JPH09293913A - Functionable polymer device - Google Patents

Functionable polymer device

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JPH09293913A
JPH09293913A JP8105381A JP10538196A JPH09293913A JP H09293913 A JPH09293913 A JP H09293913A JP 8105381 A JP8105381 A JP 8105381A JP 10538196 A JP10538196 A JP 10538196A JP H09293913 A JPH09293913 A JP H09293913A
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JP
Japan
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film
conductive polymer
electrolyte
voltage
electrode
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Application number
JP8105381A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Shimoda
悟 下田
Naoto Ikeda
直人 池田
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device which is easy to microminiaturize. SOLUTION: A conductive polymer film 12 and electrolyte films 13 are laminated on a metallic film 11 and electrodes 14 are further formed on the electrolyte films 13 to constitute a functionable polymer device 10. Ions are passed between the conductive polymer film 12 and the electrolyte films 13 by application of voltage to change the volume of the conductive polymer film 12. The metallic film 11 and the conductive polymer film 12 are bent and deformed together by the change in volume.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電圧の印加によ
ってイオンに授受を行なう機能性高分子素子に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a functional polymer element that gives and receives ions by applying a voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電圧の印加によって機能する素子
としては、圧電素子があり、この圧電素子は、その撓み
変形力で他の物体の駆動などを行なうアクチュエータな
どに利用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a piezoelectric element as an element that functions by applying a voltage, and this piezoelectric element is used for an actuator or the like that drives another object by its bending deformation force.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記圧電素子
は、その微細化による高密度実装が極めて困難であっ
た。この発明は、従来の圧電素子等に代わる、微細化が
容易な新規な機能性高分子素子を提供することを目的と
したものである。
However, it has been extremely difficult to achieve high-density mounting of the piezoelectric element due to its miniaturization. It is an object of the present invention to provide a novel functional polymer element which is easy to miniaturize and replaces a conventional piezoelectric element or the like.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の機能性
高分子素子は、金属膜上に導電性ポリマー膜と電解質膜
とを積層してなり、電圧の印加により前記導電性ポリマ
ー膜と前記電解質膜との間でのイオンの授受を行なうこ
とを特徴とするものであり、この機能性高分子素子は、
電圧の印加により、導電性ポリマー膜と電解質膜との積
層膜の間でイオンの授受を行なうものであるから、微細
化が容易である。
A first functional polymer element of the present invention comprises a conductive polymer film and an electrolyte film laminated on a metal film, and the conductive polymer film and the conductive polymer film are formed by applying a voltage. It is characterized by performing the exchange of ions between the electrolyte membrane, the functional polymer element,
Since a voltage is applied to transfer ions between the laminated film of the conductive polymer film and the electrolyte film, miniaturization is easy.

【0005】また、この発明の第2の機能性高分子素子
は、金属膜上に導電性ポリマーに電解物質を分散させた
電解質分散ポリマー膜を固着してなり、電圧の印加によ
る前記導電性ポリマーと電解物質との間でのイオンの授
受を行なうことを特徴とするものであり、この機能性高
分子素子は、電圧の印加により、電解質分散ポリマー膜
内でのイオンの授受、つまり導電性ポリマーと電解物質
との間でイオンの授受を行なうものであるから、微細化
が容易である。
The second functional polymer element of the present invention comprises an electrolyte-dispersed polymer film in which an electrolytic substance is dispersed in a conductive polymer, which is fixed on a metal film, and the conductive polymer is formed by applying a voltage. The functional polymer element is characterized by performing the exchange of ions between the electrolyte and the electrolytic substance. Since the ions are exchanged between the electrolyte and the electrolytic substance, miniaturization is easy.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】上記第1の機能性高分子素子が、
前記イオンの授受により前記導電性ポリマー膜が体積変
化し、その体積変化により前記金属膜が前記導電性ポリ
マー膜とともに撓み変形するものであれば、その撓み変
形力を他の物体の駆動などに利用することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The first functional polymer element is
If the volume of the conductive polymer film changes due to the transfer of the ions, and the metal film bends and deforms together with the conductive polymer film due to the volume change, the bending deformation force is used for driving other objects. can do.

【0007】また、この機能性高分子素子において、前
記導電性ポリマー膜と電解質膜との界面は、その両方の
膜の成分が混在した組成であり、その組成比が前記導電
性ポリマー膜と電解質膜との間で連続的に変化している
のが望ましい。
In this functional polymer element, the interface between the conductive polymer film and the electrolyte film has a composition in which the components of both films are mixed, and the composition ratio is such that the conductive polymer film and the electrolyte film are mixed. It is desirable to have a continuous change with the membrane.

【0008】また、この機能性高分子素子においては、
前記金属膜に電圧印加電極を兼ねさせるとともに、前記
導電性ポリマー膜と電解質膜の積層膜の上に、この積層
膜をはさんで前記金属膜と対向する電極を設け、前記金
属膜と前記電極との間に電圧を印加するのが望ましい。
さらに、前記導電性ポリマー膜と電解質膜は、その両方
を極く薄い膜とし、これらの膜を複数層ずつ交互に積層
してもよい。
Further, in this functional polymer element,
The metal film also serves as a voltage applying electrode, and an electrode facing the metal film is provided on the laminated film of the conductive polymer film and the electrolyte film, the electrode being opposed to the metal film. It is desirable to apply a voltage between and.
Furthermore, both the conductive polymer film and the electrolyte film may be extremely thin films, and these films may be alternately laminated in plural layers.

【0009】上記第2の機能性高分子素子においては、
前記金属膜に電圧印加電極を兼ねさせるとともに、前記
電解質分散ポリマー膜の上に、このポリマー膜をはさん
で前記金属膜と対向する電極を設け、前記金属膜と前記
電極との間に電圧を印加するのが望ましい。
In the second functional polymer element,
The metal film also serves as a voltage application electrode, and an electrode facing the metal film is provided on the electrolyte-dispersed polymer film across the polymer film, and a voltage is applied between the metal film and the electrode. It is desirable to apply.

【0010】[0010]

【実施例】図1〜図4はこの発明の第1の実施例を示し
ており、図1および図2は機能性高分子素子の側面図お
よび平面図である。この実施例の機能性高分子素子10
は、電圧印加電極を兼ねる金属膜11の上にそのほぼ全
面にわたって導電性ポリマー膜12を固着状態で積層
し、この導電性ポリマー膜12の上に電解質膜13を固
着状態で積層するとともに、前記導電性ポリマー膜12
と電解質膜13との積層膜の上に、前記積層膜をはさん
で前記金属膜11と対向する電極14を設けたものであ
る。
1 to 4 show a first embodiment of the present invention, and FIGS. 1 and 2 are a side view and a plan view of a functional polymer element. Functional polymer element 10 of this example
Is formed by laminating a conductive polymer film 12 in a fixed state on almost the entire surface of the metal film 11 also serving as a voltage applying electrode, and by laminating an electrolyte membrane 13 on the conductive polymer film 12 in a fixed state. Conductive polymer film 12
The electrode 14 facing the metal film 11 is provided on the laminated film of the electrolyte membrane 13 and the laminated film.

【0011】上記金属膜11は、柔軟な曲げ性をもつよ
うに極薄に形成された溶液中で電気化学的に不活性な金
等の金属薄板からなっており、機能性高分子素子の用途
に応じて選択される外形および大きさを有している。
The metal film 11 is made of a metal thin plate such as gold which is electrochemically inactive in a solution which is formed to be ultrathin so as to have flexible bendability, and is used for a functional polymer element. The outer shape and the size are selected according to.

【0012】また、上記導電性ポリマー膜12は、例え
ば、Py(ピロール)にDBS(ドデシルベンゼンサル
ファネート)を混入したモノマー溶液に上記金属膜11
の表面を浸し、この金属膜11を電極とする電界重合に
より、前記金属膜11面に、PPy(ポリピロール)に
DBSをドープしたコンダクティングポリマーからなる
導電性ポリマー膜を生成する方法で形成されている。
The conductive polymer film 12 is formed, for example, in a monomer solution prepared by mixing Py (pyrrole) with DBS (dodecylbenzenesulphanate).
Is formed by a method of forming a conductive polymer film made of a conducting polymer in which PPy (polypyrrole) is doped with DBS on the surface of the metal film 11 by electropolymerization using the metal film 11 as an electrode. There is.

【0013】さらに、上記電解質膜13は、例えばポリ
オキシエチレン等に代表されるイオン伝導性ポリマーの
溶液を上記導電性ポリマー膜12の上に塗布することに
より形成されている。
Further, the electrolyte membrane 13 is formed by applying a solution of an ion conductive polymer typified by polyoxyethylene or the like on the conductive polymer membrane 12.

【0014】また、前記導電性ポリマー膜12と電解質
膜13との界面は、その両方の膜12,13の成分が混
在した組成となっており、その組成比が導電性ポリマー
膜12と電解質膜13との間で連続的に変化している。
The interface between the conductive polymer membrane 12 and the electrolyte membrane 13 has a composition in which the components of both membranes 12, 13 are mixed, and the composition ratio is such that the conductive polymer membrane 12 and the electrolyte membrane. It changes continuously between 13 and.

【0015】図3は前記導電性ポリマー膜12と電解質
膜13の界面付近の組成比を示しており、これらの膜1
2,13の界面部以外での組成比はそれぞれ100%で
あるが、界面部では、導電性ポリマー膜12の組成比が
電解質膜13に近づくのにともなって少なくなり、電解
質膜13の組成比が導電性ポリマー膜12に近づくのに
ともなって少なくなっている。
FIG. 3 shows the composition ratio near the interface between the conductive polymer membrane 12 and the electrolyte membrane 13.
The composition ratios of portions 2 and 13 other than the interface portion are 100%, respectively, but at the interface portion, the composition ratio of the conductive polymer film 12 decreases as it approaches the electrolyte membrane 13, and the composition ratio of the electrolyte membrane 13 decreases. Is reduced as it approaches the conductive polymer film 12.

【0016】この機能性高分子素子10は、導電性ポリ
マー膜12と電解質膜13をはさんで対向する金属膜1
1と電極14との間にパルス電圧を印加することによっ
て駆動されるものであり、その印加電圧は撓み変形制御
部15から供給される。
The functional polymer element 10 comprises a metal film 1 which is opposed to the conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13 with each other.
It is driven by applying a pulse voltage between the electrode 1 and the electrode 14, and the applied voltage is supplied from the bending deformation control unit 15.

【0017】この撓み変形制御部15は、前記金属膜1
1と電極14との間に印加するパルス電圧の極性と電圧
値を制御するものであり、金属膜11と電極14との間
に一方の極性の電圧を印加すると、導電性ポリマー膜1
2から印加電圧値に応じた量のイオンが電解質膜13に
移動し、そのイオン放出によって導電性ポリマー膜12
の体積が変化する。
The flexural deformation control unit 15 includes the metal film 1
1 controls the polarity and voltage value of the pulse voltage applied between the electrode 1 and the electrode 14. When a voltage of one polarity is applied between the metal film 11 and the electrode 14, the conductive polymer film 1
Ions in an amount corresponding to the applied voltage value move from 2 to the electrolyte membrane 13, and the conductive polymer film 12 is released by the ion release.
The volume of changes.

【0018】また、前記金属膜11と電極14との間に
他方の極性の電圧を印加すると、電解質膜13から導電
性ポリマー膜12に印加電圧値に応じた量のイオンがド
ープされ、導電性ポリマー膜12の体積がイオン放出時
とは逆に変化する。
When a voltage of the other polarity is applied between the metal film 11 and the electrode 14, the electrolyte film 13 is doped into the conductive polymer film 12 with an amount of ions according to the applied voltage value, and the conductivity is increased. The volume of the polymer film 12 changes contrary to that at the time of ion ejection.

【0019】この導電性ポリマー膜12のイオン放出時
およびドープ時の体積の変化量は、印加電圧値、つまり
導電性ポリマー膜12からのイオンの放出量およびドー
プ量に対応する。
The amount of change in volume of the conductive polymer film 12 at the time of ion emission and doping is corresponding to the applied voltage value, that is, the amount of ion emission and the amount of doping from the conductive polymer film 12.

【0020】そして、導電性ポリマー膜12と電解質膜
13との間でのイオンの授受により導電性ポリマー膜1
2の体積が変化すると、その体積変化により金属膜11
が導電性ポリマー膜12とともに撓み変形し、それによ
って機能性高分子素子10がそのほぼ全体にわたって撓
み変形する。
The transfer of ions between the conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13 causes the conductive polymer film 1 to be exchanged.
When the volume of 2 changes, the change in volume causes the metal film 11
Flexibly deforms together with the conductive polymer film 12, whereby the functional polymer element 10 flexibly deforms almost all over.

【0021】すなわち、上記導電性ポリマー膜12は、
電圧の印加によるイオンの放出およびドープによって膨
脹収縮するが、導電性ポリマー膜12が固着状態で積層
されている金属膜11は電圧を印加しても膨脹収縮しな
いため、導電性ポリマー膜12が膨脹すると、金属膜1
1が導電性ポリマー膜12とともにその表面方向に円弧
状に膨らむように撓み変形し、機能性高分子素子10が
図1に鎖線で示すように撓み変形する。また、導電性ポ
リマー膜12が収縮すると、金属膜11が導電性ポリマ
ー膜12とともに金属膜11の裏面方向に円弧状に膨ら
むように撓み変形し、機能性高分子素子10が逆方向に
撓み変形する。
That is, the conductive polymer film 12 is
The conductive polymer film 12 expands and contracts due to the release and doping of ions due to the application of a voltage, but the conductive polymer film 12 does not expand and contract even when a voltage is applied, so the conductive polymer film 12 expands. Then, the metal film 1
1 flexibly deforms together with the conductive polymer film 12 so as to bulge in an arc shape in the surface direction, and the functional polymer element 10 flexibly deforms as shown by a chain line in FIG. When the conductive polymer film 12 contracts, the metal film 11 and the conductive polymer film 12 are flexibly deformed so as to bulge in an arc shape in the back surface direction of the metal film 11, and the functional polymer element 10 is flexibly deformed in the opposite direction. To do.

【0022】この機能性高分子素子10の撓み変形特性
は、前記導電性ポリマー膜12の物性によって異なり、
例えば導電性ポリマー膜12が、イオン放出により膨脹
し、イオンドープによって収縮する物性のものである場
合は、導電性ポリマー膜12からイオンを放出させる極
性の電圧を印加したときに、機能性高分子素子10が導
電性ポリマー膜12の表面方向に膨らむように撓み変形
し、逆極性の電圧を印加したときに金属膜11の裏面方
向に膨らむように撓み変形する。
The flexural deformation characteristics of the functional polymer element 10 differ depending on the physical properties of the conductive polymer film 12,
For example, in the case where the conductive polymer film 12 has a physical property that expands by ion emission and contracts by ion doping, the functional polymer is applied when a voltage of a polarity that causes the conductive polymer film 12 to release ions is applied. The element 10 is flexibly deformed so as to be expanded in the surface direction of the conductive polymer film 12, and is flexibly deformed so as to be expanded in the back surface direction of the metal film 11 when a voltage of opposite polarity is applied.

【0023】また、導電性ポリマー膜12が、イオン放
出により縮小し、イオンドープによって膨脹する物性の
ものである場合は、導電性ポリマー膜12からイオンを
放出させる極性の電圧を印加したときに、機能性高分子
素子10が金属膜11の裏面方向に膨らむように撓み変
形し、逆極性の電圧を印加したときに導電性ポリマー膜
12の表面方向に膨らむように撓み変形する。
When the conductive polymer film 12 has a physical property that it contracts due to ion emission and expands due to ion doping, when a voltage having a polarity for releasing ions from the conductive polymer film 12 is applied, The functional polymer element 10 is bent and deformed so as to bulge toward the back surface of the metal film 11, and is bent and deformed so as to bulge toward the surface direction of the conductive polymer film 12 when a voltage of opposite polarity is applied.

【0024】なお、上記導電性ポリマー膜12と電解質
膜13との間でのイオンの授受効率は、その両方の膜1
2,13の界面の状態によって左右されるが、前記界面
を、両方の膜12,13の成分が混在した組成とすると
ともに、その組成比を導電性ポリマー膜12と電解質膜
13との間で連続的に変化させておけば、前記導電性ポ
リマー膜12と電解質膜13との間でのイオンの授受が
スムーズに行なれるため、上記機能性高分子素子10は
電圧の印加に対して応答性良く撓み変形する。
The efficiency of ion transfer between the conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13 is determined by the film 1 of both films.
Although it depends on the state of the interface between Nos. 2 and 13, the interface has a composition in which the components of both membranes 12 and 13 are mixed, and the composition ratio is set between the conductive polymer membrane 12 and the electrolyte membrane 13. If it is continuously changed, the ion exchange between the conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13 can be performed smoothly, so that the functional polymer element 10 is responsive to voltage application. It flexes and deforms well.

【0025】さらに、この実施例では、上記電解質膜1
3とその表面に形成した電極14とを複数に分割し、電
解質膜13と電極14が機能性高分子素子10の撓み変
形に対して抵抗となる度合を小さくしている。
Further, in this embodiment, the electrolyte membrane 1 is used.
3 and the electrode 14 formed on the surface thereof are divided into a plurality of portions to reduce the degree to which the electrolyte membrane 13 and the electrode 14 are resistant to the bending deformation of the functional polymer element 10.

【0026】この電解質膜13と電極14の分割パター
ンとしては、様々なパターンが考えられるが、例えば平
面形状の横長な機能性高分子素子の場合は、幅方向の撓
み変形量に比べて長さ方向の撓み変形量が大きいため、
前記電解質膜13と電極14とを、図1および図2に示
したように撓み変形量が大きい方向(機能性高分子素子
の長さ方向)において複数に分割するのが好ましい。
Various patterns are conceivable as the division pattern of the electrolyte membrane 13 and the electrode 14. For example, in the case of a horizontally long functional polymer element having a planar shape, the length is larger than the bending deformation amount in the width direction. Since the amount of bending deformation in the direction is large,
It is preferable to divide the electrolyte membrane 13 and the electrode 14 into a plurality of pieces in the direction in which the flexural deformation amount is large (the length direction of the functional polymer element) as shown in FIGS. 1 and 2.

【0027】また、機能性高分子素子の平面形状が円形
である場合は、電解質膜13と電極4を同心円状のパタ
ーンに分割するのが望ましく、このようにすれば、全周
方向への撓み変形に対する抵抗を小さくすることができ
る。
When the functional polymer element has a circular planar shape, it is desirable to divide the electrolyte membrane 13 and the electrode 4 into concentric circular patterns. By doing so, bending in the entire circumferential direction is achieved. Resistance to deformation can be reduced.

【0028】このように電解質膜13と電極14を複数
に分割する場合は、図1のように分割した各電極14を
それぞれ撓み変形制御部15に接続するか、あるいは、
各分割電極14をリード線等により共通接続して、その
うちの1つの電極を前記撓み変形制御部15に接続すれ
ばよい。
When the electrolyte membrane 13 and the electrode 14 are divided into a plurality of pieces as described above, each divided electrode 14 is connected to the bending deformation control portion 15 as shown in FIG. 1, or
Each divided electrode 14 may be commonly connected by a lead wire or the like, and one of the electrodes may be connected to the bending deformation control unit 15.

【0029】ただし、機能性高分子素子10に要求され
る撓み変形量が小さい場合は、その撓み変形に対する電
解質膜13と電極14の抵抗はほとんど問題にならない
ため、これらを分割する必要はない。
However, when the amount of flexural deformation required for the functional polymer element 10 is small, the resistances of the electrolyte membrane 13 and the electrode 14 against the flexural deformation do not pose a problem, and it is not necessary to divide them.

【0030】また、機能性高分子素子10に要求される
撓み変形量が大きくても、電解質膜13が伸縮性をもっ
ている場合は、電解質膜13を分割する必要はなく、さ
らに、電極14が導電性ゴム等のような伸縮性を有する
電極や極薄の薄膜電極である場合は、電極14を分割し
なくてもよい。
Further, even if the amount of flexural deformation required for the functional polymer element 10 is large, if the electrolyte membrane 13 has elasticity, it is not necessary to divide the electrolyte membrane 13 and the electrode 14 is electrically conductive. In the case of a stretchable electrode such as a natural rubber or an ultrathin thin film electrode, the electrode 14 may not be divided.

【0031】上記機能性高分子素子10は、金属膜11
上に導電性ポリマー膜12と電解質膜13とを積層して
なり、電圧の印加により前記導電性ポリマー膜12と前
記電解質膜13との間でのイオンの授受を行なうもので
あるから、微細化が容易である。
The functional polymer element 10 has a metal film 11
The conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13 are laminated on top of each other, and the application of voltage causes the exchange of ions between the conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13. Is easy.

【0032】そして、この機能性高分子素子10は、電
圧の印加により、導電性ポリマー膜12と電解質膜13
との積層膜の間でイオンの授受を生じて撓み変形するも
のであるから、その撓み変形力を他の物体の駆動などに
利用することができる。
The functional polymer element 10 has a conductive polymer film 12 and an electrolyte film 13 when a voltage is applied.
Ions are exchanged between the laminated films and to be flexibly deformed, so that the flexural deformation force can be used for driving other objects.

【0033】すなわち、上記金属膜11と導電性ポリマ
ー膜12の撓み変形だけを考えれば、前記電解質膜13
がなくても、金属膜11と導電性ポリマー膜12との積
層体を電解液中に浸漬した状態で電圧を印加すれば、導
電性ポリマー膜12と電解液との間でイオンの授受が生
じて導電性ポリマー膜12の体積が変化し、前記積層体
が撓み変形する。
That is, considering only the bending deformation of the metal film 11 and the conductive polymer film 12, the electrolyte film 13 is used.
Even if there is not, if a voltage is applied in a state where the laminated body of the metal film 11 and the conductive polymer film 12 is immersed in the electrolytic solution, the exchange of ions occurs between the conductive polymer film 12 and the electrolytic solution. As a result, the volume of the conductive polymer film 12 changes, and the laminated body is flexibly deformed.

【0034】しかし、このように電解液中で金属膜11
と導電性ポリマー膜12との積層体を撓み変形させるの
では、その撓み変形力を取り出すことが難しいため、そ
の力を他の物体の駆動などに利用することは困難であ
る。
However, as described above, the metal film 11 is formed in the electrolytic solution.
It is difficult to extract the flexural deformation force by flexurally deforming the laminated body of the conductive polymer film 12 and the conductive polymer film 12, and thus it is difficult to use the force for driving other objects.

【0035】その点、上記機能性高分子素子10は、導
電性ポリマー膜12に、この導電性ポリマー膜12との
間でイオンの授受を行なう電解質膜13を積層したもの
であるため、電解液中に浸漬することなく空間で撓み変
形させることができ、したがって、その撓み変形力を他
の物体の駆動などに利用することができる。
In this respect, the functional polymer element 10 has the conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13 for exchanging ions with the conductive polymer film 12, which is laminated on the conductive polymer film 12. It can be flexibly deformed in a space without being immersed therein, and therefore, the flexural deformation force can be utilized for driving other objects.

【0036】上記機能性高分子素子10は、流体の加圧
や減圧や、傾き回動部材の駆動等に用いるアクチュエー
タなどとして利用できるものであり、その両端または周
囲を拘束した状態で使用すると、図4の(a)のように
中央部が表裏面方向に膨らみ変形するダイヤフラム型ア
クチュエータとして動作し、また一端を拘束した状態で
使用すると、図4の(b)のように自由端側が表裏面方
向に彎曲変形するフラップ型アクチュエータとして動作
する。
The above-mentioned functional polymer element 10 can be used as an actuator used for pressurizing and depressurizing a fluid, driving a tilting rotary member, and the like. As shown in FIG. 4 (a), the central portion operates as a diaphragm type actuator that bulges and deforms in the front and back directions, and when used with one end restrained, the free end side becomes the front and back sides as shown in FIG. 4 (b). It operates as a flap-type actuator that bends and deforms in the direction.

【0037】図5および図6は、インクジェット方式の
プリンタに用いるインクジェットノズルのダイヤフラム
型アクチュエータに上記機能性高分子素子10を利用し
た例を示している。
FIGS. 5 and 6 show an example in which the functional polymer element 10 is used in a diaphragm type actuator of an ink jet nozzle used in an ink jet printer.

【0038】このインクジェットノズルは、後面が開口
するインクタンク1内を可撓性隔膜2によって前面側の
インク室3と後面側の圧力室4とに仕切り、前記圧力室
4の後面の開口部に上記機能性高分子素子10からなる
ダイヤフラム型アクチュエータをその周囲をインクタン
ク1に気密状態に固定して取付けるとともに、前記イン
ク室3の前面にノズル管5を設け、インク室3の側面に
逆止弁を備えたインク補給口6を設けたものであり、前
記インク補給口6には図示しないインク供給管が接続さ
れている。
In this ink jet nozzle, the inside of the ink tank 1 whose rear surface is open is partitioned by a flexible diaphragm 2 into an ink chamber 3 on the front surface side and a pressure chamber 4 on the rear surface side, and at the opening of the rear surface of the pressure chamber 4. A diaphragm-type actuator composed of the functional polymer element 10 is fixedly attached to the ink tank 1 around its periphery in an airtight manner, and a nozzle tube 5 is provided on the front surface of the ink chamber 3 so as to be non-returned on the side surface of the ink chamber 3. An ink supply port 6 provided with a valve is provided, and an ink supply pipe (not shown) is connected to the ink supply port 6.

【0039】なお、上記ダイヤフラム型アクチュエータ
として用いた機能性高分子素子10は、その平面形状が
上記圧力室4の後面の開口部に対応する形状のものであ
り、電解質膜13と電極14の分割パターンは異なる
が、基本的な構成は図1および図2に示したものと同じ
である。
The functional polymer element 10 used as the diaphragm type actuator has a planar shape corresponding to the opening on the rear surface of the pressure chamber 4, and the electrolyte membrane 13 and the electrode 14 are divided. Although the pattern is different, the basic configuration is the same as that shown in FIGS.

【0040】上記インクジェットノズルは、上記機能性
高分子素子10の撓み変形によってノズル管5からのイ
ンク噴射とインク室3内へのインク補給を行なうもので
あり、機能性高分子素子10にいずれかの極性の電圧を
印加すると、この機能性高分子素子10が内側に膨らむ
ように撓み変形して圧力室4内の気圧が上昇し、それに
より可撓性隔膜2がインク室3側に撓み変形してインク
室3内が加圧され、その圧力でノズル管5の先端からイ
ンクaが噴射する。
The ink jet nozzle is for ejecting ink from the nozzle tube 5 and supplying ink to the inside of the ink chamber 3 by flexural deformation of the functional polymer element 10. When a voltage of the polarity is applied, the functional polymer element 10 flexibly deforms so as to swell inward and the atmospheric pressure in the pressure chamber 4 rises, whereby the flexible diaphragm 2 flexibly deforms toward the ink chamber 3 side. Then, the inside of the ink chamber 3 is pressurized, and the pressure causes the ink a to be ejected from the tip of the nozzle tube 5.

【0041】また、上記機能性高分子素子10に逆極性
の電圧を印加すると、この機能性高分子素子10が外側
に膨らむように撓み変形し、圧力室4内の気圧低下によ
り可撓性隔膜2が圧力室4側に撓み変形してインク室3
内が負圧になり、インク補給口6からインク室3にイン
クaが補給される。
When a voltage of opposite polarity is applied to the functional polymer element 10, the functional polymer element 10 is flexibly deformed so as to bulge outward, and the pressure in the pressure chamber 4 is reduced, so that the flexible diaphragm is formed. 2 is flexed and deformed to the pressure chamber 4 side, and the ink chamber 3
The inside becomes negative pressure, and the ink a is supplied from the ink supply port 6 to the ink chamber 3.

【0042】さらに、上記インクジェットノズルは、ノ
ズル管5の角度を変化させてインクaの噴射方向を調整
する機能を備えている。すなわち、図5に示したインク
ジェットノズルは、ノズル管5の外周に、細長い機能性
高分子素子10aをスパイラル状に巻き付けたものであ
り、このスパイラル状機能性高分子素子10aを電圧の
印加により撓み変形させて、ノズル管5の角度を変化さ
せるようにしたものである。
Further, the ink jet nozzle has a function of adjusting the jet direction of the ink a by changing the angle of the nozzle tube 5. That is, the ink jet nozzle shown in FIG. 5 is such that the slender functional polymer element 10a is spirally wound around the outer periphery of the nozzle tube 5, and the spiral functional polymer element 10a is bent by applying a voltage. The nozzle tube 5 is deformed to change the angle of the nozzle tube 5.

【0043】また、図6に示したインクジェットノズル
は、ノズル管5の外周の複数箇所に、このノズル管5の
長さ方向に沿わせて細長い機能性高分子素子10bを貼
り付けたものであり、前記機能性高分子素子10bを電
圧の印加により撓み変形させて、ノズル管5の角度を変
化させるようにしたものである。
Further, the ink jet nozzle shown in FIG. 6 is such that elongated functional polymer elements 10b are attached to a plurality of locations on the outer circumference of the nozzle tube 5 along the length direction of the nozzle tube 5. The functional polymer element 10b is bent and deformed by application of a voltage to change the angle of the nozzle tube 5.

【0044】なお、上記ノズル管5に設けた機能性高分
子素子10a,10bは、基本的な構成が図1および図
2に示したものと同じであって、それを細長い線状に形
成したものであるが、この機能性高分子素子10a,1
0bに要求される撓み変形量は僅かであるため、これら
の機能性高分子素子10a,10bでは、電解質膜およ
び電極を分割していない。
The functional polymer elements 10a and 10b provided on the nozzle tube 5 have the same basic structure as that shown in FIGS. 1 and 2, and are formed in elongated linear shapes. The functional polymer element 10a, 1
Since the amount of flexural deformation required for 0b is small, the electrolyte membrane and the electrodes are not divided in these functional polymer elements 10a and 10b.

【0045】図7はこの発明の第2の実施例を示す機能
性高分子素子の一部分の拡大断面図である。この実施例
の機能性高分子素子20は、電圧印加電極を兼ねる金属
膜21の上に、導電性ポリマー膜22と伸縮性を有する
電解質膜23とを複数層ずつ(ここでは3層ずつ)交互
に積層した積層膜を固着状態で設け、この積層膜の上に
電極24を形成したものであり、各導電性ポリマー膜2
2と各電解質膜23は、いずれも極く薄い厚さに形成さ
れている。
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a part of the functional polymer element showing the second embodiment of the present invention. In the functional polymer element 20 of this example, a conductive polymer film 22 and a stretchable electrolyte film 23 are alternately arranged on a plurality of layers (here, three layers each) on a metal film 21 which also serves as a voltage application electrode. A laminated film is laminated in a fixed state, and an electrode 24 is formed on the laminated film.
2 and each electrolyte membrane 23 are formed to have an extremely thin thickness.

【0046】この機能性高分子素子20は、上記金属膜
21と電極24との間への電圧の印加による導電性ポリ
マー膜22と電解質膜23との間でのイオンの授受によ
って前記導電性ポリマー膜22が体積を変え、その体積
変化により金属膜21が導電性ポリマー膜22と電解質
膜23との積層膜とともに撓み変形するものである。
The functional polymer element 20 has a structure in which the conductive polymer film 22 and the electrolyte film 23 are exchanged with each other by the application of a voltage between the metal film 21 and the electrode 24. The membrane 22 changes its volume, and the metal membrane 21 is flexibly deformed together with the laminated membrane of the conductive polymer membrane 22 and the electrolyte membrane 23 due to the volume variation.

【0047】この機能性高分子素子20においても、各
導電性ポリマー膜22と各電解質膜23との界面を、両
方の膜22,23の成分が混在した組成とするとともに
その組成比を連続的に変化させておけば、導電性ポリマ
ー膜22と電解質膜33との間でのイオン交換をスムー
ズにして、機能性高分子素子20を電圧の印加に対して
応答性良く撓み変形させることができる。
Also in this functional polymer element 20, the interface between each conductive polymer film 22 and each electrolyte film 23 has a composition in which the components of both films 22 and 23 are mixed and the composition ratio is continuous. If changed to, the ion exchange between the conductive polymer film 22 and the electrolyte film 33 can be made smooth, and the functional polymer element 20 can be flexibly deformed in response to the application of voltage. .

【0048】そして、この実施例の機能性高分子素子2
0によれば、導電性ポリマー膜22と電解質膜23とを
複数層ずつ交互に積層しているため、導電性ポリマー膜
22と電解質膜23との界面の総面積が大きく、したが
って、導電性ポリマー膜22と電解質膜33との間での
単位時間当たりのイオン授受量を増大させることができ
る。
Then, the functional polymer element 2 of this embodiment
According to No. 0, since the conductive polymer film 22 and the electrolyte membrane 23 are alternately laminated by a plurality of layers, the total area of the interface between the conductive polymer film 22 and the electrolyte membrane 23 is large, and therefore the conductive polymer is It is possible to increase the amount of exchanged ions per unit time between the membrane 22 and the electrolyte membrane 33.

【0049】しかも、この実施例では、上記導電性ポリ
マー膜22と電解質膜23とを極く薄い厚さに形成して
いるため、これらの間でのイオンの移動距離が短く、し
たがって、導電性ポリマー膜22と電解質膜33との間
でのイオンの授受を短時間で行なわせて、単位時間当た
りのイオン授受量を増大させることができるから、電圧
の印加に対する機能性高分子素子20の応答性をさらに
良くすることができる。
Moreover, in this embodiment, since the conductive polymer film 22 and the electrolyte film 23 are formed to have an extremely thin thickness, the migration distance of ions between them is short, and therefore the conductivity is high. Ions can be exchanged between the polymer film 22 and the electrolyte membrane 33 in a short time, and the amount of exchanged ions per unit time can be increased. Therefore, the response of the functional polymer element 20 to the application of a voltage. The sex can be improved.

【0050】図8〜図10はこの発明の第3の実施例を
示しており、図8は機能性高分子素子の側面図である。
この実施例の機能性高分子素子30は、電圧印加電極を
兼ねる金属膜31の上にそのほぼ全面にわたって、導電
性ポリマーに電解物質を分散させた電解質分散ポリマー
膜32を固着状態で積層し、その上に、前記電解質分散
ポリマー膜32をはさんで前記金属膜31と対向する電
極33を設けたものである。
8 to 10 show a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a side view of a functional polymer element.
In the functional polymer element 30 of this example, an electrolyte-dispersed polymer film 32 in which an electrolytic substance is dispersed in a conductive polymer is laminated in a fixed state on a metal film 31 which also serves as a voltage application electrode, over almost the entire surface thereof. An electrode 33 facing the metal film 31 is provided thereon with the electrolyte-dispersed polymer film 32 interposed therebetween.

【0051】図9は上記電解質分散ポリマー膜32の構
造を模式的に示した図であり、この電解質分散ポリマー
膜32は、導電性ポリマー(例えばPPyにDBSをド
ープしたコンダクティングポリマー)の主鎖のネットワ
ーク中に電解物質が閉じ込められた構造をなしている。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the structure of the electrolyte-dispersed polymer film 32. The electrolyte-dispersed polymer film 32 is composed of a main chain of a conductive polymer (for example, a conducting polymer obtained by doping PPy with DBS). The electrolyte is confined in the network.

【0052】この電解物質は、解離度が大きいイオンと
高粘性溶媒との混合物、解離度が大きいイオンとイオン
伝導性ポリマーとの混合物、解離度が大きいイオンとイ
オン伝導性オリゴマーとの混合物などである。
The electrolytic substance may be a mixture of ions having a large dissociation degree and a highly viscous solvent, a mixture of ions having a large dissociation degree and an ion conductive polymer, a mixture of ions having a large dissociation degree and an ion conductive oligomer, and the like. is there.

【0053】図10は上記電解質分散ポリマー膜32の
形成方法を示す各形成工程での断面図であり、この電解
質分散ポリマー膜32は次のようにして形成する。ま
ず、図10の(a)に示すように、上記金属膜31の上
に、ある種の溶媒には可溶であるが導電性ポリマーのモ
ノマー溶液には不溶であるポリマーからなる多孔質の仮
被膜Aを、通常の多孔質膜形成法と同様な方法で形成す
る。
FIG. 10 is a sectional view in each forming step showing the method for forming the electrolyte dispersed polymer film 32. The electrolyte dispersed polymer film 32 is formed as follows. First, as shown in FIG. 10A, a porous temporary polymer made of a polymer that is soluble in a certain solvent but insoluble in a monomer solution of a conductive polymer is formed on the metal film 31. The coating film A is formed by a method similar to the usual porous film forming method.

【0054】次に、上記仮被膜Aを導電性ポリマーのモ
ノマー溶液に浸漬して、このモノマー溶液を仮被膜Aの
孔部に充填し、その後、前記モノマー溶液をポリマー化
して、図10の(b)に示すように、仮被膜Aの孔部内
に導電性ポリマー層32aを形成する。
Next, the temporary coating A is immersed in a monomer solution of a conductive polymer to fill the pores of the temporary coating A, and then the monomer solution is polymerized to obtain As shown in b), the conductive polymer layer 32a is formed in the pores of the temporary coating A.

【0055】次に、上記仮被膜Aをそれが可溶性を示す
溶媒を用いて除去し、図10の(c)に示すような、前
記仮被膜Aとは逆の断面構造をもつ多孔質の導電性ポリ
マー層32aを得る。
Next, the temporary coating A is removed using a solvent in which it is soluble, and a porous conductive material having a cross-sectional structure opposite to that of the temporary coating A as shown in FIG. The polymer layer 32a is obtained.

【0056】次に、上記多孔質の導電性ポリマー層32
aを、電解物質(解離度が大きいイオンと高粘性溶媒と
の混合物、解離度が大きいイオンとイオン伝導性ポリマ
ーとの混合物、解離度が大きいイオンとイオン伝導性オ
リゴマーとの混合物など)の溶液に浸漬して、その溶液
を前記導電性ポリマー層32aの孔部に充填し、この導
電性ポリマー層32aの孔部内に電界物質層32bを形
成して、電解質分散ポリマー膜32を完成する。
Next, the porous conductive polymer layer 32 is formed.
a is a solution of an electrolytic substance (a mixture of ions having a large dissociation degree and a highly viscous solvent, a mixture of ions having a large dissociation degree and an ion conductive polymer, a mixture of an ion having a large dissociation degree and an ion conductive oligomer) And the solution is filled in the holes of the conductive polymer layer 32a, and the electric field substance layer 32b is formed in the holes of the conductive polymer layer 32a to complete the electrolyte dispersed polymer film 32.

【0057】この実施例の機能性高分子素子30は、電
解質分散ポリマー膜32をはさんで対向する金属膜31
と電極33との間に例えばパルス電圧を印加することに
よって駆動されるものであり、その印加電圧は撓み変形
制御部34から供給される。
In the functional polymer element 30 of this embodiment, the metal film 31 that faces the electrolyte-dispersed polymer film 32 is provided.
It is driven by applying, for example, a pulse voltage between the electrode 33 and the electrode 33, and the applied voltage is supplied from the bending deformation control unit 34.

【0058】この撓み変形制御部34は、前記金属膜3
1と電極33との間に印加するパルス電圧の極性と電圧
値を制御するものであり、金属膜31と電極33との間
に一方の極性の電圧を印加すると、電解質分散ポリマー
膜32中において導電性ポリマー層32aから電界物質
層32bに印加電圧値に応じた量のイオンが放出され、
電解質分散ポリマー膜32の体積が変化する。
This flexural deformation control section 34 includes the metal film 3
1 controls the polarity and voltage value of the pulse voltage applied between the electrode 33 and the electrode 33. When a voltage of one polarity is applied between the metal film 31 and the electrode 33, the voltage is applied in the electrolyte dispersed polymer film 32. From the conductive polymer layer 32a to the electric field substance layer 32b, an amount of ions corresponding to the applied voltage value is released,
The volume of the electrolyte-dispersed polymer film 32 changes.

【0059】また、前記金属膜31と電極33との間に
他方の極性の電圧を印加すると、電解質分散ポリマー膜
32中において電界物質層32bから導電性ポリマー層
32aに印加電圧値に応じた量のイオンがドープされ、
電解質分散ポリマー膜32の体積が、上記導電性ポリマ
ー層32aからのイオン放出時とは逆に変化する。
When a voltage of the other polarity is applied between the metal film 31 and the electrode 33, an amount corresponding to the applied voltage value from the electric field substance layer 32b to the conductive polymer layer 32a in the electrolyte dispersed polymer film 32. Is doped with
The volume of the electrolyte-dispersed polymer film 32 changes contrary to when ions are released from the conductive polymer layer 32a.

【0060】この電解質分散ポリマー膜32の体積の変
化量は、印加電圧値、つまり導電性ポリマー層32aか
らのイオンの放出量およびドープ量に対応する。そし
て、上記導電性ポリマー層32aと電解物質層32bと
の間でのイオンの授受によって電解質分散ポリマー膜3
2の体積が変化すると、その体積変化により金属膜31
が電解質分散ポリマー膜32とともに撓み変形し、それ
によって機能性高分子素子30がそのほぼ全体にわたっ
て撓み変形する。
The volume change amount of the electrolyte-dispersed polymer film 32 corresponds to the applied voltage value, that is, the ion emission amount and the doping amount from the conductive polymer layer 32a. Then, the electrolyte-dispersed polymer film 3 is formed by giving and receiving ions between the conductive polymer layer 32a and the electrolytic substance layer 32b.
When the volume of 2 changes, the metal film 31
Flexibly deforms together with the electrolyte-dispersed polymer film 32, so that the functional polymer element 30 flexibly deforms almost entirely.

【0061】この機能性高分子素子30の撓み変形特性
は、上記電解質分散ポリマー膜32の導電性ポリマー層
32aの物性によって異なり、例えば導電性ポリマー層
32aが、イオン放出により膨脹し、イオンドープによ
って収縮する物性のものである場合は、導電性ポリマー
層32aからイオンを放出させる極性の電圧を印加した
ときに、機能性高分子素子30が電解質分散ポリマー膜
32の表面方向に膨らむように撓み変形し、逆極性の電
圧を印加したときに金属膜31の裏面方向に膨らむよう
に撓み変形する。
The flexural deformation characteristics of the functional polymer element 30 differ depending on the physical properties of the conductive polymer layer 32a of the electrolyte-dispersed polymer film 32. For example, the conductive polymer layer 32a expands due to ion emission, and due to ion doping. When it has a physical property of contracting, the functional polymer element 30 is bent and deformed so as to bulge in the surface direction of the electrolyte-dispersed polymer film 32 when a voltage of a polarity that releases ions from the conductive polymer layer 32a is applied. Then, when a reverse polarity voltage is applied, the metal film 31 is flexibly deformed so as to bulge toward the back surface of the metal film 31.

【0062】また、上記導電性ポリマー層32aが、イ
オン放出により縮小し、イオンドープによって膨脹する
物性のものである場合は、導電性ポリマー層32aから
イオンを放出させる極性の電圧を印加したときに、機能
性高分子素子30が金属膜31の裏面方向に膨らむよう
に撓み変形し、逆極性の電圧を印加したときに電解質分
散ポリマー膜32の表面方向に膨らむように撓み変形す
る。
When the conductive polymer layer 32a has a physical property of contracting by ion emission and expanding by ion doping, when a voltage having a polarity for releasing ions from the conductive polymer layer 32a is applied. The functional polymer element 30 bends and deforms so as to bulge toward the back surface of the metal film 31, and bends and deforms so as to bulge toward the front surface of the electrolyte-dispersed polymer film 32 when a voltage of opposite polarity is applied.

【0063】なお、この実施例では、電解質分散ポリマ
ー膜32の表面に形成した電極33を複数に分割し、こ
の電極33が機能性高分子素子30の撓み変形に対して
抵抗となる度合を小さくしている。
In this embodiment, the electrode 33 formed on the surface of the electrolyte-dispersed polymer film 32 is divided into a plurality of parts, and the degree to which the electrode 33 becomes resistant to the bending deformation of the functional polymer element 30 is reduced. are doing.

【0064】ただし、機能性高分子素子30に要求され
る撓み変形量が小さい場合は、その撓み変形に対する電
極33の抵抗はほとんど問題にならないため、この電極
33を分割する必要はなく、また、機能性高分子素子3
0に要求される撓み変形量が大きくても、電極33が導
電性ゴム等のような伸縮性を有する電極や極薄の薄膜電
極である場合は、電極33を分割しなくてもよい。
However, when the amount of flexural deformation required for the functional polymer element 30 is small, the resistance of the electrode 33 to the flexural deformation does not matter so much, so there is no need to divide the electrode 33, and Functional polymer element 3
Even if the amount of flexural deformation required for 0 is large, if the electrode 33 is an electrode having elasticity such as conductive rubber or an extremely thin thin film electrode, the electrode 33 may not be divided.

【0065】上記機能性高分子素子は、金属膜31上に
導電性ポリマーに電解物質を分散させた電解質分散ポリ
マー膜32を固着してなり、電圧の印加による前記導電
性ポリマーと電解物質との間でのイオンの授受を行なう
ものであるから、微細化が容易である。
In the functional polymer element, an electrolyte-dispersed polymer film 32 in which an electrolytic substance is dispersed in a conductive polymer is fixed on a metal film 31, and the conductive polymer and the electrolytic substance are separated by applying a voltage. Since the ions are exchanged between them, miniaturization is easy.

【0066】そして、この機能性高分子素子30は、電
圧の印加により、電解質分散ポリマー膜32内でのイオ
ンの授受、つまり導電性ポリマー層32aと電解物質層
32bとの間でイオンの授受を生じて撓み変形するもの
であるから、上述した第2の実施例の機能性高分子素子
10と同様に、その撓み変形力を他の物体の駆動などに
利用することができる。
In this functional polymer element 30, the application of voltage causes the transfer of ions within the electrolyte-dispersed polymer film 32, that is, the transfer of ions between the conductive polymer layer 32a and the electrolytic substance layer 32b. Since it is generated and flexibly deformed, its flexural deformation force can be used for driving other objects, as in the case of the functional polymer element 10 of the second embodiment described above.

【0067】すなわち、この実施例の機能性高分子素子
30も、流体の加圧や減圧や、傾き回動部材の駆動等に
用いるアクチュエータなどとして利用できるものであ
り、その両端または周囲を拘束した状態で使用すると、
中央部が表裏面方向に膨らみ変形するダイヤフラム型ア
クチュエータとして動作し、また一端を拘束した状態で
使用すると、自由端側が表裏面方向に彎曲変形するフラ
ップ型アクチュエータとして動作する。
That is, the functional polymer element 30 of this embodiment can also be used as an actuator or the like used for pressurizing or depressurizing a fluid, driving an inclining / rotating member, or the like, and restraining both ends or the periphery thereof. When used in the state,
The central portion operates as a diaphragm type actuator that bulges and deforms in the front and back directions, and when used with one end restrained, the free end side operates as a flap type actuator that bends and deforms in the front and back directions.

【0068】なお、上述した第1、第2および第3の実
施例では、導電性ポリマー膜12と電解質膜13との積
層膜の上、または電解質分散ポリマー膜32の上に、印
加するための電極14,24,33を設けているが、機
能性高分子素子10,20,30を、その撓み変形力で
駆動する被駆動体に当接させて使用する場合は、前記電
極14,24,33を無くして前記積層膜または電解質
分散ポリマー膜32の表面を被駆動体に当接させ、この
被駆動体を電極として、機能性高分子素子10,20,
30の金属膜11,21,31と前記被駆動体との間に
電圧を印加するようにしてもよい。
In the first, second and third embodiments described above, the voltage is applied on the laminated film of the conductive polymer film 12 and the electrolyte film 13 or on the electrolyte dispersed polymer film 32. Although the electrodes 14, 24, 33 are provided, when the functional polymer elements 10, 20, 30 are used by being brought into contact with a driven body driven by its bending deformation force, the electrodes 14, 24, 33, the surface of the laminated film or the electrolyte-dispersed polymer film 32 is brought into contact with a driven body, and the driven body is used as an electrode to form the functional polymer element 10, 20,
A voltage may be applied between the metal films 11, 21, 31 of 30 and the driven body.

【0069】また、上記第1〜第3の実施例の機能性高
分子素子は、導電性ポリマー膜と電解質膜との間でのイ
オンの授受による導電性ポリマー膜の体積変化により撓
み変形という機械的作用を起こす撓み変形素子として使
用されるものであるが、この発明の機能性高分子素子
は、前記実施例のものに限らず、導電性ポリマー膜と電
解質膜との間でのイオンの授受により膜自体の光透過性
や誘電率等の物性が変化するような、機械的な素子以外
の例えば光シャッタや各種センサ等に適用することも可
能である。
Further, the functional polymer elements of the first to third embodiments are mechanically called flexural deformation due to volume change of the conductive polymer film due to transfer of ions between the conductive polymer film and the electrolyte film. The functional polymer element of the present invention is not limited to that of the above-described embodiment, but is used as a flexible deformation element that causes a mechanical action, and the ion exchange between the conductive polymer film and the electrolyte film is performed. It is also possible to apply the present invention to, for example, optical shutters and various sensors other than mechanical elements in which the physical properties of the film itself such as light transmittance and dielectric constant change.

【0070】[0070]

【発明の効果】この発明の第1の機能性高分子素子は、
金属膜上に導電性ポリマー膜と電解質膜とを積層してな
り、電圧の印加により前記導電性ポリマー膜と前記電解
質膜との間でのイオンの授受を行なうものであるから、
微細化が容易である。
The first functional polymer element of the present invention is
A conductive polymer film and an electrolyte film are laminated on a metal film, and since ions are transferred between the conductive polymer film and the electrolyte film by applying a voltage,
Easy to miniaturize.

【0071】この第1の機能性高分子素子が、前記イオ
ンの授受により前記導電性ポリマー膜が体積変化し、そ
の体積変化により前記金属膜が前記導電性ポリマー膜と
ともに撓み変形するものであれば、その撓み変形力を他
の物体の駆動などに利用することができる。
If the first functional polymer element is such that the volume of the conductive polymer film changes due to the transfer of the ions, and the volume change causes the metal film to bend and deform together with the conductive polymer film. The bending deformation force can be used for driving other objects.

【0072】また、この第1の機能性高分子素子におい
て、前記導電性ポリマー膜と電解質膜との界面を、その
両方の膜の成分が混在した組成とするとともに、その組
成比を導電性ポリマー膜と電解質膜との間で連続的に変
化させておけば、前記導電性ポリマー膜と電解質膜との
間でのイオンの授受がスムーズに行なれるため、電圧の
印加に対する機能性高分子素子の応答性を良くすること
ができる。
Further, in the first functional polymer element, the interface between the conductive polymer film and the electrolyte film has a composition in which the components of both films are mixed, and the composition ratio is set to the conductive polymer. If continuously changed between the membrane and the electrolyte membrane, since the exchange of ions between the conductive polymer membrane and the electrolyte membrane can be performed smoothly, the functional polymer element for the application of voltage Responsiveness can be improved.

【0073】さらに、上記第1の機能性高分子素子にお
いて、前記導電性ポリマー膜と電解質膜とをいずれも極
く薄い膜とし、これらの膜を複数層ずつ交互に積層して
おけば、導電性ポリマー膜と電解質膜との界面の総面積
を大きするとともに、イオンの移動距離を短くして、単
位時間当たりのイオン授受量を増大させ、電圧の印加に
対する機能性高分子素子の応答性をさらに良くすること
ができる。
Further, in the first functional polymer element, if the conductive polymer film and the electrolyte film are both extremely thin films and these films are alternately laminated, a plurality of layers are formed. The total area of the interface between the functional polymer membrane and the electrolyte membrane is increased, and the migration distance of ions is shortened to increase the amount of exchanged ions per unit time, thereby increasing the responsiveness of the functional polymer element to the application of voltage. You can do better.

【0074】また、この発明の第2の機能性高分子素子
は、金属膜上に導電性ポリマーに電解物質を分散させた
電解質分散ポリマー膜を積層してなり、電圧の印加によ
り、電解質分散ポリマー膜内でのイオンの授受、つまり
導電性ポリマーと電解物質との間でイオンの授受を行な
うものであるから、微細化が容易である。
The second functional polymer element of the present invention is formed by laminating an electrolyte-dispersed polymer film, in which an electroconductive substance is dispersed in a conductive polymer, on a metal film. Since the ions are exchanged in the film, that is, the ions are exchanged between the conductive polymer and the electrolytic substance, miniaturization is easy.

【0075】この発明の第2の撓み変形素子が、前記イ
オンの授受による前記電解質分散ポリマー膜が体積変化
し、その体積変化により前記金属膜が電解質分散ポリマ
ー膜とともに撓み変形するものであれば、その撓み変形
力を他の物体の駆動などに利用することができる。
In the second flexural deformation element of the present invention, if the volume of the electrolyte-dispersed polymer membrane changes due to the transfer of the ions, and the volume change causes the metal membrane to flexibly deform together with the electrolyte-dispersed polymer membrane, The bending deformation force can be used for driving other objects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1の実施例を示す機能性高分子素
子の側面図。
FIG. 1 is a side view of a functional polymer element showing a first embodiment of the present invention.

【図2】上記機能性高分子素子の平面図。FIG. 2 is a plan view of the functional polymer element.

【図3】導電性ポリマー膜と電解質膜の界面付近の組成
比を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a composition ratio in the vicinity of an interface between a conductive polymer film and an electrolyte film.

【図4】機能性高分子素子の変形状態を示す図。FIG. 4 is a view showing a deformed state of the functional polymer element.

【図5】インクジェットノズルのダイヤフラム型アクチ
ュエータに上記機能性高分子素子を利用した例を示す断
面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which the functional polymer element is used in a diaphragm actuator of an inkjet nozzle.

【図6】インクジェットノズルのダイヤフラム型アクチ
ュエータに上記機能性高分子素子を利用した他の例を示
す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example in which the functional polymer element is used in a diaphragm actuator of an inkjet nozzle.

【図7】この発明の第2の実施例を示す機能性高分子素
子の一部分の拡大断面図。
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a part of the functional polymer element showing the second embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第3の実施例を示す機能性高分子素
子の側面図。
FIG. 8 is a side view of the functional polymer element showing the third embodiment of the present invention.

【図9】電解質分散ポリマー膜の構造を模式的に示した
図。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the structure of an electrolyte-dispersed polymer film.

【図10】電解質分散ポリマー膜の形成方法を示す各形
成工程での断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view in each forming step showing a method for forming an electrolyte dispersed polymer film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20,30…機能性高分子素子 11,21,31…金属膜 12,22…導電性ポリマー膜 13,23…電解質膜 14,24…電極 32…電解質分散ポリマー膜 32a…導電性ポリマー層 32b…電解物質層 10, 20, 30 ... Functional polymer element 11, 21, 31 ... Metal film 12, 22 ... Conductive polymer film 13, 23 ... Electrolyte film 14, 24 ... Electrode 32 ... Electrolyte-dispersed polymer film 32a ... Conductive polymer layer 32b ... Electrolyte layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】金属膜上に導電性ポリマー膜と電解質膜と
を積層してなり、電圧の印加により前記導電性ポリマー
膜と前記電解質膜との間でのイオンの授受を行なうこと
を特徴とする機能性高分子素子。
1. A conductive polymer film and an electrolyte film are laminated on a metal film, and ions are transferred between the conductive polymer film and the electrolyte film by applying a voltage. A functional polymer element.
【請求項2】前記イオンの授受により前記導電性ポリマ
ー膜が体積変化し、その体積変化により前記金属膜が前
記導電性ポリマー膜とともに撓み変形することを特徴と
する請求項1に記載の機能性高分子素子。
2. The functionality according to claim 1, wherein the volume of the conductive polymer film changes due to the transfer of the ions, and the volume change causes the metal film to flex and deform together with the conductive polymer film. Polymer element.
【請求項3】前記導電性ポリマー膜と電解質膜との界面
は、その両方の膜の成分が混在した組成であり、その組
成比が前記導電性ポリマー膜と電解質膜との間で連続的
に変化していることを特徴とする請求項1または2に記
載の機能性高分子素子。
3. The interface between the conductive polymer membrane and the electrolyte membrane has a composition in which the components of both membranes are mixed, and the composition ratio is continuously between the conductive polymer membrane and the electrolyte membrane. The functional polymer element according to claim 1 or 2, wherein the functional polymer element is changed.
【請求項4】前記金属膜が電圧印加電極を兼ねていると
ともに、前記導電性ポリマー膜と電解質膜との積層膜の
上に、この積層膜をはさんで前記金属膜と対向する電極
が設けられており、前記金属膜と前記電極との間に電圧
が印加されることを特徴とする請求項1または2に記載
の機能性高分子素子。
4. The metal film also serves as a voltage application electrode, and an electrode facing the metal film is provided on the laminated film of the conductive polymer film and the electrolyte film with the laminated film interposed therebetween. The functional polymer element according to claim 1 or 2, wherein a voltage is applied between the metal film and the electrode.
【請求項5】導電性ポリマー膜と電解質膜はいずれも極
く薄い膜であり、これらの膜が複数層ずつ交互に積層さ
れていることを特徴とする請求項1または4に記載の機
能性高分子素子。
5. The functionality according to claim 1, wherein both the conductive polymer membrane and the electrolyte membrane are extremely thin membranes, and these membranes are alternately laminated in plural layers. Polymer element.
【請求項6】金属膜上に導電性ポリマーに電解物質を分
散させた電解質分散ポリマー膜を固着してなり、電圧の
印加による前記導電性ポリマーと電解物質との間でのイ
オンの授受を行なうことを特徴とする機能性高分子素
子。
6. An electrolyte-dispersed polymer film in which an electroconductive substance is dispersed in a conductive polymer is fixed on a metal film, and ions are transferred between the electroconductive polymer and the electrolytic substance by applying a voltage. A functional polymer element characterized by the above.
【請求項7】前記金属膜が電圧印加電極を兼ねていると
ともに、前記電解質分散ポリマー膜の上に、このポリマ
ー膜をはさんで前記金属膜と対向する電極が設けられて
おり、前記金属膜と前記電極との間に電圧が印加される
ことを特徴とする請求項6に記載の機能性高分子素子。
7. The metal film also serves as a voltage applying electrode, and an electrode facing the metal film with the polymer film sandwiched between the polymer film and the electrolyte-dispersed polymer film is provided. The functional polymer element according to claim 6, wherein a voltage is applied between the electrode and the electrode.
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