JPH11169393A - Artificial muscle body - Google Patents

Artificial muscle body

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JPH11169393A
JPH11169393A JP9344817A JP34481797A JPH11169393A JP H11169393 A JPH11169393 A JP H11169393A JP 9344817 A JP9344817 A JP 9344817A JP 34481797 A JP34481797 A JP 34481797A JP H11169393 A JPH11169393 A JP H11169393A
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JP
Japan
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polyaniline
artificial muscle
solid electrolyte
muscle body
molded body
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JP9344817A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Kanefuji
藤 敬 一 金
Shingo Sewa
和 信 吾 瀬
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Kaneka Medix Corp
Original Assignee
Kaneka Medix Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an artificial muscle body which achieves cxcellent softness and a larger displacement along with a light weight and a quick response. SOLUTION: This artificial muscle body 1 is made up of an elongated rectangular plate-shaped solid electrolytic molded body 2 and polyaniline membrane bodies 3a and 3b formed being mutually insulated on the surface of the solid electrolytic molded body 2. In this case, a voltage is applied to the pair of polyaniline membrane bodies 3a and 3b so that the polyaniline membrane bodies 3a and 3b are deformed to allow the free deformation of the artificial muscle body in any specified direction. The polyaniline membrane bodies 3a and 3b may contain a modified polyaniline polymer obtained by the graft modification of polyaniline using vinyl sulfone.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、人工筋肉体に関し、より
詳細には柔軟で、低い電圧で駆動でき、収縮力が大き
く、位置保持が可能なポリアニリン膜体を含む人工筋肉
体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an artificial muscle body, and more particularly to an artificial muscle body including a polyaniline film body that is flexible, can be driven at a low voltage, has a large contraction force, and can maintain a position.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、人工筋肉体としては、高分子ゲ
ル、導電性高分子などの高分子、強誘電体、シリコン、
形状記憶合金などを材料として、電気、熱、光などの刺
激により変形する静電引力型アクチュエータ、圧電型ア
クチュエータ、超音波式アクチュエータ、形状記憶合金
式アクチュエータ、イオン交換樹脂型アクチュエータな
どが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, artificial muscles include polymers such as polymer gels and conductive polymers, ferroelectrics, silicon,
Using shape memory alloys as materials, electrostatic attraction type actuators, piezoelectric type actuators, ultrasonic type actuators, shape memory alloy type actuators, ion exchange resin type actuators, etc. that are deformed by stimulation of electricity, heat, light, etc. are known. I have.

【0003】たとえば、イオン交換樹脂型アクチュエー
タは、イオン交換樹脂膜とそのイオン交換樹脂膜の両面
に接合した電極とからなり、イオン交換樹脂膜の含水状
態においてイオン交換樹脂膜に電位差をかけてイオン交
換樹脂膜に湾曲および変形を生じさせるものである。
(特開平4-275078号公報参照)。
For example, an ion-exchange resin type actuator comprises an ion-exchange resin membrane and electrodes bonded to both sides of the ion-exchange resin membrane. This is to cause the exchange resin film to bend and deform.
(See Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-275078).

【0004】ところで、直接人体に触れる医用機器で
は、組織を傷つけない柔らかい材料からなるアクチュエ
ータが要求され、とくに、義足、義手、人工器官などの
人工筋肉には、より軽量で、柔軟な動きをするアクチュ
エータが望まれている。
[0004] Medical devices that directly touch the human body require an actuator made of a soft material that does not damage the tissue. In particular, artificial muscles such as prostheses, prostheses, and prostheses perform lighter and more flexible movements. An actuator is desired.

【0005】このような軽量で、柔軟な動きをするアク
チュエータとして、導電性高分子であるポリアニリンを
用いる試みが提案されている(応用物理第65巻第8号
第803〜810頁参照)。このポリアニリンを使用し
たアクチュエータは、たとえば2枚のポリアニリンフィ
ルムを粘着テープの両面に貼り合わせた3層構造であ
り、電解液中で、両側のフィルムに1.5Vの電圧をか
けると、正極側のフィルムが伸び、陰極側のフィルムが
収縮して、アクチュエータが湾曲するものである。
There has been proposed an attempt to use polyaniline, which is a conductive polymer, as such a lightweight and flexible actuator (see Applied Physics, Vol. 65, No. 8, pp. 803-810). The actuator using this polyaniline has, for example, a three-layer structure in which two polyaniline films are adhered to both sides of an adhesive tape. When a voltage of 1.5 V is applied to both films in an electrolyte, the positive electrode side The film stretches, the film on the cathode side shrinks, and the actuator bends.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなポリアニリンを使用したアクチュエータでは、電解
液中で作動させる必要があるため、取扱が難しく、電解
液が存在しない空気中や電解質が存在しない純水中では
作動しないなど、応用面での制約が多いという問題があ
った。また、このようなポリアニリンを用いたアクチュ
エータは、変位量が小さく、伸縮率が低く、剛性が高い
などの欠点もあった。
However, since such an actuator using polyaniline needs to be operated in an electrolytic solution, it is difficult to handle the actuator, and it is difficult to handle the actuator in air without electrolytic solution or in pure water without electrolytic solution. There is a problem that there are many restrictions on applications, such as the system does not work inside. In addition, such an actuator using polyaniline has disadvantages such as a small displacement, a low expansion and contraction rate, and a high rigidity.

【0007】さらにまた、アクチュエータに使用される
ポリアニリンは、他の物質との相溶性が悪く、かつ融点
を持たないため、加工が難しいという欠点もあった。本
発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決しよ
うとするものであって、柔軟性に優れ、かつ軽量で、応
答が早く、変位量の大きな人工筋肉体を提供することを
目的としている。
Further, polyaniline used for the actuator has a drawback that it is difficult to process because it has poor compatibility with other substances and has no melting point. An object of the present invention is to solve the problems associated with the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide an artificial muscle having excellent flexibility, light weight, quick response, and large displacement. And

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題および目的を達成するために発
明されたものであって、本発明に係る人工筋肉体は、固
体電解質成形体と、該固体電解質成形体の表面に相互に
絶縁状態で形成されたポリアニリン膜体とから構成さ
れ、前記ポリアニリン膜体に電位差をかけることにより
前記ポリアニリン膜を変形させて、人工筋肉体を所定方
向に変形自在となるように構成したことを特徴とするも
のである。このように構成することによって、電解液の
非存在下にポリアニリン膜への陰イオンの出し入れを行
うことが可能であり、柔軟性に優れ、軽量で、応答が早
く、変位量および変位力の大きな人工筋肉体を得ること
ができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above-mentioned objects and objects of the prior art, and the artificial muscle body according to the present invention comprises a solid electrolyte molded body and A polyaniline film formed in a mutually insulated state on the surface of the solid electrolyte molded body, and deforming the polyaniline film by applying a potential difference to the polyaniline film, thereby moving the artificial muscle body in a predetermined direction. It is characterized by being configured to be deformable. With this configuration, it is possible to move anions into and out of the polyaniline film in the absence of an electrolytic solution, and it is excellent in flexibility, light weight, quick response, and large displacement and displacement force. An artificial muscle can be obtained.

【0009】また、上記人工筋肉体においては、ポリア
ニリン膜体がポリアニリンをビニルスルホンでグラフト
変性した変性ポリアニリン重合体を含んでいることが好
ましい。このようにポリアニリン膜体が変性ポリアニリ
ン重合体を含むことによって、ポリアニリンへの陰イオ
ンの出し入れが円滑に進むため、さらに変位力が大き
く、応答性の速い人工筋肉体が得られる。
In the above artificial muscle, the polyaniline film preferably contains a modified polyaniline polymer obtained by graft-modifying polyaniline with vinyl sulfone. When the polyaniline film contains the modified polyaniline polymer as described above, the introduction and removal of anions into and from the polyaniline proceed smoothly, so that an artificial muscle body having a larger displacement force and a quick response can be obtained.

【0010】さらに、上記人工筋肉体においては、ポリ
アニリン膜体が固体電解質を含むポリアニリン膜体であ
ることが好ましい。このようにポリアニリン膜体が固体
電解質を含むことによって、ポリアニリンへの陰イオン
の出し入れが円滑に進み、かつポリアニリン膜体自体を
柔らかくすることができるので、柔軟性に優れ、変位力
が大きく、応答性の速い人工筋肉体を得ることができ
る。
Further, in the above-mentioned artificial muscle, the polyaniline film is preferably a polyaniline film containing a solid electrolyte. Since the polyaniline film body contains the solid electrolyte as described above, the inflow and outflow of anions into and from the polyaniline can be smoothly performed, and the polyaniline film body itself can be softened. You can get a fast-acting artificial muscle body.

【0011】さらにまた上記人工筋肉体においては、固
体電解質成形体が、陰イオン交換樹脂成形体であること
が好ましい。このように固体電解質成形体が、陰イオン
交換樹脂成形体であると、人工筋肉体の変形の際、ポリ
アニリン膜の変形と同じ方向に陰イオン交換樹脂成形体
も変形するので、さらに変位力および変位量の大きな人
工筋肉体が得られる。
Further, in the artificial muscle body, the solid electrolyte molded body is preferably an anion exchange resin molded body. When the solid electrolyte molded body is an anion exchange resin molded body as described above, when the artificial muscle body is deformed, the anion exchange resin molded body is also deformed in the same direction as the deformation of the polyaniline film. An artificial muscle having a large displacement can be obtained.

【0012】また、上記人工筋肉体においては、前記ポ
リアニリン膜体が、複数対のポリアニリン膜体からなる
ことが好ましい。このように複数対のポリアニリン膜体
から構成されると、任意の方向に変形し、回転が可能な
人工筋肉体を得ることができる。
In the above artificial muscle, the polyaniline film preferably comprises a plurality of pairs of polyaniline films. When a plurality of pairs of polyaniline membranes are used, an artificial muscle body that can be deformed in any direction and rotate can be obtained.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(実施
例)について図面に基づいてより詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

【0014】[人工筋肉体]図1および図2は、本発明
に係る人工筋肉体の最適な実施例を示す概略断面図であ
る。この実施例において、人工筋肉体1は、細長い矩形
平板状の固体電解質成形体2と、該固体電解質成形体2
の両面に相互に絶縁状態で形成された一対のポリアニリ
ン膜体3a,3bとから構成され、この一対のポリアニ
リン膜体3a、3bに電圧を印加することにより、ポリ
アニリン膜体が変形して人工筋肉体1が湾曲変形(屈
曲)するようになっている。
[Artificial Muscle Body] FIGS. 1 and 2 are schematic sectional views showing an optimal embodiment of the artificial muscle body according to the present invention. In this embodiment, the artificial muscle body 1 comprises an elongated rectangular plate-shaped solid electrolyte molded body 2 and the solid electrolyte molded body 2.
And a pair of polyaniline film bodies 3a and 3b formed in a mutually insulated state on both surfaces of the artificial muscle. When a voltage is applied to the pair of polyaniline film bodies 3a and 3b, the polyaniline film body is deformed to generate artificial muscle. The body 1 is configured to bend (bend).

【0015】このポリアニリン膜体3a、3bには、一
対のリード線4a、4bの一端がそれぞれ電気的に接続
されているとともに、この各リード線4a、4bは、電
源5に接続されている。
One end of each of a pair of lead wires 4a, 4b is electrically connected to the polyaniline film body 3a, 3b, and each of the lead wires 4a, 4b is connected to a power supply 5.

【0016】固体電解質成形体2としては、上記矩形平
板状に限定されるものではなく、例えば膜状、円柱状、
円筒状などであってもよい。このような固体電解質成形
体2を構成する固体電解質としては、陰イオン交換樹
脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交換樹脂などが挙げら
れる。陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリ
スチレン、フッ素樹脂などの表面にスルホン酸基、カル
ボキシル基などの官能基が導入されたものが使用され
る。陰イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリス
チレン、フッ素樹脂などの表面にアミノ基などの官能基
が導入されたものが使用される。このうち、本発明で
は、陰イオン交換樹脂が好適に使用される。このような
陰イオン交換樹脂を使用すると、後述するような理由
で、人工筋肉体変形時にポリアニリン膜体に変形と同じ
方向に陰イオン交換樹脂が変形するため、人工筋肉体の
変位量および変位力を大きくすることができる。
The solid electrolyte molded body 2 is not limited to the rectangular flat plate shape, but may be, for example, a film shape, a columnar shape,
It may be cylindrical or the like. Examples of the solid electrolyte constituting the solid electrolyte molded body 2 include an anion exchange resin, a cation exchange resin, and a both ion exchange resin. As the cation exchange resin, those obtained by introducing a functional group such as a sulfonic acid group or a carboxyl group into the surface of polyethylene, polystyrene, fluororesin, or the like are used. As the anion exchange resin, a resin in which a functional group such as an amino group is introduced into the surface of polyethylene, polystyrene, fluororesin, or the like is used. Among them, in the present invention, an anion exchange resin is preferably used. When such an anion exchange resin is used, the anion exchange resin is deformed in the polyaniline film body in the same direction as the deformation at the time of deformation of the artificial muscle body for the reason described later, so that the displacement amount and the displacement force of the artificial muscle body are changed. Can be increased.

【0017】ポリアニリン膜体3a、3bは、下記一般
式[1]で表されるポリアニリンからなる。
The polyaniline films 3a and 3b are made of polyaniline represented by the following general formula [1].

【0018】[0018]

【化1】 Embedded image

【0019】このようなポリアニリンは、アニリンを塩
酸に溶解した水溶液にペルオキソ二硫酸アンモニウムを
添加し、アニリンを重合することによって得ることがで
きる。
Such a polyaniline can be obtained by adding ammonium peroxodisulfate to an aqueous solution of aniline dissolved in hydrochloric acid and polymerizing the aniline.

【0020】また、ポリアニリン膜体3a、3bは、上
記一般式[1]で表されるポリアニリンにビニルスルホ
ン酸がグラフト共重合した変性ポリアニリン重合体であ
ってもよい。なお、ビニルスルホン酸は、Na、Kなど
の塩化合物、エステル化合物などの誘導体であってもよ
い。このようなグラフト共重合は、ポリアニリンに電子
線を照射したのち、該ポリアニリンをビニルスルホン酸
水溶液に浸漬することによって行うことができる。さら
にまた、上記一般式[1]で表されるポリアニリンに
は、ビニルスルホン酸以外にポリアクリル酸がグラフト
共重合されていてもよい。
The polyaniline film bodies 3a and 3b may be modified polyaniline polymers obtained by graft copolymerization of vinyl sulfonic acid with polyaniline represented by the general formula [1]. Note that the vinyl sulfonic acid may be a derivative such as a salt compound such as Na or K or an ester compound. Such graft copolymerization can be performed by irradiating polyaniline with an electron beam and then immersing the polyaniline in an aqueous solution of vinyl sulfonic acid. Furthermore, polyacrylic acid other than vinylsulfonic acid may be graft-copolymerized to the polyaniline represented by the general formula [1].

【0021】さらにまた、ポリアニリン膜体3a、3b
は、固体電解質が配合されたものであってもよい。固体
電解質としては、固体電解質成形体2を構成する固体電
解質と同様のものが例示され、このような固体電解質
は、固体電解質成形体2に使用されるものと同一のもの
であっても、異なるものであってもよい。
Furthermore, the polyaniline film bodies 3a, 3b
May contain a solid electrolyte. As the solid electrolyte, those similar to the solid electrolyte constituting the solid electrolyte molded body 2 are exemplified. Such a solid electrolyte is different even if it is the same as that used for the solid electrolyte molded body 2. It may be something.

【0022】ポリアニリン膜体中の固体電解質は、ポリ
アニリン100重量部に対し、固体電解質が0.1〜2
0重量部、好ましくは0.5〜5重量部の量で含まれて
いることが望ましい。
The solid electrolyte in the polyaniline film is 0.1 to 2 parts by weight per 100 parts by weight of polyaniline.
It is desirably contained in an amount of 0 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight.

【0023】このような固体電解質のポリアニリンへの
配合は、ポリアニリンの溶解液に、固体電解質の溶解液
を添加し、混合したのち、乾燥して、溶剤を除去するこ
とによって行うことができる。なお、ポリアニリンを溶
解する溶剤としては、通常、n-メチルピロリドンなどが
使用される。また、固体電解質を溶解する溶剤として
は、アルコールが使用される。
The compounding of the solid electrolyte into the polyaniline can be carried out by adding the solution of the solid electrolyte to the solution of the polyaniline, mixing, drying and removing the solvent. As a solvent for dissolving polyaniline, n-methylpyrrolidone or the like is usually used. Alcohol is used as a solvent for dissolving the solid electrolyte.

【0024】固体電解質は、ポリアニリン中に均一に分
散していることが人工筋肉体の変位量を大きくすること
ができるので望ましく、また、このようにポリアニリン
中に固体電解質が配合されていると、剛性が低く、柔軟
性に優れた人工筋肉体を得ることができる。
It is desirable that the solid electrolyte is uniformly dispersed in polyaniline because the displacement of the artificial muscle body can be increased, and when the solid electrolyte is blended in polyaniline as described above, An artificial muscle body having low rigidity and excellent flexibility can be obtained.

【0025】このようなポリアニリン膜体3a、3b
は、固体電解質成形体2表面に固体電解質をアルコール
などの溶剤に溶解したものを塗布し、該塗布面にポリア
ニリン膜体を貼着させることによって接合される。ま
た、固体電解質をアルコールなどの溶剤に溶解したもの
を塗布して形成した固体電解質層を有する固体電解質成
形体2を、ポリアニリンが溶解した液に浸漬したのち、
取り出し、乾燥することによって、ポリアニリン膜体を
固体電解質成形体2に接合することもできる。
Such polyaniline film bodies 3a, 3b
Is applied by applying a solution obtained by dissolving the solid electrolyte in a solvent such as alcohol to the surface of the solid electrolyte molded body 2 and attaching a polyaniline film to the applied surface. Further, after immersing the solid electrolyte molded body 2 having a solid electrolyte layer formed by applying a solid electrolyte dissolved in a solvent such as alcohol into a liquid in which polyaniline is dissolved,
By taking out and drying, the polyaniline film can be joined to the solid electrolyte molded body 2.

【0026】リード線4a,4bの材質としては、銅、
鉄、アルミニウム、金、白金などの一般的に導電性の材
料を利用することが可能であり、必要に応じて、メッキ
または絶縁被覆を施すことができる。
The material of the lead wires 4a and 4b is copper,
Generally conductive materials such as iron, aluminum, gold, platinum and the like can be utilized and can be plated or insulated as required.

【0027】本発明に係る人工筋肉体では、必要に応じ
て、ポリアニリン膜体3a、3bの表面に固体電解質層
が形成されていてもよい。このようにポリアニリン膜体
3a、3bの表面に固体電解質層が形成されていると、
後述するポリアニリン膜体への陰イオンの出し入れが、
ポリアニリン膜体と固体電解質成形体との間以外に、ポ
リアニリン膜体と固体電解質層との間でも行われるた
め、人工筋肉体の応答性を速くすることができる。
In the artificial muscle body according to the present invention, a solid electrolyte layer may be formed on the surface of the polyaniline film bodies 3a and 3b, if necessary. When the solid electrolyte layer is formed on the surfaces of the polyaniline film bodies 3a and 3b,
The inflow and outflow of anions into and from the polyaniline film body described below,
Since the reaction is performed not only between the polyaniline membrane and the solid electrolyte molded body but also between the polyaniline membrane and the solid electrolyte layer, the responsiveness of the artificial muscle body can be increased.

【0028】この実施例においては、固体電解質成形体
2として、厚さ0.15mm、幅2mm、長さ30mmの固体
電解質成形体を使用し、この両面に厚さ5〜20μmの
ポリアニリン膜体が接合された人工筋肉体を構成すると
ともに、電源5として1.5Vの直流電源を使用してい
る。
In this embodiment, a solid electrolyte molded body having a thickness of 0.15 mm, a width of 2 mm, and a length of 30 mm is used as the solid electrolyte molded body 2, and a polyaniline film having a thickness of 5 to 20 μm is formed on both surfaces thereof. A combined artificial muscle body is used, and a 1.5 V DC power supply is used as the power supply 5.

【0029】このような人工筋肉体の作動原理は明確で
はないが、ポリアニリン膜体3a,3bに電位差がかか
ることで、図2に示すように固体電解質成形体2中の陰
イオンが、陰極3bから陽極3aに移動して、陽極のポ
リアニリンの高分子鎖に陰イオンが挿入され、陽極のポ
リアニリンは高分子鎖の嵩が増大しているものと推定さ
れる。また、陽極のポリアニリンの高分子鎖に陰イオン
が挿入されることによって、陽極のポリアニリン分子内
の静電反発力が増大し、さらにπ電子の非局在化によっ
て屈曲した高分子鎖を剛直にする構造変化が起きている
ものと推定される。このような原理により、陽極側のポ
リアニリンが伸長し、陰極側のポリアニリンが縮小し
て、人工筋肉体が湾曲していると考えられる(応用物理
第65巻第8号 第803〜810頁参照)。
Although the operating principle of such an artificial muscle body is not clear, the potential difference between the polyaniline film bodies 3a and 3b causes the anions in the solid electrolyte molded body 2 to be converted into the cathode 3b as shown in FIG. From the anode 3a, the anion is inserted into the polymer chain of the polyaniline of the anode, and it is presumed that the bulk of the polymer chain of the anode polyaniline is increased. In addition, the insertion of anions into the polyaniline polymer chain at the anode increases the electrostatic repulsion within the polyaniline molecule at the anode, and further rigidizes the polymer chain bent by delocalization of π electrons. It is presumed that the following structural change has occurred. By such a principle, it is considered that the polyaniline on the anode side expands, the polyaniline on the cathode side shrinks, and the artificial muscle body is curved (see Applied Physics, Vol. 65, No. 8, pp. 803-810). .

【0030】また、ポリアニリンにビニルスルホン酸で
グラフトされていると、グラフト鎖によって陰イオンの
出し入れが円滑に進むため、人工筋肉体の変位力が大き
く、応答性が速くなると推定される。
Further, when polyaniline is grafted with vinyl sulfonic acid, the anion is smoothly put in and out by the graft chain, so that it is estimated that the displacement force of the artificial muscle body is large and the response is fast.

【0031】また、固体電解質成形体2として、陰イオ
ン交換樹脂成形体が使用されている場合、陰イオン交換
樹脂中の陰イオンが陽極側に移動し、かつ、この陰イオ
ンに伴われて水分子が陰イオン交換樹脂内で移動するた
め、陰イオン交換樹脂の陽極側と陰極側との間に水分量
の差が生じ、含水率の高い陽極側が膨潤し、含水率に低
い陰極側が収縮することによって、陰イオン交換樹脂も
湾曲しているものと考えられる。このため、固体電解質
成形体2として、陰イオン交換樹脂を使用すると、ポリ
アニリン膜体3a,3bの変形方向と陰イオン交換樹脂
の変形方向とが同じ方向となるので、両作用が相乗して
変形が促進され、高い変位力の誘導体が得られる。
When an anion exchange resin molded article is used as the solid electrolyte molded article 2, an anion in the anion exchange resin moves to the anode side, and water is accompanied by the anion. Since the molecules move in the anion exchange resin, a difference in water content occurs between the anode side and the cathode side of the anion exchange resin, the anode side having a high water content swells, and the cathode side having a low water content shrinks. Thus, it is considered that the anion exchange resin is also curved. For this reason, if an anion exchange resin is used as the solid electrolyte molded body 2, the deformation direction of the polyaniline membranes 3a, 3b and the deformation direction of the anion exchange resin are the same, and both actions are synergistically deformed. Is promoted, and a derivative with a high displacement force is obtained.

【0032】以上のような本発明に係る人工筋肉体は、
通常、固体電解質成形体が含水している状態で使用され
る。このとき、水中にはNaClなどの電解質が存在し
ていてもよい。このような電解質を存在させることによ
り、人工筋肉体の変位特性を安定化することができる。
また、固体電解質が含水状態にあれば、電解質がポリア
ニリン膜体の回りに存在していない純水中、空気中であ
っても、人工筋肉体を作動することができる。
The artificial muscle body according to the present invention as described above
Usually, it is used in a state where the solid electrolyte molded body is hydrated. At this time, an electrolyte such as NaCl may be present in the water. The presence of such an electrolyte can stabilize the displacement characteristics of the artificial muscle body.
In addition, when the solid electrolyte is in a water-containing state, the artificial muscle body can be operated even in pure water or in air where the electrolyte does not exist around the polyaniline membrane.

【0033】また、このような本発明に係る人工筋肉体
は、一定の電圧をかけている間はポリアニリンが伸縮し
ているので、変位を固定することができる。
In the artificial muscle body according to the present invention, the displacement can be fixed because the polyaniline expands and contracts while a constant voltage is applied.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
電解液が存在しない空気中や電解質が存在しない純水中
で作動し、かつ、変位量が大きく、伸縮率が高く、柔軟
な人工筋肉体を得ることができる。
Since the present invention has the above configuration,
It is possible to obtain a flexible artificial muscle body that operates in the air where no electrolyte is present or in pure water where no electrolyte is present, and has a large displacement, a high degree of expansion and contraction, and a high degree of elasticity.

【0035】したがって、本発明に係る人工筋肉体をマ
イクロデバイスの案内部材本体の先端部に接合すると、
操作制御部による操作によって、任意かつ積極的に湾曲
(変形)させることができるので、案内部材本体の先端
部に接続した、ハサミ、鉗子、スネア、レーザメス、ス
パチュラなどのマイクロサージェリーの医療器具、各種
センサー、工具などのマイクロデバイスの誘導性能を向
上することができ、これによって、目的部位へ任意の方
向に向けることができ、その操作が熟練を要することな
く、迅速かつ容易に行うことができる。
Therefore, when the artificial muscle body according to the present invention is joined to the tip of the guide member body of the micro device,
Microsurgery medical instruments, such as scissors, forceps, snares, laser scalpels, and spatula, connected to the tip of the guide member main body can be arbitrarily and positively bent (deformed) by the operation of the operation control section. The guidance performance of microdevices such as various sensors and tools can be improved, so that it can be directed to a target site in any direction, and the operation can be performed quickly and easily without skill. .

【0036】従って、このようなマイクロデバイスおよ
びそれを備えたマイクロマシンを、例えば、眼球手術、
腹腔鏡下手術、微少血管縫合手術などのマイクロサージ
ェリー技術においてピンセット、ハサミ、鉗子、スネ
ア、レーザメス、スパチュラ、クリップなどの医療器具
に適用すれば、検査や治療時における患者に与える苦痛
を極力和らげ、患者に対する肉体的、精神的負担を低減
することができる。
Therefore, such a micro device and a micro machine provided with the micro device can be used, for example, in eye surgery,
Application to medical instruments such as tweezers, scissors, forceps, snares, laser scalpels, spatula, clips, etc. in microsurgery technologies such as laparoscopic surgery and microvascular suturing surgery, alleviates the pain given to patients during examination and treatment as much as possible Thus, the physical and mental burden on the patient can be reduced.

【0037】また、このようなマイクロデバイスおよび
それを備えたマイクロマシンを、発電設備等のプラン
ト、航空機エンジン等の機械システムの配管系統やエン
ジン内部等の検査、補修等を行う各種センサーや、補修
用工具などに適用すれば、補修作業に手間や時間を要せ
ず、確実に行うことが可能となる。
Further, such a micro device and a micro machine provided with the micro device are used for various sensors for inspecting and repairing a plant such as a power generation facility, a piping system of a mechanical system such as an aircraft engine, the inside of an engine, and the like. If the present invention is applied to a tool or the like, the repair work can be reliably performed without requiring labor and time.

【0038】また、本発明に係る人工筋肉体は、上記以
外に、高周波振動によるマイクロポンプ、リハビリ用補
助動力マッサージ器などの健康器具、湿度計、湿度計コ
ントロール装置、ソフトマニュピュレーター、水中バル
ブ、ソフト運搬装置などの工業用機器、金魚および海草
などの水中モービル、動く釣り餌および推進ヒレなどの
ホビー用品などにも好適に使用することができる。
In addition to the above, the artificial muscle body according to the present invention may be used in addition to the above, such as a micropump using high-frequency vibration, a health appliance such as an auxiliary power massager for rehabilitation, a hygrometer, a hygrometer controller, a soft manipulator, and an underwater valve It can also be suitably used for industrial equipment such as soft transport equipment, underwater mobiles such as goldfish and seaweed, and hobby supplies such as moving fishing baits and propelling fins.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもので
はない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0040】[0040]

【実施例1】厚さ0.15mm、幅2mm、長さ30mmの固
体電解質成形体(ナフィオン117、デュポン製)を、
固体電解質のアルコール溶液に浸漬したのち、取り出
し、室温乾燥して、固体電解質成形体上に固体電解質の
薄膜を形成した。
Example 1 A solid electrolyte molded article (Nafion 117, manufactured by Dupont) having a thickness of 0.15 mm, a width of 2 mm, and a length of 30 mm was prepared as follows.
After being immersed in an alcohol solution of the solid electrolyte, it was taken out and dried at room temperature to form a thin film of the solid electrolyte on the solid electrolyte molded body.

【0041】次いで、固体電解質成形体を、ポリアニリ
ンの8%n-メチルピロリドン溶液に浸漬したのち、取り
出し、60℃で5時間乾燥して固体電解質薄膜上にポリ
アニリン膜体を形成した。
Next, the solid electrolyte molded article was immersed in an 8% solution of polyaniline in n-methylpyrrolidone, taken out, and dried at 60 ° C. for 5 hours to form a polyaniline film on the solid electrolyte thin film.

【0042】形成したポリアニリン膜体の4辺をカッタ
ーで切断し、ポリアニリン膜体間を絶縁したのち、さら
にポリアニリン膜体を固体電解質のアルコール溶液に浸
漬し乾燥して、ポリアニリン膜体上に固体電解質層を形
成して人工筋肉体を作製した。
After cutting the four sides of the formed polyaniline film with a cutter to insulate between the polyaniline films, the polyaniline film is immersed in an alcohol solution of a solid electrolyte and dried to form a solid electrolyte on the polyaniline film. A layer was formed to produce an artificial muscle body.

【0043】得られた人工筋肉体のポリアニリン膜体と
電源とをリード線を介して電気的に接続し、蒸留水中で
1.5Vの電圧を印加したところ、マイナス側に先端部
が2mm動いた。
When the obtained polyaniline film of the artificial muscle was electrically connected to a power source via a lead wire, and a voltage of 1.5 V was applied in distilled water, the tip moved 2 mm to the minus side. .

【0044】[0044]

【実施例2】固体電解質として、陰イオン交換樹脂を使
用した以外は、実施例1と同様に人工筋肉体を作製し
た。得られた人工筋肉体に、蒸留水中で1.5Vの電圧
を印加したところ、マイナス側に人工筋肉体先端部が
3.2mm動いた。
Example 2 An artificial muscle body was prepared in the same manner as in Example 1 except that an anion exchange resin was used as a solid electrolyte. When a voltage of 1.5 V was applied to the obtained artificial muscle in distilled water, the tip of the artificial muscle moved 3.2 mm to the minus side.

【0045】[0045]

【実施例3】実施例1と同様にして固体電解質の薄膜を
形成した固体電解質成形体を、ポリアニリンの8%n-メ
チルピロリドン溶液と固体電解質の5%アルコール溶液
との混合液(固体電解質成分2重量%)に浸漬したの
ち、取り出し、60℃で5時間乾燥して固体電解質上に
ポリアニリン膜体を形成した。
Example 3 A solid electrolyte formed body having a solid electrolyte thin film formed in the same manner as in Example 1 was mixed with a mixed solution of a polyaniline 8% n-methylpyrrolidone solution and a solid electrolyte 5% alcohol solution (solid electrolyte component). 2% by weight), taken out, and dried at 60 ° C. for 5 hours to form a polyaniline film on the solid electrolyte.

【0046】形成したポリアニリン膜体を実施例1と同
様にして絶縁したのち、実施例1と同様にして人工筋肉
体を作製した。得られた人工筋肉体に、蒸留水中で1.
5Vの電圧を印加したところ、マイナス側に人工筋肉体
先端部が2.8mm動いた。
After the formed polyaniline film was insulated in the same manner as in Example 1, an artificial muscle was produced in the same manner as in Example 1. Add the resulting artificial muscle body to distilled water in 1.
When a voltage of 5 V was applied, the tip of the artificial muscle body moved 2.8 mm in the negative direction.

【0047】[0047]

【実施例4】粉末状のポリアニリンをビニール袋に薄く
のばして入れ、これを、電子線照射装置内を通過させ
て、2Mradの電子線をビニール袋を通してポリアニリン
に照射した。
Example 4 Polyaniline in the form of powder was stretched thinly into a plastic bag, passed through an electron beam irradiation apparatus, and irradiated with 2 Mrad of electron beam through the plastic bag.

【0048】電子線照射後のポリアニリン粉末を、10
%p-スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液に添加し、攪
拌しながら、70℃で2時間グラフト反応を行いグラフ
ト変性ポリアニリンを得た。
After irradiating the polyaniline powder with the electron beam,
% Of sodium p-styrenesulfonate, and agitated at 70 ° C. for 2 hours with stirring to obtain a graft-modified polyaniline.

【0049】得られたグラフト変性ポリアニリンをn-メ
チルピロリドンに溶解して、グラフト変性ポリアニリン
の8%n-メチルピロリドン溶液を調製し、実施例1と同
様にして、人工筋肉体を作製した。得られた人工筋肉体
に、蒸留水中で1.5Vの電圧を印加したところ、マイ
ナス側に人工筋肉体先端部が3.1mm動いた。
The obtained graft-modified polyaniline was dissolved in n-methylpyrrolidone to prepare an 8% n-methylpyrrolidone solution of the graft-modified polyaniline, and an artificial muscle body was prepared in the same manner as in Example 1. When a voltage of 1.5 V was applied to the obtained artificial muscle in distilled water, the tip of the artificial muscle moved 3.1 mm to the minus side.

【0050】[0050]

【比較例1】ポリアニリンの8%n-メチルピロリドン溶
液を水平においたスライドガラス板上に均一な厚さに展
開したのち、50℃に加熱して、溶媒を蒸発させて、4
0μmのポリアニリンフィルムを得た。得られた2枚の
ポリアニリンフィルムを両面テープで貼着させ、人工筋
肉体を作製した。
Comparative Example 1 An 8% solution of polyaniline in n-methylpyrrolidone was spread to a uniform thickness on a horizontal slide glass plate, and then heated to 50 ° C. to evaporate the solvent.
A 0 μm polyaniline film was obtained. The obtained two polyaniline films were adhered with a double-sided tape to produce an artificial muscle body.

【0051】得られた人工筋肉体について、1molのH
Cl水溶液中で1.5Vの電圧を印加したところ、マイ
ナス側に人工筋肉体先端部が3.7mm動いた。
With respect to the obtained artificial muscle body, 1 mol of H
When a voltage of 1.5 V was applied in a Cl aqueous solution, the tip of the artificial muscle moved 3.7 mm to the minus side.

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

【図1】本発明の人工筋肉体の電圧無印加状態の概略断
面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an artificial muscle body of the present invention in a state where no voltage is applied.

【図2】本発明の人工筋肉体の電圧印加状態の概略断面
図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the artificial muscle body of the present invention in a state where a voltage is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・人工筋肉体 2・・・・固体電解質成形体 3a、3b・・・・ポリアニリン膜体 4a、4b・・・・リード線 5・・・・電源 1 ··· Artificial muscle body 2 ··· Solid electrolyte molded body 3a, 3b ··· Polyaniline film body 4a, 4b ··· Lead wire 5 ··· Power supply

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体電解質成形体と、該固体電解質成形体
の表面に相互に絶縁状態で形成されたポリアニリン膜体
とから構成される人工筋肉体であって、 前記ポリアニリン膜体に電位差をかけることにより前記
ポリアニリン膜体を変形させて、人工筋肉体を所定方向
に変形自在となるように構成したことを特徴とする人工
筋肉体。
1. An artificial muscle body comprising a solid electrolyte molded body and a polyaniline film formed in a mutually insulated state on the surface of the solid electrolyte molded body, wherein a potential difference is applied to the polyaniline film. An artificial muscle body characterized in that the polyaniline film body is thereby deformed so that the artificial muscle body can be deformed in a predetermined direction.
【請求項2】前記ポリアニリン膜体が、ポリアニリンを
ビニルスルホンでグラフト変性した変性ポリアニリン重
合体を含むことを特徴とする請求項1に記載の人工筋肉
体。
2. The artificial muscle body according to claim 1, wherein the polyaniline film body contains a modified polyaniline polymer obtained by graft-modifying polyaniline with vinyl sulfone.
【請求項3】前記ポリアニリン膜体が固体電解質を含む
ポリアニリン膜体であることを特徴とする請求項1また
は2に記載の人工筋肉体。
3. The artificial muscle body according to claim 1, wherein the polyaniline film is a polyaniline film containing a solid electrolyte.
【請求項4】前記固体電解質成形体が、陰イオン交換樹
脂成形体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
かに記載の人工筋肉体。
4. The artificial muscle body according to claim 1, wherein the solid electrolyte molded body is an anion exchange resin molded body.
【請求項5】前記ポリアニリン膜体が、複数対のポリア
ニリン膜体からなることを特徴とする請求項1〜4のい
ずれかに記載の人工筋肉体。
5. The artificial muscle body according to claim 1, wherein said polyaniline film comprises a plurality of pairs of polyaniline films.
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