えて、あるいは、上記イオン性物質に代えてイオン性液体を含んでいることが好ましい。 Further, the polymer compound, if a non-ionic polymer compound, as described above, it is necessary to contain the ionic substance, in addition to the ionic substance, or the ionic substance preferably it contains an ionic liquid instead.

なお、上記イオン性液体を含む上記高分子化合物は、例えば、上記イオン性液体に含浸させるか、または、イオン性液体の溶液に上記高分子化合物からなるフィルムを含浸させた後、溶媒を除去することにより得ることができる。 Note that the polymer compound containing the above ionic liquid, for example, or impregnated into the ionic liquid, or, after impregnating a film made of the polymer compound in a solution of the ionic liquid, the solvent is removed it can be obtained by. ここで、溶液は、水溶液でもよいし、有機溶媒でもよいし、これらの混合溶媒でもよい。 Here, the solution may be an aqueous solution, it may be an organic solvent, or a mixed solvent thereof.

また、上記フィルムの厚みは、例えば、10μm以上、5mm以下であることが好ましく、100μm以上、5mm以下であることがより好ましく、100μm以上、2mm以下であることがさらに好ましい。 The thickness of the film is, for example, 10 [mu] m or more, preferably 5mm or less, 100 [mu] m or more, more preferably 5mm or less, 100 [mu] m or more, and more preferably 2mm or less. 上記フィルムの厚みが、10μm以上であると、成形性や寸法安定性の点で好ましい。 The thickness of the film is, if it is 10μm or more is preferable in terms of moldability and dimensional stability. また、上記フィルムの厚みが、5mm以下であると、加工性や可撓性の点で好ましい。 The thickness of the film, if it is 5mm or less is preferable in terms of processability and flexibility.

また、上記フィルムの形状としては、例えば、図1に示すように矩形平板状を挙げることができるが、これに限定されるものではなく、円形、三角形、楕円形、棒状等の平板状であってもよいし、膜状であってもよいし、円筒状、螺旋状、コイル状等であってもよい。 The shape of the film, for example, there may be mentioned a rectangular flat plate shape as shown in FIG. 1, the invention is not limited thereto, a circular, triangular, oval, tabular, etc. rodlike may be, it may be a film-like, cylindrical, spiral, or may be a coil or the like.

また、本発明にかかる高分子アクチュエータは、さらに、前記電極間に電圧を印加する電源装置と、当該電圧を制御する制御装置とを備えていてもよい。 The polymer actuator according to the present invention further includes a power supply for applying a voltage between the electrodes may comprise a control unit for controlling the voltage.

本発明のアクチュエータは、上記電極間に0.1〜10V程度の低い電圧を印加すると、屈曲変形する。 The actuator of the present invention, upon application of a low voltage of about 0.1~10V between the electrodes, bent and deformed. 屈曲変形の方向、変位量、変位速度等は、上記高分子化合物からなるフィルムの種類、電極の組成、移動するイオン種等により変動する。 Direction of the bending deformation, displacement, the displacement speed, etc., the type of film comprising the polymer compound, the composition of the electrode, varied by the ion species or the like to be moved. また、通常、電位の極性を反転させると膜は反対方向に屈曲変形する。 Further, usually, when reversing the polarity of the potential film is bent and deformed in opposite directions.

通常、白金を無電解メッキすることにより得られるアクチュエータでは、図5に見られるように、湿度90%の含水量が高い状態(図5中、aで示す。)では、厳密には原理はわかっていないが、変位の後戻り現象が見られる。 Normally, the actuator obtained by electroless plating of platinum, as seen in FIG. 5, (in FIG. 5. Indicated by a) the water content is high a humidity of 90% for strictly principle found not but, turning back the phenomenon of displacement can be seen. 湿度を下げ、含水量を下げていくと、図5中b(湿度30%)で示すように、この後戻り現象は少なくなる。 Lower the humidity, when gradually lowering the water content, as shown in FIG. 5 b (humidity 30%), the backtracking behavior is reduced. 本発明にかかる高分子アクチュエータでは、湿度90%でも後戻り現象が殆ど見られないことが示された。 In the polymer actuator according to the present invention, turning back phenomenon even 90% humidity that is hardly seen indicated. アクチュエータの応用性を考えた場合、かかる性質は重要であると考えられる。 When application of the actuator, such properties are considered important.

(2)本発明にかかる高分子アクチュエータの製造方法 本発明にかかる高分子アクチュエータの製造方法は、上記高分子アクチュエータを製造することができる方法であればどのような方法であってもよいが、例えば、上記高分子バインダの溶液に、カーボン粉末を分散させてペーストとし、当該ペーストで上記フィルムを挟んで加熱プレスする方法を好適に用いることができる。 Method of manufacturing a polymer actuator to the production method the present invention of the polymer actuator according to (2) The present invention may be any method as long as the method can produce the polymer actuator, for example, a solution of the polymer binder, by dispersing carbon powder and paste, in the paste can be suitably used a method of heat pressing by sandwiching the film. なお、ここで、「加熱プレスする」とは、加熱しながらプレスすること、及び、プレスした状態で昇温することの両方法を含む趣旨である。 Here, the "heat pressing", be pressed while heating, and is meant to comprise both methods of increasing the temperature while pressing.

上記ペーストは、上記高分子バインダ、有機溶媒、及び、カーボン粉末を加えてよく混合することによって得ることができる。 The paste, said polymeric binder, organic solvent, and can be obtained by well mixed carbon powder. なお、場合に応じて、上記有機溶媒に加えてさらに水を加えてもよい。 Incidentally, as the case may be further added water in addition to the organic solvent. ここで、上記高分子バインダ、カーボン粉末、これらの割合については、上述したとおりであるので、ここでは説明を省略する。 Here, the polymeric binder, carbon powder, for these proportions, since it is as described above, and a description thereof will be omitted. 上記高分子バインダ、有機溶媒、カーボン粉末を加える順序は特に限定されるものではないが、例えば、上記高分子バインダを有機溶媒に溶解し、得られた上記高分子バインダの溶液に、カーボン粉末を加えてよく混合することが好ましい。 The polymer binder, an organic solvent, but the order is not particularly limited addition of carbon powder, for example, the polymeric binder dissolved in an organic solvent, to a solution of the polymer binder obtained, the carbon powder it is preferable to well mixed.

上記、有機溶媒としては、上記高分子バインダを溶解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が、沸点が150℃以下、より好ましくは100℃以下の有機溶媒であることがより好ましい。 Above, as the organic solvent, as long as it can dissolve the polymer binder, is not particularly limited, a boiling point of 0.99 ° C. or less, and more preferably from 100 ° C. or less of the organic solvent more preferable. これにより、熱プレス時に当該有機溶媒を良好に除去することができる。 Thus, it is possible to satisfactorily remove the organic solvent at the time of hot pressing. かかる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、イソペンチルアルコール等のアルコール;アセトン、2−ブタノン、3−ペンタノン、メチルイソプロピルケトン、メチルエチルケトン、メチルn−プロピルケトン、3−ヘキサノン、メチルn−ブチルケトン等のケトン;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル;ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン等の低級飽和炭化水素;酢酸エチルエステル等のエステル等を挙げることができる。 Such organic solvents, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, alcohols such as iso-pentyl alcohol; acetone, 2-butanone, 3-pentanone, methyl isopropyl ethyl acetate; pentane, hexane, lower saturated hydrocarbons and cyclohexane; diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, ethers such as tetrahydropyran; ketone, methyl ethyl ketone, methyl n- propyl ketone, 3-hexanone, ketones such as methyl n- butyl ketone it can be mentioned esters such as esters and the like.

これら有機溶媒は単独で用いてもよいし、これらを混合して用いてもよい。 May be used those organic solvents alone, it may be used by mixing them. さらに、水を混ぜて用いてもよい。 In addition, it may be used to mix the water.

本発明にかかる高分子アクチュエータは、得られたペーストで上記フィルムを挟んで加熱プレスことにより、上記フィルムと一段階で接合することができる。 The polymer actuator according to the present invention, by heat-pressing by sandwiching the film obtained paste can be joined by the film and one step.

加熱プレスは、上記ペーストを上記フィルムに塗布後加熱プレスする方法を用いてもよいし、金型を用いて2つの金型にそれぞれ上記ペーストを載せておき上記フィルムを挟んで加熱プレスする方法を用いてもよい。 Heating press, to the paste may be used a method of hot pressing after coating on the film, how each hot pressing by sandwiching the film advance mounted to said paste into two molds in a mold it may be used. 加熱プレスの温度は、上記高分子バインダの溶媒を蒸発させるのに必要な温度であればよく、特に高分子バインダーが溶融する必要はない。 Temperature of the heating press may be a temperature required to evaporate the solvent of the polymer binder is not particularly necessary to melt the polymer binder. また、溶融温度以上でも、上記高分子バインダの分解温度以下であれば特に限定されるものではなく、用いる高分子バインダ、フィルムを構成する高分子化合物、移動するイオン種等に応じて適宜選択すればよい。 Further, even above the melting temperature, but the present invention is not particularly limited as long as the following decomposition temperature of the polymer binder, a polymer compound constituting the polymer binder, the film used, appropriately selected depending on the ion species or the like to move Bayoi. また、プレス圧、時間についても、特に限定されるものではなく、用いる高分子バインダ、フィルムを構成する高分子化合物、移動するイオン種等に応じて適宜選択すればよい。 Also, pressing pressure, for the time, is not particularly limited, the polymer binder used, the polymer compound constituting the film may be appropriately selected depending on the ion species or the like to be moved. 例えば、加熱プレスの温度は、30〜150℃であることが好ましい。 For example, the temperature of the heated press is preferably 30 to 150 ° C.. また、プレス圧は1〜100kg/cm であることが好ましく、10〜50kg/cm であることがより好ましい。 It is preferable that the pressing pressure is 1 to 100 kg / cm 2, and more preferably 10 to 50 kg / cm 2. 後述する実施例では、例えば、90℃〜95℃、20kg/cm 、30分で良好な高分子アクチュエータを製造することができた。 In Examples described later, for example, 90 ° C. to 95 ° C., it was possible to produce a good polymer actuator with 20 kg / cm 2, 30 minutes.

上記フィルムに、水、上記イオン性物質、上記イオン性液体、またはこれらの混合物を含ませる場合には、上述したように、これらの溶液に上記フィルムを含浸させればよい。 In the film, water, the ionic substance, if the inclusion of the ionic liquid or a mixture thereof, are as described above, it is sufficient to impregnate the film with these solutions. ここで、含浸させる溶液の濃度、含浸させる時間は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いればよい。 Here, the concentration of the solution to be impregnated, the time of impregnating is not limited in particular, it may be used a conventionally known method. なお、上記フィルムの、水、上記イオン性物質、上記イオン性液体、またはこれらの混合物の溶液への含浸は、フィルムの両面に電極を形成した後に行えばよい。 Incidentally, of the film, water, the ionic substance, the impregnation of the solution of the ionic liquid or a mixture thereof, may be performed after forming the electrodes on both surfaces of the film.

また、上記フィルムは、そのまま用いてもよいが、以下の処理を行ってもよい。 Further, the film may be used as it is, it may perform the following processing.
i)フィルムを洗浄し、付着した不純物やごみを除去する。 i) film is washed to remove adhering impurities and dust. フィルムを洗浄する方法としては、フィルムを構成する高分子化合物を、極端に溶出させなければよく、酸で洗浄する方法、イオン交換水等でイオン交換する方法等を用いることができる。 Film as a method for cleaning a is a polymer compound constituting the film may if is extremely elution, a method of washing with an acid, it is possible to use a method in which ion-exchanged with ion-exchange water or the like. 例えば、パーフルオロスルホン酸/PTFE共重合体の場合、フィルムの洗浄は、硝酸水溶液中で煮沸し、イオン交換水中で煮沸することが好ましい。 For example, in the case of perfluorosulfonic acid / PTFE copolymer, cleaning of the film is boiled in an aqueous nitric acid solution, it is preferable to boiling with deionized water.
ii)上記フィルムが、イオン伝導性高分子化合物である場合、カウンターカチオンやカウンターアニオンを上述した他のイオン種にイオン交換する。 ii) the film, when an ion-conductive polymer compounds, ion-exchanging the counter cation or counter anion other ionic species mentioned above. かかる処理は必須ではなく、プロトン型でも高分子アクチュエータとして作動するが、高分子アクチュエータの屈曲度、屈曲速度を向上させることができるためかかる処理を行うことがより好ましい。 Such processing is not essential, but operates as a polymer actuator in the proton form, the bending of the polymer actuator, it is more preferable to perform such it is possible to improve the bending speed processing. なお、上記イオン伝導性高分子化合物のカウンターイオンを交換する方法としては、上述したように、例えば、上記イオン伝導性高分子化合物を、交換するイオンを含む塩の溶液中に含浸させればよい。 As a method of exchanging a counter ion of the ion-conductive polymeric compound is, as described above, for example, the ion-conductive polymeric compound, it is sufficient to impregnate in a solution of salt containing an exchange ion . ここで、溶液は、水溶液でもよいし、有機溶媒でもよいし、これらの混合溶媒でもよい。 Here, the solution may be an aqueous solution, it may be an organic solvent, or a mixed solvent thereof.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。 Following illustratively describes the invention based on examples, the present invention is not limited by the examples.

なお、以下の実施例において、得られた高分子アクチュエータの屈曲変形の評価は以下のようにして行った。 In the following examples, evaluation of the bending deformation of the resulting polymer actuator was conducted as follows.

得られた高分子アクチュエータの電極間に、±1V〜±5Vの直流電圧をスイッチング間隔30秒で印加したときの、高分子アクチュエータの変位量を測定した。 Between the electrodes of the obtained polymer actuator, when applying a DC voltage of ± 1V to ± 5V at 30 second switching intervals and measure the displacement amount of the polymer actuator.

高分子アクチュエータの変位量は、得られた矩形平板状の高分子アクチュエータの短辺端部を固定し、上記電圧を印加したときの、屈曲に伴う振れ幅(変位量)を、CCDカメラを用いたイメージングによる評価計測により追跡した。 Displacement of the polymer actuator can secure the short side edge portions of the resulting rectangular plate-shaped polymer actuator, upon application of the voltage, deflection due to bending width (displacement), use a CCD camera It was followed by evaluation measurement by imaging had.

〔実施例1:イオン伝導性高分子化合物からなるフィルムを用いた高分子アクチュエータの製造〕 Example 1: Production of the polymer actuator using a film made of ion-conductive polymeric compound]
1cm×2cmのパーフルオロスルホン酸からなるフィルム(プロトン型)(厚み:約200μm、フレミオンTM 、旭硝子製)を50%硝酸水溶液中で1時間煮沸加熱した。 Consisting perfluorosulfonic acid 1 cm × 2 cm film (proton type) (thickness: about 200 [mu] m, Flemion TM, manufactured by Asahi Glass Co.) was then boiled for 1 hour heating in a 50% nitric acid solution. 煮沸加熱したパーフルオロスルホン酸からなるフィルムをイオン交換水でよく洗浄した後、イオン交換水中で1時間程度煮沸処理を行った。 After a film made of a perfluorosulfonic acid was boiled heated and washed well with ion-exchanged water, and about 1 hour boiled in deionized water. 次に、カウンターカチオンをリチウムイオンに交換するために、0.5M水酸化リチウム溶液100ml中に3時間程度浸漬した。 Next, in order to replace the counter cation into lithium ion, it was immersed about 3 hours in lithium 0.5M hydroxide solution 100 ml. 得られたフィルムをイオン交換水でよく洗浄した。 The obtained film was washed well with deionized water.

高分子バインダとしてのパーフルオロスルホン酸膜(フレミオンTM 、旭硝子製)低級アルコール溶液(10wt%)1mlにカーボン粉末(アセチレンブラック)(デンカブラック、電気化学工業製)0.1gを加え、25℃でよく練って混合しペーストを得た。 Perfluorosulfonic acid membrane (Flemion TM, manufactured by Asahi Glass Co.) as the polymer binder lower alcohol solution (10 wt%) carbon powder 1 ml (acetylene black) (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) 0.1 g was added, at 25 ° C. and mixed well kneaded to obtain a paste. 凹型の金型2枚にそれぞれ得られたペーストを載せ、カウンターカチオンをリチウムイオンで交換したパーフルオロスルホン酸フィルムを挟んで、ヒートプレス機(アズワン製)で加圧した(90℃〜95℃、20kg/cm 、30分)。 Place each resulting paste mold two concave, across the perfluorosulfonic acid film was replaced counter cation with a lithium ion, and pressurized with heat pressing machine (manufactured by AS ONE) (90 ° C. to 95 ° C., 20kg / cm 2, 30 minutes).

得られた含水状態の高分子アクチュエータは、厚み約200μmのパーフルオロスルホン酸フィルムの両面に、それぞれ、約100μmの、パーフルオロスルホン酸にカーボン粉末が分散された電極が形成されていた。 Polymer actuator of the resulting water-containing state, on both sides of the perfluorosulfonic acid film having a thickness of about 200 [mu] m, respectively, of about 100 [mu] m, electrode carbon powder is dispersed is formed in the perfluorosulfonic acid. また、パーフルオロスルホン酸フィルムと、パーフルオロスルホン酸にカーボン粉末が分散された電極との良好な接合性が確認された。 Further, a perfluorosulfonic acid film, good bonding between the carbon powder is dispersed electrodes perfluorosulfonic acid was confirmed.

得られた高分子アクチュエータについて、大気中で、両電極間に1〜5Vの直流電圧を印加し、高分子アクチュエータの屈曲変形を確認した。 The obtained polymer actuator, in air, by applying a DC voltage of 1~5V between the electrodes was confirmed bending deformation of the polymer actuator.

図2に、温度25℃、湿度30%、直流電圧±5Vをスイッチング間隔30秒周期で印加(ステップ)したときの変位量を示す。 Figure 2 shows a temperature 25 ° C., 30% humidity, the amount of displacement when a DC voltage of ± 5V was applied in 30 second cycles switching intervals (steps). また、図4に、温度25℃、直流電圧±3Vをスイッチング間隔30秒周期で印加(ステップ)したときの変位量の湿度効果を示す。 Further, in FIG. 4, showing the amount of displacement of the humidity effect when the temperature of 25 ° C., the DC voltage applied to ± 3V in 30 second cycles switching intervals (steps). 図4中、aは湿度90%のときの、bは湿度30%のときの結果を示す。 In FIG. 4, a is at a humidity of 90%, b shows the results when the humidity of 30%.

通常、白金を無電解メッキすることにより得られるアクチュエータでは、図5に見られるように、湿度90%の含水量が高い状態では、変位の後戻り現象が見られる。 Normally, the actuator obtained by electroless plating of platinum, as seen in FIG. 5, the water content of 90% humidity is high, turning back phenomenon of the displacement is observed. 本実施例で得られた高分子アクチュエータでは、図4に示すように、湿度90%の条件でも後戻り現象が殆ど見られなかった。 In the polymer actuator obtained in this example, as shown in FIG. 4, relapse phenomenon under the conditions of humidity of 90% was hardly observed.

〔実施例2〕 Example 2
1cm×2cmのパーフルオロスルホン酸からなるフィルム(プロトン型)(厚み:約200μm、フレミオンTM 、旭硝子製)を50%硝酸水溶液中で1時間煮沸加熱した。 Consisting perfluorosulfonic acid 1 cm × 2 cm film (proton type) (thickness: about 200 [mu] m, Flemion TM, manufactured by Asahi Glass Co.) was then boiled for 1 hour heating in a 50% nitric acid solution. 煮沸加熱したパーフルオロスルホン酸フィルムをイオン交換水でよく洗浄した後、イオン交換水中で1時間程度煮沸処理を行った。 After a perfluorosulfonic acid film was boiled heated and washed well with ion-exchanged water, and about 1 hour boiled in deionized water. 次に、カウンターカチオンをリチウムイオンに交換するために、0.5M水酸化リチウム溶液100ml中に3時間程度浸漬した。 Next, in order to replace the counter cation into lithium ion, it was immersed about 3 hours in lithium 0.5M hydroxide solution 100 ml. 得られたフィルムをイオン交換水でよく洗浄した。 The obtained film was washed well with deionized water.

高分子バインダとしてのパーフルオロスルホン酸膜(フレミオンTM 、旭硝子製)低級アルコール溶液(10wt%)1mlにカーボン粉末(カーボンブラック(デンカブラック、電気化学工業製)0.1gを加え、25℃でよく練って混合しペーストを得た。凹型の金型2枚にそれぞれ得られたペーストを載せ、カウンターカチオンをリチウムイオンで交換したパーフルオロスルホン酸フィルムを挟んで、ヒートプレス機(アズワン製)で加圧した(90℃〜95℃、20kg/cm 、30分)。 Perfluorosulfonic acid membrane (Flemion TM, manufactured by Asahi Glass Co.) as the polymer binder lower alcohol solution (10 wt%) carbon powder 1 ml (carbon black (Denka Black, a manufactured by Denki Kagaku Kogyo) 0.1 g was added, well 25 ° C. kneaded to obtain a mixed paste. Place the concave mold 2 sheets obtained respectively in the paste, across the perfluorosulfonic acid film was replaced counter cation with a lithium ion, pressurized with a heat pressing machine (manufactured by AS ONE) pressure was (90 ℃ ~95 ℃, 20kg / cm 2, 30 minutes).

フィルム内部の水をイオン性液体に交換するために、この膜を110℃〜120℃程度に加熱したオーブンに入れて15時間程度乾燥させた後、次に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に含浸させて、110℃〜120℃で15時間加熱した。 The internal film of water to replace the ionic liquid, after the film was dried for about 15 hours in an oven heated to about 110 ° C. to 120 ° C., then 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoride impregnated into Russia methanesulfonate was heated for 15 hours at 110 ° C. to 120 ° C..

膜内の水をイオン性液体で置換した高分子アクチュエータは、厚み約250μmのパーフルオロスルホン酸フィルムの両面に、それぞれ、約100μmの、パーフルオロスルホン酸にカーボン粉末が分散された電極が形成されていた。 Polymer actuators replace water in the membrane in the ionic liquid, to both sides of a perfluorosulfonic acid film having a thickness of about 250 [mu] m, respectively, of about 100 [mu] m, electrode carbon powder is dispersed is formed on perfluorosulfonic acid which was. また、パーフルオロスルホン酸フィルムと、パーフルオロスルホン酸にカーボン粉末が分散された電極との良好な接合性が確認された。 Further, a perfluorosulfonic acid film, good bonding between the carbon powder is dispersed electrodes perfluorosulfonic acid was confirmed.

得られた高分子アクチュエータについて、大気中で、両電極間に1〜5Vの直流電圧を印加し、高分子アクチュエータの屈曲変形を確認した。 The obtained polymer actuator, in air, by applying a DC voltage of 1~5V between the electrodes was confirmed bending deformation of the polymer actuator.

図3に、温度25℃、湿度30%、直流電圧±5Vをスイッチング間隔30秒周期で印加(ステップ)したときの変位量を示す。 Figure 3 shows, the temperature 25 ° C., 30% humidity, the amount of displacement when a DC voltage of ± 5V was applied in 30 second cycles switching intervals (steps).

本発明にかかる高分子アクチュエータは、従来の貴金属を用いた高分子アクチュエータに比べて、コスト的に安価で、短時間で簡単に製造可能であるので、家電製品や工業製品におけるノイズがなく巧みでなめらかな動きが要求される部分、真のヒューマノイドロボット、汎用ロボット等に利用することができ非常に有用である。 The polymer actuator according to the present invention, as compared to the polymer actuator using a conventional noble metal, the cost at low cost, since a short time can easily be manufactured, a skillful without noise in home appliances and industrial products part smooth motion is required, a true humanoid robots, is very useful can be used for general-purpose robot or the like.

従来の高分子アクチュエータおよび本発明の高分子アクチュエータの一実施形態を示す概略図であり、(a)は電圧印加前の、(b)は電圧印加時の高分子アクチュエータを示す概略図である。 It is a schematic view showing an embodiment of the polymer actuator of the prior art polymer actuator and the present invention, (a) shows the pre-voltage application, (b) is a schematic diagram showing a polymer actuator when a voltage is applied. 実施例1において得られた高分子アクチュエータの電圧印加による屈曲変形の変位量を示すグラフである。 It is a graph showing a displacement amount of the bending deformation due to voltage application of the obtained polymer actuator in Example 1. 実施例2において得られた高分子アクチュエータの電圧印加による屈曲変形の変位量を示すグラフである。 It is a graph showing a displacement amount of the bending deformation due to voltage application of the polymer actuator obtained in Example 2. 実施例1において得られた高分子アクチュエータの電圧印加による屈曲変形の変位量を示すグラフである。 It is a graph showing a displacement amount of the bending deformation due to voltage application of the obtained polymer actuator in Example 1. 従来の高分子アクチュエータの電圧印加による屈曲変形の変位量を示すグラフである。 It is a graph showing a displacement amount of the bending deformation due to voltage application of the conventional polymer actuator.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 フィルム 2a・2b 電極 1 film 2a · 2b electrode

Claims (7)

  1. 高分子化合物からなるフィルムと、当該フィルムの両面に形成されている電極とを含み、前記電極間に電圧を印加することによって、前記フィルムを屈曲変形させる高分子アクチュエータにおいて、 A film made of a polymer compound, and a electrode formed on both surfaces of the film, by applying a voltage between the electrodes, the polymer actuator to bend deform the film,
    前記電極は、高分子バインダと、その中に分散されているカーボン粉末とからなり、 The electrode is composed of a polymeric binder, a carbon powder dispersed therein,
    上記高分子化合物は、パーフルオロスルホン酸/ポリテトラフルオロエチレン共重合体であり、 The polymer compound is a perfluorosulfonic acid / polytetrafluoroethylene copolymer,
    上記高分子バインダは、パーフルオロスルホン酸/ポリテトラフルオロエチレン共重合体を含んでなることを特徴とする高分子アクチュエータ。 The polymer binder is polymer actuator characterized by comprising a perfluorosulfonic acid / polytetrafluoroethylene copolymer.
  2. 上記高分子化合物は、イオン性液体を含有していることを特徴とする請求項1に記載の高分子アクチュエータ。 The polymer compound, the polymer actuator according to claim 1, characterized by containing an ionic liquid.
  3. 上記カーボン粉末は、上記高分子バインダ100重量部に対して、1重量部以上1000重量部以下含まれていることを特徴とする請求項1または2に記載の高分子アクチュエータ。 The carbon powder is a polymer actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the relative polymer binder 100 parts by weight, contains 1000 parts by weight or less 1 part by weight or more.
  4. 上記カーボン粉末の平均粒子径は0nmより大きく10μm以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高分子アクチュエータ。 Polymer actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein an average particle diameter of the carbon powder is less larger 10μm than 0 nm.
  5. 上記フィルムの厚みは、10μm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の高分子アクチュエータ。 The thickness of the film, the polymeric actuator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a 10μm 5mm or more or less.
  6. 上記電極の厚みは、それぞれ、1μm以上2mm以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の高分子アクチュエータ。 The thickness of the electrode, respectively, the polymer actuator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at 1μm or more 2mm or less.
  7. 高分子化合物からなるフィルムと、当該フィルムの両面に形成されている電極とを含み、前記電極間に電圧を印加することによって、前記フィルムを屈曲変形させる高分子アクチュエータの製造方法であって、 A film made of a polymer compound, and a electrode formed on both surfaces of the film, by applying a voltage between the electrodes, a method for producing a polymer actuator that bends and deforms the film,
    高分子バインダの溶液に、カーボン粉末を分散させてペーストとし、当該ペーストで上記フィルムを挟んで加熱プレスし、 To a solution of the polymeric binder, by dispersing carbon powder and paste, and heat-pressed by sandwiching the film in the paste,
    上記高分子化合物は、パーフルオロスルホン酸/ポリテトラフルオロエチレン共重合体であり、 The polymer compound is a perfluorosulfonic acid / polytetrafluoroethylene copolymer,
    上記高分子バインダは、パーフルオロスルホン酸/ポリテトラフルオロエチレン共重合体を含んでなることを特徴とする高分子アクチュエータの製造方法。 The polymer binder is, the production method of the polymer actuator characterized by comprising a perfluorosulfonic acid / polytetrafluoroethylene copolymer.
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