JPH02131376A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業−１二のｆりＩｌｌ分野 この発明は、アクチュエー夕に関する。

さらに詳しくは、マニュビレー夕、微小位置制御器、ス
イッチ等の６種機械的駆動用部材として（Ｔ用なアクチ
ュエータに関する。

（　Ｌ′ｌ）従来の技術 従来、−１二連のごときアクチュエータには熱膨張を使
ったしのや、電磁気力を使一たものが多く知られている
。これらは、例えば熱機関とか電気モータを利用したら
のである。しかし、かかる従来のアクチュエータは、小
型化をするのには難点があ　つ　ノこ。

そこで、最近小型化の可能な圧１ｄ累子を用いたアクチ
ュエー夕の開発が行われている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、１一記圧電素子を用いたアクチュ工一夕
は、変位が仕いげいその材料の長さの１／１０００程度
であって、機械的駆動範囲が非常に小さく、用途が粁し
く制限されるという問題があった。

ごの発明は、かかる状況下なされたしのであり、ことに
駆動範囲が大きくかつ小型化可能なアクチコエータを提
供しようとケるものである。

（二）課題を解決４−るための手段 この発明は、上記課題を解決するために、黒鉛層間化合
物をアクヂュエー夕の伸縮材料として利用しｌこらので
ある。

かくしてこの発明によれば、黒鉛層間化合物層を伸縮＋
１＜位として婦え、この伸縮部位の膨張又は収縮を形状
変位動作にｆｌＩ用するよう構成してなるアクチュエー
夕が提供される。

この発明に用いる黒鉛層間化合物は、黒鉛をホスト｛オ
としこの黒鉛の網状溝造の層間にインターカラントとな
る分子、原子、イオン等が入り込んノご化合物をいう．
．この発明のアクチクエー夕は、かかるインターカラン
１・の放出や再導入に｛ｔなう仲縮、ずなわら黒鉛構造
の０軸方向への収縮現象や膨張現象（例えばインターカ
ラントとしてカリウム（Ｋ）を用いた場合、膨張時には
収縮時の最高１．６倍になる。）を利用するものである
。

すなわち、黒鉛層間化合物中のインターカラントを電気
的、熟的等の方法により出したり入れちりし、これに伴
う黒鉛の膨張、収縮をＴＪＩ用してアクヂュエー夕を構
成したしのである。

このような黒鉛層間化合物の層は、所定の形状の黒鉛層
に、通常の電気化学的又は熱的手法によって、インター
カラントを導入処理することにより杉成することができ
る。ここで電気化学的な手法は、黒鉛層を電極として、
導入を意図する陰イオン又は陽イオンを含む電解液中で
電解条件に付してｉＵ１気化学的に導入することにより
行うことができる。この際の陽イオンの一例としては、
リチウｔ１、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属が
挙げられ、陰イオンの一例としては、硫酸イオン、硝酸
イオン、塩素酸イオン等が挙げられる。一方、熱的な手
法は、例えばアルカリ金属の蒸気中で黒鉛層を処理する
ごとによって行うことができる。

・ノ八黒鉛層間化合物中のインターカラントの放出と再
導入の制御は、」二記と同様に電気化学的又は熱的手法
によって行うことができる。ここでアクチュエー夕とし
て利用する場合には、インターカラン１・の出入りか簡
単にか一ノ正確に制御できる方が好よしい。それ故、イ
ンターカラントの出入りは電気化学的に制御４−るのが
好ましい。

一方、ポスト材としての黒鉛層は、膜状、繊維状、塊状
のいずれの形態であってもよく、意図ずろアタチ，１』
”．一夕の動作、杉聾に応じたしのが適ＩＩ１される。

ごれらのうり、模状の黒鉛層を適用しノご場合に、萌述
したインターカラントの電気化学的な出し入れを円滑に
行うことができるため好ましい。さらに、かかる膜状の
黒鉛層としては炭化水素類の気川熟分解による気相堆積
法によって作製されノこらのが好ましい。この理由は黒
鉛は作製法によりその特性か大きく変化し、炭化水素の
気相熱分解により作製されたしのが最も電気化学的にイ
ンターカラントの出し入れを行いやすい為である。

上記気相堆積法に用いる炭化水素類の原科ガスとしては
、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環族炭化水素等
のいずれであってしよく、これらは置換括（ハ（ｌゲン
原子、水酸基、スルホン酸基、二一１−　（７　Ｊ＋’
；　、ニト【ｌソ基、アミノ基、カノレポキシノレ基等
）を一部に（＝ｒ　Ｌていてもよい。これらの具体例と
してはプロパン、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン
、ヘキザメチルベンゼン、１．２一ジブＣ１モエヂレン
、２−ブチン、アセチレン、ビフエニル、ノフエニルア
セヂレン及びその置換誘導体が挙げられる。ごごで熱分
解する炭化水素類の気相濃度、温度は、出発ｊ５；！料
と・１′る炭化水素化合物により５゜シなろが、通常、
数モルパーセントの濃度、１５００℃以［・、とくに１
０００℃程度の温度で行うのが適していろ．１１た）！
ＩＩ’｝炭化水素を気化する方法には、アルゴンガスを
キャリアガスとするパブラ法が代表的であるか他に、キ
ャリアガスとして水素やアルゴンと水素の混合気体等を
用いて行うバブラ法やさらに蒸発法、昇華法等の方法を
用いてらさしつかえはない。この気相堆＆ｔ法による黒
鉛層の作製は、適当な基体上に行われる。この際、集電
−Ｆの問題から金属基体上に作製する方が好ましく、さ
らには作製工程上の観点よりニッケル基仮』．に直接炭
化水素の気相熱分解により作製′４゜るのが最も好まし
い。

この発明のアクチュエー夕は、少なくとも上述のごとき
黒鉛層間化合物層を伸縮部位として何しておればよい。

そしてことに電気化学的な制御を行う場合にはその伸縮
制御用の電極が少なくとら付設されておればよい。

例えば７１　′Ａ化学制御を行う場合には、膜状の黒鉛
層間化合物層と電極のみで構成されていてもよく、この
場合には、適当な電解液中で、電解条件に付４−ことに
より、この化合物層自体の厚み方向や幅方向への膨張又
は収縮による微小変位を直接ｆり用しノこアクチュエー
夕として動作させることができろ。また、例えば金属薄
幀のような屈曲可能なＭ体上に模状の黒鉛層間化合物層
を形成させこの基体に電極を付設して構成されていても
よく、ごの場合には上述のように電解条件に付すことに
より、黒鉛層間化合物の幅方向への膨張又は収縮によっ
て全体を所定方向に屈曲制御することができる。また、
ｔｆ機高分子のごとき柔軟な固体電解質の一面に上記黒
鉛層間化合物層を配置し、他面にａ！！，ｊな対向電極
を配置し、この各々に電圧印加用電極を付設して構成さ
れていて乙よく、この場合には電解液中に配置４゛るこ
となく全体を屈曲型アクヂュエー夕として動作させるこ
とができる。

とくにこの際、対向電極としても黒鉛層間化合物層を（
Ｔずるしのを組合せろことにより、その屈曲の度合いを
増加さＵ゛ることかでき、これは一つの好ましい態様で
ある。

なお、かかるこの発明のアクチュエー夕は、黒鉛層間化
合物層の保護のための絶縁性シール層で肢覆されていて
らよい。

（ホ）作用 黒鉛は、層状構造を有しており、この層間に分子、ｂ；
Ｉ子イオン等を取り込むことにより黒鉛層間化合物を形
成４゜ろ。この時、層間が広がり黒鉛層間化合物は乙と
の黒鉛と比べてＣ軸方向に膨張することになる。逆に黒
鉛層間化合物が取り込んだ物質を外に出Ｕば、収縮ずる
ことになる。適当なインターカラントと適当な方法を組
み合わＵることにより、層間の物質の出し入れは電気化
学的又は熟的丁法によー）で可逆的に行うことができ、
その量に応じて膨・狐・収縮Ｇを１４節することができ
る。このような性質から黒鉛層間化学的は種々の形態の
アクチコエー夕として利ｉｌｌ　＝ａ−ることかできろ
。

（へ）実施例 厚さ５０μ■のニッケル仮」二にブ〔ｌパンを原科ガス
として１　０　０　０　”ＣにーＣ熱分解し炭素模を気
帽堆積により１０μｍ形成しノこ。この後裏面よりニッ
ケル板を５μｍになるまで削り薄くした。次にこの積層
構造体をＩＭのＬｉＣＩＯ４を含む【）Ｃ（プロピレン
カーボネート）中に入れ、電気化学的に炭素膜中にリチ
ウムをインターカレーシジンケることにより、リヂウム
ー黒鉛層間化合物層を形成した。この時リチウｌ２は１
３５銅＾ｈに１１ｔ当４゛る電気量を炭素膜１ｇあたり
に流すことによってインター力レーションされた。

こうして作製された一対のりヂウムー黒鉛層間化合物／
ニッケル積層構造体を、！．ｉｃｌｏ４をドーブしてな
るポリエチレンオギザイド膜（固体電解質；１７み５μ
ｍ）に黒鉛層間化合物が向かい合うように、塗布乾燥法
によって積層し、この後１ｚｚＸｌｏｕ＋の大きさにＶ
Ｊ断しノこ。ごのｙｔ層構造を第１図（イ）に、平面図
を第１図（【ｌ）に示した。図中、１はニッケル層、２
はリチウムー黒鉛層間化合物層、３はポリエチレンオキ
サイド層、４は黒鉛層間化合物／ニッケル６１１層横造
体を各々示すものである。

次いで、両側の二一ツケルから伸縮制御用電極としての
リード線をとり、全体をポリエチレンで覆うごとにより
、第２図に示すごときこの発明の一実施例のアクヂコエ
ー夕を得た。図中、５はポリエチレン層、（ａ）（ｂ）
は谷々リード線を示す乙のである。

こうして完成されたアクヂュエー夕にリード線（ａ）．
　（ｂ）を介して電流（ｌａ＋＾）を流すことにより、
第３図に示すようにアクチュエー夕の動作が確認され非
常に大きな変位を示した。ずなわち、リート線（ａ）を
マイナスに、（ｂ）をプラスに設定することにより約３
０沙で第３図（イ）のような屈曲が生じ、これは逆電圧
の印加により初期の状態、すなわち第３図の（口）の状
態に回復した。逆に、リード線（ａ）をプラスに、（１
））をマイナスに設定することにより、約３０秒で第３
図（ノリのような屈曲が生し、逆ｉ二圧の印加により同
じく初期状聾に回復した。

従ってｉＩ逆的でかつ大きな変位を示すアクチュ」．一
夕として動作することが１７（＋ｉ認された。

なお、本実施例ではニッケル板上に直接熟分解炭素を形
成したが、これにより炭素膜の合成時間が石芙、炭素、
銅などを基板とした場合に比べて７８に短縮され、かー
ノニッケルと炭素模との密着性の４１常に１すい乙のが
ｉ’ｊられるごとら確認された。

（１・）発明の効果 ごの発明によるアクチコエー夕は構迅゜か簡ｑｌであり
、このために大型化はもちろん小型化も容易である。ま
た、圧電素子と比べると応答速度は劣るものの変位幅を
非常に大きくすることができる。

さらに、この発明によるアクヂュエータは任意形状に構
成できるために、種々の用途、制御への利用が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ），　（ＣＪ）は、各々この発明の一実施例
のアクヂュエータの内部構造を示す部分断面図枝び゛１
ろ面図、第２図は同じく一実施例のアクチュエー夕を示
す断面図、第３図（イ）．（口）．（ハ）は各々第２図
のアクチュエー夕を動作させた場合の状聾を示す説明図
である。 （ａＸｂ）・・・・・・リード線。 １・・・・・・ニッケル層、 ２・・・・・・リチウムー黒鉛層間化合物層、３・・・
・・・ポリエチレンオキザイド層、４・・・・・・黒鉛
層間化合物／ニッケル積層構造体、５・・・・・・ポリ
エヂレン層、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、黒鉛層間化合物層を伸縮部位として備え、この伸縮
   部位の膨張又は収縮を形状変位動作に利用するよう構成
   してなるアクチュエータ。