JP5255355B2 - 高分子アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、イオン交換樹脂などを使用した高分子アクチュエータに係わり、
特に限られたスペース内に効率良く配置した高分子アクチュエータに関する。

以下の特許文献１の図２１には、従来のアクチュエータに関する技術が記載されている。特許文献１に記載されたアクチュエータは、二本の梁の両面に圧電素子をそれぞれ接着されており、各圧電素子に電界を与えて一方の梁に延び変形を、他方の梁に縮み変形を与えることにより、二本の梁の先端に設けた磁気ヘッドに回転変位を生じさせるというものである。

また特許文献２には、イオン交換樹脂の表面に金属電極層を積層することにより形成された高分子アクチュエータが記載されている。
特開２００２−２１８７７１号公報 特開２００８−２２６５５号公報

しかし、特許文献１に記載されたものでは、一つの梁の両面に圧電素子を接着する構成であり、合計４ヶの圧電素子を必要とするため、部品点数が多くなり、しかも配線構造も複雑化しやすい。このため、小型化しにくく、限られたスペース内に設置することができない場合が多いという問題がある。

一方、特許文献２に記載のものでは、変位量および発生力が小さく、また変位量および発生力の調整も難しいという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、限られたスペース内に複数の高分子積層体を配置することにより、大きな変位量および発生力を得ることが可能な高分子アクチュエータを提供することを目的としている。

また本発明は配線構造を簡単にすることでき、変位量および発生力の調整を容易とすることのできる高分子アクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、電解質層と、前記電解質層の一方の面に形成された第１の電極層と、他方の面に形成された第２の電極層とを備えた帯状の積層体を有し、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を与えることにより前記積層体が曲げ変形する高分子アクチュエータにおいて、
前記積層体は、それぞれ支持部に固定された二つの固定端と、前記両固定端の間に位置 して変形したときに変位が最も大きくなる作用端と、を有する形状に一体形成されており 、
一方の前記固定端から前記作用端までの部分と、他方の固定端から前記作用端までの部 分とで、長さ寸法と幅寸法ならびに板厚寸法の少なくとも１つが相違していることを特徴とするものである。

上記において、前記支持部がリング形状からなる第１の支持部材で形成されており、前記積層体の二つの固定端がともに前記第１の支持部材に固定されているものとすることができる。

上記手段では、中心側に比較して面積に余裕がある外周側に、高分子積層体の固定端を配置することができ、面積的な余裕の少ない中心側に作用点となる作用端を配置することができるため、限られたスペース内に複数の高分子積層体を効率よく配置することができ、大きな発生力を出力可能な高分子アクチュエータとすることが可能となる。

あるいは、前記支持部がリング形状からなる第１の支持部材と、前記第１の支持部材の内側に設けられた第２の支持部材とで形成されており、前記積層体の前記固定端のうち一端が前記第１の支持部材に固定され、他端が前記第２の支持部材に固定されているものとすることができる。

この場合、少なくとも２つ以上の前記積層体が、前記リング形状からなる第１の支持部材の内側に、周方向に沿って一定の間隔で設けられているものが好ましい。

上記手段においても、限られたスペース内に複数の高分子積層体を配置することができる。よって、発生力の大きな高分子アクチュエータとすることが可能となる。

例えば、前記積層体が全体として略Ｖ字形状であり、Ｖ字の両端が固定端とされているものである。

あるいは、前記積層体が全体として略Ｕ字または円弧形状であり、両端が固定端とされているものである。

本発明では、上記いずれか一以上の構成とすることにより、作用端の発生力や変位量を調整することができる。

また前記積層体の幅寸法と板厚寸法のうちの少なくとも一方が、前記積層体の長さに応じて連続的または段階的に変化しているものである。

上記手段では、リングの中心側よりも外周側ほど面積に余裕のあるため、前記高分子積層体の長さに応じて高分子積層体の幅寸法または板厚寸法の変更を連続的または段階的に変化させることにより、作用端の発生力や変位量を効率良く調整することができる。

さらには、前記固定端を、前記支持部材との間に挟んで固定する固定部材が設けられており、前記支持部材と前記固定部材を介して前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電圧が印加されて、前記電解質層に電界が与えられるものが好ましい。

上記手段では、配線パターンやリード線などを不要とすることができるため、配線構造を簡単にすることができる。

本発明は、限られてスペース内に複数の高分子積層体を配置することにより、全体として大きな発生力を得ることができる。

また高分子積層体に作用端を設けるとともにその両端の二つの固定端で高分子積層体を支持する構成としたことから、大きな発生力および変位量を得ることができる。
さらに配線構造が容易となり、発生力および変位量の調整も容易とすることができる。

図１の（Ａ）は本発明におけるイオン導電型の高分子アクチュエータの基本原理を説明するための高分子積層体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図であるとともに駆動状態を示す図である。

図１の（Ａ）（Ｂ）に示すイオン導電型の高分子アクチュエータ１は、電解質層２と、この電解質層２の一方の面に設けられた第１の電極層３と、電解質層２の他方の面に設けられた第２の電極層４とを重ねた高分子積層体１Ａとして形成されている。

電解質層２は、イオン交換が可能な樹脂層であり、陽イオン交換樹脂に電解質である電解液が含浸されたものである。陽イオン交換樹脂は、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基やカルボキシル基などの親水性官能基が導入されたものである。電解液は、塩を含有する分極性有機溶媒やイオン性液体などである。また、電解質層２が、ポリフッ化ビニリデンなどのベースポリマーにイオン性液体が混入されてゲル状とされたものであってもよい。

第１の電極層３および第２の電極層４は、電解質層２と同じ電解質層に導電性フィラーが含まれているものである。すなわち、第１の電極層３と第２の電極層４は、電解液が含浸されたイオン交換樹脂に、さらにカーボンナノチューブやカーボンナノファイバーなどの導電性フィラーが混入されて構成されている。あるいは陽イオン性液体を含んだ前記ゲル状の層の内部に導電性フィラーが混入されているものであってもよい。

前記電解質層２となるシート状の樹脂と、導電性フィラーが混入されたシート状の第１の電極層３およびシート状の第２の電極層４とが積層されることで、図１（Ａ）に示す３層構造の高分子積層体１Ａを形成することができる。この高分子積層体１Ａは、電解質層２と第１の電極層３との境界面、および電解質層２と第２の電極層４との境界面は強い密着性を有する構造となっている。

また、第１の電極層３と第２の電極層４を形成する他の方法として、メッキ浴や金属錯体の溶液を使用して、電解質層２を構成する陽イオン交換樹脂の両面に金や銀または銅などの導電性金属を付着させて、第１の電極層３および第２の電極層４を形成してもよい。この場合に、前記導電性金属は、その一部が電解質層２を構成する樹脂内に入り込んだ構造である。

高分子アクチュエータ１の外観形状は、図１（Ａ）に代表されるように、帯状をした高分子積層体１Ａの一方の固定端１ａと他方の固定端１ｂとの間に、被押上げ部材（図示せず）を押し上げるための作用端１ｃを形成した構成を基本とする。作用端１ｃの形状は図１の（Ａ）に示すようの鋭角に折れる略Ｖ字状の屈曲形状であってもよいし、あるいは所定の曲率を有し略Ｕ字状又は円弧形状に湾曲する形状であってもよい。本願発明の作用端１ｃには、このような湾曲形状も含まれる。あるいは台形形状をしており、その上底部分が作用端１ｃを形成し且つ下底側の両端が一方の固定端１ａと他方の固定端１ｂを形成する構成であってもよい。ただし、より大きな発生力を得る上では、作用点を構成する作用端１ｃの幅寸法が、支点側を構成する一方の固定端１ａと他方の固定端１ｂとの間の幅寸法に比較して狭い構成の方が好ましい。

一方の固定端１ａと他方の固定端１ｂとは、例えば図１（Ａ）に示すようなベース部材５上に載置される。そして、後述するような固定部材とベース部材５との間に強固に挟み込まれることにより、片持ち状態で支持される。

図１（Ｂ）に示すように、第１の電極層３が陽極側となり、第２の電極層４が陰極側となるように、電解質層２に電界が与えられると、電解質層２内の陽イオンおよび極性分子が陰極側である第２の電極層４へ移動する。第１の電極層３と第２の電極層４とが、電解質層２と同様にイオン交換可能な層の内部に導電性フィラーが混入されたものである場合には、第１の電極層３と第２の電極層４内で解離した陽イオンおよび極性分子も第２の電極層４側に移動する。

その結果、電解質層２の内部では、第２の電極層４側に偏った位置で体積が膨張しようとする。つまり、第２の電極層４側において膨張応力が発生しこれに基づいて膨張歪みが発生するために、高分子積層体１Ａに曲げ応力が発生して、図１（Ａ）の点線および図１（Ｂ）の実線に示すように、高分子積層体１Ａに曲げが発生し、高分子アクチュエータ１として機能する。

本願発明の高分子アクチュエータ１は、一方の固定端１ａと他方の固定端１ｂの２点で支持する構成であるため、１点で支持される高分子アクチュエータに比較して発生力ないしは耐荷重量を増大させることが可能である。

以下の説明においては、図１（Ｂ）に示すように、高分子積層体１Ａと同じ構成からなる高分子積層体の一方の固定端１ａを固定し、他方の固定端１ｂを自由端として説明する。特に、作用端１ｃは自由端側の先端に設けられており、例えばキートップなどの被押上げ部材を持ち上げるための部位として利用される。

なお、変位量ΔＨとは、固定端を基準として自由端をＺ方向に曲げ変形させたときに、自由端の初期状態におけるＺ方向の位置と変形後のＺ方向の位置との差を意味する。変位量は固定端と自由端との間の距離に比例する。また発生力とは、高分子積層体１Ａの自由端を持ち上げることができる最大の力、または自由端に加えた荷重を大きくしたときに変位量ΔＨ＝０を維持することができる最大荷重（耐荷重量）を意味する。

上記の基本構成を備えた高分子アクチュエータについて説明する。
図２の（Ａ）は本発明の第１の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、図２の（Ｂ）は（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線における矢視方向からの断面図である。

第１の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１０は、３ヶの高分子積層体１Ａ，１Ａ，１Ａを配置した例である。

高分子アクチュエータ１０は、リング状からなる第１の支持部材１１が設けられて構成されている。第１の支持部材１１はベース部として役割を有しており、この第１の支持部材１１の上面に略Ｖ字形状からなる３ヶの高分子積層体１Ａが周方向に一定の中心角（図２では１２０度の間隔）で設置されている。

各高分子積層体１Ａは作用端１ｃをリングの中心に向けた状態で、一方の固定端１ａおよび他方の固定端１ｂが第１の支持部材１１に設置される。そして、例えばその上からリング形状からなる固定部材１４を載置し、第１の支持部材１１と固定部材１４との間に高分子積層体１Ａの一方の固定端１ａおよび他方の固定端１ｂを挟み込んだ状態で保持固定される。

なお、第１の支持部材１１と固定部材１４との固定手段は、例えば接着剤であってもよいし、ネジ止め、あるいはメカ的な係止機構など第１の支持部材１１と固定部材１４との間を強固に固定することができる手段であればどのような固定手段であってもよい。

高分子積層体１Ａを固定する限りにおいては、第１の支持部材１１と固定部材１４は非導電性の部材であっても構わないが、高分子積層体１Ａの両面に設けられた第１の電極層３と第２の電極層４との電気的な接続を考慮する場合にはともに導電性材料で形成される構成が好ましい。

この場合の固定手段は、第１の支持部材１１と固定部材１４との間の絶縁状態を維持することができるように、非導電性の接着剤、ネジまたは係止機構であることが好ましい。

このようにすると、各高分子積層体１Ａの各第１の電極層３には固定部材１４を介して、各第２の電極層４には第１の支持部材１１を介して配線することが可能となる。これにより、配線構造を簡単にすることができるようになるため、アクチュエータの構成を小型化することが可能となり、製造コストも安価なものとすることができる。

そして、第１の支持部材１１と固定部材１４との間に所定の電圧を印加し、第１の電極層３が陽極側となり、第２の電極層４が陰極側となるように、各高分子積層体１Ａの電解質層２に電界を与えると、図２の（Ｂ）に示すように各高分子積層体１Ａ，１Ａ，１Ａは、一方の固定端１ａと他方の固定端１ｂを基準として先端側（自由端側）の作用端１ｃが持ち上がるように曲げ変形させられる。

このとき、各高分子積層体１Ａは同一方向に同時に変形し、変位量ΔＨおよび発生力も等しくなる。この高分子アクチュエータ１０は３ヶの高分子積層体１Ａ，１Ａ，１Ａを有しているため、一つの高分子積層体１Ａを有する高分子アクチュエータに比較して３倍の発生力を発生させる能力を有している。

そして、このような高分子積層体１Ａを第１の支持部材１１の内部にＮヶ設けると、Ｎ倍の発生力を発生させる能力を有する高分子アクチュエータ１０とすることができる。

このように、本願発明では、限られたスペース内に複数の高分子積層体１Ａを配置することにより、高分子アクチュエータ１０が発生する発生力を高めることができる。

図３の（Ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。

第２の実施の形態に示す高分子アクチュエータ２０は略Ｖ字形状からなる３ヶの高分子積層体１Ａ，１Ａ，１Ａを有しており、この点は上記第１の実施の形態と同様である。

ただし、第２の実施の形態では、リング状の第１の支持部材２１の中心に、第２の支持部材２２が設けられている点で異なっている。第２の支持部材２２は円柱形状で形成されており、この円柱の上端面が支持面２２ａである。

各高分子積層体１Ａの一方の固定端１ａは外周側に設けられた第１の支持部材２１に固定され、他方の固定端１ｂは第２の支持部材２２の支持面２２ａに固定されている。

高分子積層体１Ａの固定方法は、上記第１の実施の形態同様である。すなわち、第１の支持部材２１に対してはリング形状からなる第１の固定部材２４が設けられ、第１の支持部材２１と第１の固定部材２４との間に高分子積層体１Ａの一方の固定端１ａ，１ａ，１ａが挟持された状態で保持固定されている。

同様に、第２の支持部材２２に対しては円板状の第２の固定部材２５が設けられ、第２の支持部材２２の支持面２２ａと第２の固定部材２５との間に高分子積層体１Ａの一端１ｂ，１ｂ，１ｂが挟持された状態で保持固定されている。

この実施の形態では、外側に設けられた第１の支持部材２１と第１の固定部材２４とからなる外側部材と、内側に設けられら第２の支持部材２２と第２の固定部材２５とからなる内側部材のうち、少なくとも一方の部材が導電性材料により形成されている。

第１の支持部材２１と第１の固定部材２４とからなる外側部材が導電材料で形成される場合には、高分子積層体１Ａの第１の電極層３と第１の固定部材２４とが導通接続され、且つ高分子積層体１Ａの第２の電極層４と第１の支持部材２１とが導通接続される。

また第２の支持部材２２と第２の固定部材２５とからなる内側部材が導電材料で形成されている場合には、高分子積層体１Ａの第１の電極層３と第２の固定部材２５とが導通接続され、且つ高分子積層体１Ａの第２の電極層４と第２の支持部材２２とが導通接続される。

ここで、所定の電圧を第１の支持部材２１と第１の固定部材２４との間、および第２の支持部材２２と第２の固定部材２５との間に同時に印加したときに、第１の電極層３が陽極側となり、第２の電極層４が陰極側となるように、各高分子積層体１Ａの電解質層２に電界が与えられる。

すると、図２の（Ｂ）に示すように各高分子積層体１Ａは、第１の電極層３が長手方向に沿って収縮し、第２の電極層４が長手方向に沿って伸張しようとする。各高分子積層体１Ａには、外周側の一方の固定端１ａを基準として作用端１ｃを持ち上げようとする力と、同様に中心側の他方の固定端１ｂを基準として作用端１ｃを持ち上げようとする力が同時に発生する。

このため、各高分子積層体１Ａに曲げ変形が発生し、中間に設けられた作用端１ｃが一方の固定端１ａおよび他方の固定端１ｂを基準として上方に持ち上がるように曲げ変形させられる。

全ての高分子積層体１Ａ，１Ａ，１Ａは同一方向に同時に変形し、変位量ΔＨおよび発生力もほぼ等しくなる。この高分子アクチュエータ２０も３ヶの高分子積層体１Ａ，１Ａ，１Ａを有しているため、一つの高分子積層体１Ａを有する高分子アクチュエータに比較して３倍の発生力を発生させる能力を有する。

よって、このような高分子積層体１Ａを第１の支持部材１１の内部にＮヶ設けた場合には、Ｎ倍の発生力を発生させる能力を有する高分子アクチュエータ２０とすることができる。

このように、第２の実施の形態においても、高分子積層体１Ａを限られたスペース内に複数配置することができ、このように配置することにより高分子アクチュエータ２０が発生する発生力を高めることが可能である。

なお、第２の実施の形態では、第１の固定部材２４と第２の固定部材２５との間に、内側の第２の固定部材２５を支持する複数の支持アーム（図示せず）を各高分子積層体１Ａに接触しない状態で架設する構成としたものであってもよい。このようにすると、支持アームを介して内側の第２の固定部材２５に対する配線を行うことができるため、配線構造を容易化することができる。

図４は本発明の第３の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、図５は本発明の第４の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。

図４に第３の実施の形態として示す高分子アクチュエータ３０は、第２の実施の形態の変形例である。第３の実施の形態の高分子アクチュエータ３０が、第２の実施の形態の高分子アクチュエータ２０と異なる点は、高分子積層体１Ｂの形状にあり、その他の構成は第２の実施の形態と同様である。よって、以下には主に異なる点について説明する。

第３の実施の形態では、高分子アクチュエータ３０の高分子積層体１Ｂの外周側の一方の固定端１ａと作用端１ｃ間の幅寸法Ｗ１と、中心側の他方の固定端１ｂと作用端１ｃ間の幅寸法Ｗ２とが異なる寸法で形成されている。

図４に示すものでは、一方の固定端１ａと作用端１ｃとの間の幅寸法Ｗ１の方が、他方の固定端１ｂと作用端１ｃとの間の幅寸法Ｗ２よりも広い幅寸法である（Ｗ１＞Ｗ２）。

このため、外周（幅寸法Ｗ１）側の一方の固定端１ａを基準として作用端１ｃを持ち上げようとする発生力の方が、中心（幅寸法Ｗ２）側の他方の固定端１ｂを基準として作用端１ｃを持ち上げようとする発生力よりも大きくなる。

一方、上記とは逆に、他方の固定端１ｂと作用端１ｃとの間の幅寸法Ｗ２を、一方の固定端１ａと作用端１ｃとの間の幅寸法Ｗ１よりも広い幅寸法（Ｗ１＜Ｗ２）で形成すると（図示せず）、中心（幅寸法Ｗ２）側の他方の固定端１ｂを基準として作用端１ｃを持ち上げようとする発生力の方が、外周（幅寸法Ｗ１）側の一方の固定端１ａを基準として作用端１ｃを持ち上げようとする発生力よりも大きくなる。

そして、このように、作用端１ｃに作用する発生力に差を設けると、作用端１ｃに前記発生力に差に応じた捩じれ変形を起こさせることができる。そして、このような捩じれ変形によっても作用端１ｃの発生力を増大させることが可能となる。

よって、一方の固定端１ａと作用端１ｃとの間の幅寸法Ｗ１と他方の固定端１ｂと作用端１ｃとの間の幅寸法Ｗ２を調整することにより、作用端１ｃに作用する変位量ΔＨや発生力などを、前記幅寸法Ｗ１、Ｗ２の異なりに応じて調整することが可能となる。

また、例えば図５に第４の実施の形態として示す高分子アクチュエータ４０のように、前記高分子積層体１Ｃを形成する外周側の幅寸法Ｗ１と中心側の前記幅寸法Ｗ２を、外周側の一方の固定端１ａから作用端１ｃにかけて、または中心側の他方の固定端１ｂから作用端１ｃにかけて連続的に、あるいは段階的に変更させるような形状で高分子積層体１Ｃを形成するようにしてもよい。

このように、高分子積層体１Ｃの長さに応じて幅寸法Ｗ１，Ｗ２を連続的または段階的に変更することにより、高分子積層体１Ｃの作用端１ｃに作用する変位量ΔＨおよび発生力を微調整することが可能となる。なお、このような微調整は、幅寸法Ｗ１，Ｗ２のうち少なくとも一方に対して行うことで実現可能である。

このような調整は、高分子積層体１Ｃ（１Ａ，１Ｂも同様）の幅寸法の設定を変更するだけでなく、板厚寸法を変更することによっても同様に可能である。特に、片持ち支持された高分子積層体１Ｃの発生力は板厚寸法の３乗に比例して大きくなるが、変位量および変位速度は厚さ寸法に比例して低下するという特性を有する。このため、各高分子積層体１Ｃの板厚寸法の設定を適宜変更することにより、高分子アクチュエータ４０の駆動性能を高精度に調整することが可能となる。

なお、高分子積層体の幅寸法と板厚寸法とは、いずれか一方を連続的または段階的に変化する構成であってもよいし、双方を連続的または段階的に変化する構成であってもよい。このようにすると高分子アクチュエータ特性の調整幅を広げることができる。

さらには、図１（Ａ）および図３に示すように、一方の固定端１ａと作用端１ｃまでの長さ寸法をＬ１とし、他方の固定端１ｂと作用端１ｃまでの長さ寸法をＬ２としたときに、これらの長さ寸法に寸法差を設けた構成としてもよい。このように、支点となる一方の固定端１ａおよび他方の固定端１ｂから作用端１ｃまでの距離を適宜変更すると、特に作用端１ｃの変位量ΔＨを調整することが可能となる。

上記各実施の形態では、３ヶの高分子積層体１Ａ，１Ｂ，１Ｃがそれぞれ独立して形成される場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、以下に示すように複数の高分子積層体が一体構造として形成されるものであってもよい。

図６は本発明の第５の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。
第５の実施の形態に示す高分子アクチュエータ５０は、上記第２の実施の形態を示す高分子アクチュエータ２０（図３（Ａ）参照）の変形例に相当するものであるが、第３、第４の実施の形態を示す高分子アクチュエータ３０，４０にも適用可能である。

第５の実施の形態に示す高分子アクチュエータ５０では、高分子積層体１Ｄの中心にコモン部１ｄが設けられており、このコモン部１ｄの周囲に外周方向に向かって放射状に延びる３本の脚部１ｅが一定の中心角α（図６ではα＝１２０度）を有して一体的に形成されている。

各脚部１ｅの中間、すなわち外周側の一方の固定端１ａと中心側の他方の固定端１ｂとの間に作用端１ｃが形成されている。作用端１ｃは全て同じ方向（図６では反時計回り方向）に突出するように形成されている。

このような高分子積層体１Ｄは、図１に示す積層状態にある電解質層２となるシート状の樹脂と、導電性フィラーが混入されたシート状の第１の電極層３およびシート状の第２の電極層４とが積層された後に型抜きして形成される。あるいは予め高分子積層体１Ｂを形成する電解質層２、第１の電極層３および第２の電極層４の各シートをそれぞれ所定の形状に型抜きし、その後に積層して形成するようにしてもよい。

高分子アクチュエータ５０は、高分子積層体１Ｄの中心側のコモン部１ｄが、その上部に設けられる第２の支持部材２２と、その下部に設けられる第２の固定部材２５との間に挟持され、外周側に設けられた脚部１ｅの一方の固定端１ａ，１ａ，１ａがその上部に設けられる第１の支持部材２１とその下部に設けられる第１の固定部材２４との間に挟持されることにより強固に固定される。

この構成では、前記コモン部１ｄの両面に設けられた第１の電極層３と第２の電極層４との間に電圧を印加して電解質層２に電界を与えることにより、３本の脚部１ｅ，１ｅ，１ｅを同時に同じ方向に駆動させることができる。このとき各脚部１ｅ，１ｅ，１ｅの作用端１ｃ，１ｃ、１ｃは同等の変位量で変位するため、各作用端１ｃ，１ｃ、１ｃから同等の発生力を得ることが可能である。

上記各実施の形態では、第２ないし第４の実施の形態では高分子積層体１Ａ，１Ｂ，１Ｃを３ヶ有する場合について、また第５の実施の形態では高分子積層体１Ｄが３本の脚部１ｅを有する場合について説明したが、これらの数は３に限られるものではなく、２であってもよいし、４以上設けた構成であってもよい。その場合、隣接する高分子積層体と高分子積層体との間の中心角α（図６では脚部１ｅと脚部１ｅとの間の中心角α）は一定であってもよいし、状況に合わせて異なる中心角で形成したものであってもよい。

（Ａ）は本発明におけるイオン導電型の高分子アクチュエータの基本原理を説明するための高分子積層体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図であるとともに駆動状態を示す図、 （Ａ）は本発明の第１の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線における矢視方向からの断面図、 （Ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図、 本発明の第３の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第４の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第５の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、

符号の説明

１，１０，２０，３０，４０，５０ 高分子アクチュエータ
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 高分子積層体
１ａ 高分子積層体の一方の固定端
１ｂ 高分子積層体の他方の固定端
１ｃ 作用端
１ｅ 脚部
２ 電解質層
３ 第１の電極層
４ 第２の電極層
１１ 第１の支持部材
１４ 固定部材
２１ 第１の支持部材
２２ 第２の支持部材
２４ 第１の固定部材
２５ 第２の固定部材

Claims (8)

1. 電解質層と、前記電解質層の一方の面に形成された第１の電極層と、他方の面に形成された第２の電極層とを備えた帯状の積層体を有し、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を与えることにより前記積層体が曲げ変形する高分子アクチュエータにおいて、
   前記積層体は、それぞれ支持部に固定された二つの固定端と、前記両固定端の間に位置 して変形したときに変位が最も大きくなる作用端と、を有する形状に一体形成されており 、
   一方の前記固定端から前記作用端までの部分と、他方の固定端から前記作用端までの部 分とで、長さ寸法と幅寸法ならびに板厚寸法の少なくとも１つが相違していることを特徴とする高分子アクチュエータ。
2. 電解質層と、前記電解質層の一方の面に形成された第１の電極層と、他方の面に形成さ れた第２の電極層とを備えた帯状の積層体を有し、前記第１の電極層と前記第２の電極層 との間に電界を与えることにより前記積層体が曲げ変形する高分子アクチュエータにおい て、
   前記積層体は、それぞれ支持部に固定された二つの固定端と、前記両固定端の間に位置 して変形したときに変位が最も大きくなる作用端と、を有する形状に一体形成されており 、
   一方の前記固定端から前記作用端までの部分と、他方の固定端から前記作用端までの部 分とで、幅寸法または板厚寸法が相違し、前記積層体の幅寸法と板厚寸法のうちの少なくとも一方が、前記積層体の長さに応じて連続的または段階的に変化していることを特徴と する高分子アクチュエータ。
3. 前記支持部がリング形状からなる第１の支持部材で形成されており、前記積層体の二つの固定端がともに前記第１の支持部材に固定されている請求項１または２記載の高分子アクチュエータ。
4. 前記支持部がリング形状からなる第１の支持部材と、前記第１の支持部材の内側に設けられた第２の支持部材とで形成されており、前記積層体の前記固定端のうち一端が前記第１の支持部材に固定され、他端が前記第２の支持部材に固定されている請求項１または２記載の高分子アクチュエータ。
5. 少なくとも２つ以上の前記積層体が、前記リング形状からなる第１の支持部材の内側に、周方向に沿って一定の間隔で設けられている請求項３または４記載の高分子アクチュエータ。
6. 前記積層体が全体として略Ｖ字形状であり、Ｖ字の両端が固定端とされている請求項１ないし５のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
7. 前記積層体が全体として略Ｕ字または円弧形状であり、両端が固定端とされている請求項１ないし５のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
8. 前記固定端を、前記支持部材との間に挟んで固定する固定部材が設けられており、前記支持部材と前記固定部材を介して前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電圧が印加されて、前記電解質層に電界が与えられる請求項１ないし７のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。

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