WO2008007526A1 - Wiring connection structure in polymer actuator or polymer sensor - Google Patents

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WO2008007526A1
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wiring connection
metal electrode
connection structure
polymer
wiring
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PCT/JP2007/062417
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Japanese (ja)
Inventor
Ryo Yoshitomi
Original Assignee
Eamex Corporation
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/006Motors

Definitions

  • the present invention relates to a wiring connection structure in a polymer actuator or polymer sensor in which a metal electrode layer is formed on the surface of an ion exchange resin layer.
  • polymer actuators are also used as polymer sensors because an electromotive force is generated when an external force is applied to the ion exchange resin layer, and impedance changes when moisture contained in the outside air is absorbed.
  • the polymer actuator and the polymer sensor are collectively referred to as a polymer actuator or the like.
  • a wiring connection structure in order to apply a voltage to this polymer actuator or the like or to perform electrical detection.
  • a wiring connection region set on a metal electrode layer is sandwiched by hard bracket parts with a metal electrode plate for wiring interposed therebetween, and screw connection is performed.
  • a high molecular weight actuator or the like swells or contracts depending on the environment, and therefore it is necessary to perform wiring connection in a state where a pressure is applied.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-172635
  • the conventional wiring connection structure described above has the following problems.
  • the above structure is relatively large even though the polymer activator is formed in a thin sheet. It has a large thickness and a relatively large protrusion.
  • the presence of such protrusions has a problem in that the installation location of the polymer actuator or the like is limited or the size of the apparatus used is increased.
  • when attaching a polymer actuator or the like there is a demand to attach to a curved surface instead of a flat surface. In such a case, if a hard bracket part is used, the degree of freedom with respect to the mounting surface is lost.
  • a wiring connection structure that can stably maintain the pressurized pressure against environmental changes such as temperature and humidity is also required.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem is that the degree of freedom in attaching a polymer actuator or the like can be increased and a large protruding portion can be eliminated to stably maintain a pressurized pressure. Is to provide a simple wiring connection structure.
  • a wiring connection structure of a polymer actuator or the like is a wiring connection structure in a polymer actuator or a high molecular sensor in which a metal electrode layer is formed on the surface of an ion exchange resin layer.
  • a wiring connection region set on the metal electrode layer, a metal electrode plate for wiring, and a flexible sheet are laminated in this order, and the laminated portion is compressed in the laminating direction to apply pressure. In this state, they are combined by the connecting means.
  • the coupling means according to the present invention is a resin rivet, and the laminated portion is penetrated by the rivet. It is preferable to bind by caulking.
  • the rivet is made of resin so that ions in the polymer activator do not react. Resin rivets can be joined by, for example, heat caulking. Bonding with resin rivets is performed in a state where the laminated portion is compressed in advance, and after the bonding is completed, a state where a pressurized pressure is applied is maintained.
  • the metal electrode plate for wiring is preferably formed of a metal foil.
  • the thickness of the laminated portion can be reduced and the flexibility can be further increased.
  • the flexible sheet according to the present invention is preferably a resin sheet.
  • a resin sheet By using a resin sheet, the thickness of the laminated portion can be reduced, and a pressure can be easily applied.
  • a thread having no electrical conductivity can be used, and a structure in which the stacked portion is sewn with a thread is also preferable.
  • a thread having no electrical conductivity By performing sewing with a thread, it is possible to provide a connection structure with almost no protrusions.
  • sewing with a thread has the advantage that flexibility can be secured while firmly connecting the members.
  • the flexible sheet according to the present invention is preferably a leather or sponge-like resin sheet.
  • a sheet of strong material it is possible to facilitate sewing with thread.
  • FIG. 2 is a diagram showing a wiring connection structure that works according to the first embodiment.
  • FIG. 3 A diagram showing a wiring connection structure that works according to the second embodiment.
  • a preferred embodiment of a wiring connection structure such as a polymer actuator according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the polymer actuator will be described.
  • resins examples include perfluorosulfonic acid resin (trade name “Nafion”, manufactured by DuPont), perfluorocarboxylic acid resin (trade name “Flemion”, manufactured by Asahi Glass), ACIPLEX ( Asahi Kasei Kogyo), NEOSEPTA (Tokuyama) Can be used.
  • the ion exchange resin preferably has flexibility.
  • the ion exchange resin is swollen with a liquid organic compound.
  • the ion exchange resin can become a gel electrolyte by being swollen.
  • the degree of swelling is not particularly limited, but the degree of swelling of the polymer activator, that is, the thickness of the polymer electrolyte in a dry state, is not limited.
  • the rate of increase in thickness in the swollen state is preferably 3 to 200%, more preferably 5 to 60%.
  • the displacement bending performance is inferior, and when the degree of swelling is greater than 3 ⁇ 400%, the displacement bending performance is also inferior and the tensile strength is further greatly reduced. End up.
  • the force metal electrode contained in the ion exchange resin is porous, a part of the solvent may be contained in the metal electrode together with a salt.
  • a polar organic solvent containing a salt or an ion liquid is used as the liquid organic compound used in the present invention.
  • the ionic liquid can be used alone, but in the case of a polarizable organic solvent, a salt containing ions serving as charge carriers is required. However, the ionic liquid may be used as the salt. This is because these liquid organic compounds easily move in the ion exchange resin when a potential difference is given to the ion exchange resin.
  • the liquid organic compound is an organic compound that is liquid at normal temperature and pressure, and particularly preferably has a boiling point of 180 ° C. or higher or a decomposition temperature. In this case, the solvent is less likely to vaporize.
  • the polarizable organic solvent is preferably an organic compound having a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher, but is particularly preferably a polarizable organic solvent having a boiling point of 245 ° C. or higher.
  • preferred polarizable organic solvents include diethylene glycol, glycerin, sulfolane, propylene carbonate, butyrolatathone or mixtures thereof. Among them, diethylene glycol, glycerin, sulfolane or a mixture of these Especially preferred to be a compound.
  • the salt contained in the polarizable organic solvent is not particularly limited as long as it is a salt that can be dissolved in the polarizable organic solvent.
  • the ion exchange resin forms a counter ion with a cation.
  • a salt of a trivalent cation can be used, and the use of a monovalent cation such as Na + K + Li + is preferable because it can be bent or displaced greatly. It is more preferable to use a larger alkylammonium ion because it can be bent or displaced more greatly.
  • Examples of the alkyl ammonium include CH N + HCH N + H (CH) N + H (CH) N + H (CH) N + H (CH) N + H (CH) N + H (CH)
  • Ammonium ions having CH CH N + H and aliphatic hydrocarbons as substituents, or ammonium ions having alicyclic cyclic hydrocarbons in addition to hydrocarbons as functional groups can be used.
  • the concentration of the salt is 0.0 :! 1 Omol / 1 in order to obtain sufficient bending or displacement if it is contained as a concentration equal to or higher than the functional group of the ion exchange resin.
  • 0.:! 1. Omol / 1 is more preferred.
  • Preferred examples of the ionic liquid include, but are not limited to, tetraalkyl ammonium ions, imidazolium ions, alkyl pyridinium ions, virazolium ions, pyrrolium ions, pyrrolium ions, pyrrolidinium ions, and piberyl ions. At least one cation selected from the group consisting of genium ions,
  • Trimethylpropylammonium, trimethylhexylammonium, and tetrapentylammonium can be used.
  • a dialkyl imidazolium ion and / or a trialkylimidazolium ion can be used.
  • the imidazolium cation is not particularly limited, but includes 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1-hexyl_3-methylimidazolium ion, 1-butyl_3-methylimidazolium ion, 1 , 3 _dimethyl imidazolium ion, 1 _methyl _ 3 -ethyl imidazolium ion, 1, 2, 3 _trimethyl imidazolium ion, 1,2-dimethyl _ 3 -ethyl imidazolium ion, 1, 2—
  • Examples thereof include dimethyl-3-propyl imidazolium ion and 1-butyl-1,2,3-dimethylimidazolium ion.
  • the alkylpyridinium cation is not particularly limited, but N-butyl pyridinium ion, N-methylpyridinium ion, N-ethylpyridinium ion, N — Examples include propylpyridinium ion, 1-ethyl1-2-methylpyridinium, 1-butyl-1, 4-methylpyridinium, 1_butyl-1,2,4-dimethylpyridinium. .
  • the pyrazolium cation is not particularly limited, but 1, 2 dimethylpyrazolium ion, 1-ethyl-2-methyl virazolium ion, 1 propyl 2-methyl virazolium ion, 1 petitru 2-methyl Examples of virazolium ions
  • the pyrrolium cation is not particularly limited, and examples thereof include 1,1-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-1 methylpyrrolium ion, 1-methyl-1 propylpyrrolium ion, and 1-butyl-1 methylpyrrolium ion. can do.
  • a pair of metal electrodes is an ideal state where a pair of metal electrodes exist in parallel. However, it is not necessary for both electrodes to be completely parallel, so long as the actuator element can be displaced by applying a voltage to both metal electrodes, it may be slightly deviated from parallel. However, as the deviation from parallel occurs, the bending and deformation efficiency per Coulomb amount changes.
  • the polymer actuator used in the present invention can be driven for a long time without being coated, but may be further coated with a flexible resin.
  • the resin is not particularly limited, but polyurethane resin and / or silicon resin can be used.
  • the polyurethane resin is not particularly limited, but it is particularly preferable to use a flexible thermoplastic polyurethane because of its high flexibility and good adhesion.
  • FIG. 2 is a diagram showing a wiring connection structure according to the first embodiment.
  • a wiring connection region la is set on the metal electrode layer 11 of the polymer actuator 1.
  • the wiring connection area la is set on both the front and back sides of the high-molecular-weight actuator 1.
  • a pair of metal electrode plates 2 for wiring are disposed on both the front and back sides of the polymer actuator 1, and a pair of sheets 3 are disposed on the surface side thereof.
  • the laminated portion is formed by sandwiching the front and back surfaces of the polymer actuator 1 between the metal electrode plate 2 and the resin sheet 3, and this laminated portion is joined by the resin rivet 4 (corresponding to the joining means). To do.
  • the resin rivet 4 corresponding to the joining means.
  • holes are formed at predetermined positions of the polymer actuator 1, the metal electrode plate 2, and the resin sheet 3. In the illustrated example, the number of holes is two, but the number, size, arrangement, etc. of the holes are not limited to a specific form.
  • the thickness of the laminated portion can be reduced. Further, the protruding portion in the laminated portion is only the portion crushed with the head 4a of the resin rivet 4 and heat caulking, and the protruding height can be suppressed. Moreover, the laminated portion has flexibility as a whole, and can be attached not only to a flat surface but also to a curved surface. Accordingly, the degree of freedom of attachment of the polymer actuator 1 is increased, and the application range is expanded. In addition, a pressurized state can be maintained regardless of changes in environmental conditions (temperature and humidity).
  • This actuator can also be used as a polymer sensor.
  • the structure of the polymer actuator 1 shown in FIG. 1 is that an electromotive force is generated when an external force is applied to the ion exchange resin layer 10, and the impedance changes when water contained in the external air is absorbed.
  • it is also used as a humidity sensor.
  • the above wiring connection structure can be applied as it is.

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

This invention provides a wiring connection structure which can increase the degree of freedom in the attachment of a polymer actuator and a polymer sensor and, at the same time, has no large protrusions and can stably maintain a precompressed state. The wiring connection structure is adapted for use in a polymer actuator (1) or a polymer sensor, in which a metal electrode layer (11) is formed on a surface of an ion exchange resin layer (10), and is characterized in that a wiring connection region (1a) set on the metal electrode layer (11), a metal electrode plate (2) for wiring, and a flexible sheet (3) are stacked on top of each other in that order followed by joining by joining means in such a state that the stacked part has been compressed to impart precompression in the stacked direction. The joining means is a resin rivet (4). Regarding the joining, a method is preferably adopted in which the rivet (4) is extended through the stacked part, and the joining is carried out by thermal caulking. The metal electrode plate (2) for wiring is preferably formed of a metal foil. The flexible sheet (3) is preferably a resin sheet. An alternative method may also be used in which an electrically nonconductive string (5) is used as the joining means and the stacked part is sewed with the string (5).

Description

明 細 書  Specification
高分子ァクチユエータ又は高分子センサーにおける配線接続構造 技術分野  Wiring connection structure in polymer actuator or polymer sensor
[0001] 本発明は、イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された高分子ァクチユエ ータ又は高分子センサーにおける配線接続構造に関するものである。  The present invention relates to a wiring connection structure in a polymer actuator or polymer sensor in which a metal electrode layer is formed on the surface of an ion exchange resin layer.
背景技術  Background art
[0002] 従来、高分子ァクチユエータの 1つとして、イオン交換樹脂層と、このイオン交換樹 脂層の表面に相互に絶縁状態で形成された金属電極層とを備えたイオン伝導ァク チユエータが知られている(例えば、下記特許文献 1)。この高分子ァクチユエータは Conventionally, as one of polymer actuators, there has been known an ion conduction actuator comprising an ion exchange resin layer and a metal electrode layer formed in an insulating state on the surface of the ion exchange resin layer. (For example, Patent Document 1 below). This polymer activator
、金属電極層の間に電位差をかけて、イオン交換樹脂層に湾曲及び変形を生じさせ ることで、ァクチユエータとして機能させるものである。また、高分子ァクチユエータは 、イオン交換樹脂層に外力を作用させると起電力が生じたり、外気に含まれる水分を 吸収するとインピーダンスが変わることから、高分子センサーとしての利用も図られて いる。以下、高分子ァクチユエータと高分子センサーを合わせて高分子ァクチユエ一 タ等と称する。 In addition, a potential difference is applied between the metal electrode layers to cause the ion exchange resin layer to bend and deform, thereby functioning as an activator. Polymer actuators are also used as polymer sensors because an electromotive force is generated when an external force is applied to the ion exchange resin layer, and impedance changes when moisture contained in the outside air is absorbed. Hereinafter, the polymer actuator and the polymer sensor are collectively referred to as a polymer actuator or the like.
[0003] この高分子ァクチユエータ等に対して電圧を印加したり電気的検出を行なうために 配線接続構造を設ける必要がある。この配線接続構造の一例として、金属電極層の 上に設定される配線接続領域を、配線用の金属電極板を介在させた状態で、硬い ブラケット部品で挟持しネジ結合を行なっている。他の例としては、パネ性を有する板 金部材の表面に金メッキを施して配線接続領域を挟持する構造もある。特に、高分 子ァクチユエータ等は、環境に応じて膨潤ゃ収縮をするため、与圧を与えた状態で 配線結合を行なう必要がある。  [0003] It is necessary to provide a wiring connection structure in order to apply a voltage to this polymer actuator or the like or to perform electrical detection. As an example of this wiring connection structure, a wiring connection region set on a metal electrode layer is sandwiched by hard bracket parts with a metal electrode plate for wiring interposed therebetween, and screw connection is performed. As another example, there is a structure in which the surface of a sheet metal member having a panel property is plated with gold to sandwich the wiring connection region. In particular, a high molecular weight actuator or the like swells or contracts depending on the environment, and therefore it is necessary to perform wiring connection in a state where a pressure is applied.
[0004] 特許文献 1 :特開 2006— 172635号公報  [0004] Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-172635
発明の開示  Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題  Problems to be solved by the invention
[0005] 上記説明した従来の配線接続構造には、次のような課題がある。つまり、高分子ァ クチユエ一タ等は薄いシート状に形成されるにも関わらず、上記の構造は比較的大き な厚みや比較的大きな突起を有してレ、ることである。かかる突起等の存在は高分子 ァクチユエータ等の取り付け場所が制限されたり、使用される装置の大型化を招くと レ、う問題がある。また、高分子ァクチユエ一タ等を取り付けるときに、平面ではなく曲 面に対して取り付けたいという要望がある。かかる場合、硬いブラケット部品を使用す ると、取り付け面に対する自由度が失われるという問題がある。更に、与圧を付与した 状態で配線接続を行う必要があるが、温度や湿度などの環境変化に対して、安定的 に与圧を維持できるような配線接続構造も必要とされる。 [0005] The conventional wiring connection structure described above has the following problems. In other words, the above structure is relatively large even though the polymer activator is formed in a thin sheet. It has a large thickness and a relatively large protrusion. The presence of such protrusions has a problem in that the installation location of the polymer actuator or the like is limited or the size of the apparatus used is increased. In addition, when attaching a polymer actuator or the like, there is a demand to attach to a curved surface instead of a flat surface. In such a case, if a hard bracket part is used, the degree of freedom with respect to the mounting surface is lost. Furthermore, although it is necessary to perform wiring connection in a state where a pressurized pressure is applied, a wiring connection structure that can stably maintain the pressurized pressure against environmental changes such as temperature and humidity is also required.
[0006] 本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、高分子ァクチユエ一 タ等の取り付けに対する自由度を高めると共に、大きな突起部分をなくし、安定的に 与圧を維持可能な配線接続構造を提供することである。  [0006] The present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem is that the degree of freedom in attaching a polymer actuator or the like can be increased and a large protruding portion can be eliminated to stably maintain a pressurized pressure. Is to provide a simple wiring connection structure.
課題を解決するための手段  Means for solving the problem
[0007] 上記課題を解決するため本発明に係る高分子ァクチユエータ等の配線接続構造は 、イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された高分子ァクチユエータ又は高 分子センサーにおける配線接続構造であって、  [0007] In order to solve the above problems, a wiring connection structure of a polymer actuator or the like according to the present invention is a wiring connection structure in a polymer actuator or a high molecular sensor in which a metal electrode layer is formed on the surface of an ion exchange resin layer. And
前記金属電極層の上に設定される配線接続領域と、配線用の金属電極板と、柔軟 性を有するシートとをこの順番で積層し、これら積層部を積層方向に圧縮して与圧を 付与した状態で結合手段により結合したことを特徴とするものである。  A wiring connection region set on the metal electrode layer, a metal electrode plate for wiring, and a flexible sheet are laminated in this order, and the laminated portion is compressed in the laminating direction to apply pressure. In this state, they are combined by the connecting means.
[0008] この配線接続構造によれば、高分子ァクチユエータ等の金属電極層の上に配線接 続を行なうための配線接続領域が設定される。この領域を設定する場所や大きさな どについては、使用目的などに応じて適宜決めることができる。この配線接続領域と 、配線用の金属電極板と、柔軟性を有するシートとをこの順番で積層して、結合手段 により結合するものである。配線用の金属電極板には、例えば、リード線を半田付け するなどして、回路部と接続することができる。また、柔軟性を有するシートを間に介 在させており、容易に圧縮力を作用させることができる。また、金属電極板や柔軟性 を有するシートは、共に変形させることが容易であり、曲面に対する取り付けを容易に 行なうことができるようになる。従って、柔軟性を有する配線接続構造とすることができ る。  [0008] According to this wiring connection structure, a wiring connection region for wiring connection is set on a metal electrode layer such as a polymer actuator. The location and size of this area can be determined appropriately according to the purpose of use. This wiring connection region, a wiring metal electrode plate, and a flexible sheet are laminated in this order, and are coupled by a coupling means. The metal electrode plate for wiring can be connected to the circuit portion by, for example, soldering a lead wire. In addition, a flexible sheet is interposed between them, and a compressive force can be easily applied. Further, the metal electrode plate and the flexible sheet can be easily deformed together, and can be easily attached to the curved surface. Therefore, a flexible wiring connection structure can be obtained.
[0009] 本発明に係る結合手段は、樹脂製のリベットであり、前記積層部をリベットで貫通さ せてカシメにより結合することが好ましい。 [0009] The coupling means according to the present invention is a resin rivet, and the laminated portion is penetrated by the rivet. It is preferable to bind by caulking.
[0010] 積層部をリベットで貫通させてカシメ結合することで、大きな突起部分をなくすことが でき、薄型化することができる。リベットは樹脂製であり、高分子ァクチユエータ等内の イオンが反応することがないようにしている。樹脂製リベットの結合は、例えば、熱カシ メにより行なうことが可能である。樹脂製リベットによる結合は、予め積層部を圧縮させ た状態で行なうようにし、結合が完了した後は、与圧が付与された状態が維持される  [0010] By passing through the laminated portion with rivets and caulking and joining, a large protruding portion can be eliminated and the thickness can be reduced. The rivet is made of resin so that ions in the polymer activator do not react. Resin rivets can be joined by, for example, heat caulking. Bonding with resin rivets is performed in a state where the laminated portion is compressed in advance, and after the bonding is completed, a state where a pressurized pressure is applied is maintained.
[0011] 本発明において、前記配線用の金属電極板は、金属箔により形成されることが好ま しい。金属箔で形成することにより、積層部の厚さを薄型化することができ、より柔軟 性を持たせることができる。 In the present invention, the metal electrode plate for wiring is preferably formed of a metal foil. By forming the metal foil, the thickness of the laminated portion can be reduced and the flexibility can be further increased.
[0012] 本発明に係る柔軟性を有するシートは、樹脂シートであることが好ましい。樹脂シー トを用いることにより、積層部の厚さを薄型化することができ、また、与圧の付与も容易 に行なうことができる。  [0012] The flexible sheet according to the present invention is preferably a resin sheet. By using a resin sheet, the thickness of the laminated portion can be reduced, and a pressure can be easily applied.
[0013] 本発明に係る結合手段としては、導電性を有しない糸を用いることができ、前記積 層部を糸により縫製した構造も好ましい。糸による縫製を行なうことで、突起部分がほ とんど存在しない接続構造を提供することができる。また、与圧を与えた状態での縫 製を行うことは容易であり、また、環境変化に関わらず与圧を維持することもできる。ま た、糸による縫製は部材間の結合を強固に行ないながら、柔軟性も確保することがで きるという利点がある。  [0013] As the coupling means according to the present invention, a thread having no electrical conductivity can be used, and a structure in which the stacked portion is sewn with a thread is also preferable. By performing sewing with a thread, it is possible to provide a connection structure with almost no protrusions. In addition, it is easy to sew in a state where a pressure is applied, and the pressure can be maintained regardless of environmental changes. In addition, sewing with a thread has the advantage that flexibility can be secured while firmly connecting the members.
[0014] 本発明に係る柔軟性を有するシートは、革もしくはスポンジ状樹脂シートであること が好ましい。力かる材質のシートを用いることで、糸による縫製を行ないやすくするこ とができる。  [0014] The flexible sheet according to the present invention is preferably a leather or sponge-like resin sheet. By using a sheet of strong material, it is possible to facilitate sewing with thread.
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0015] [図 1]高分子ァクチユエータの構造を示す模式図  [0015] [Fig. 1] Schematic diagram showing the structure of a polymer activator
[図 2]第 1実施形態に力かる配線接続構造を示す図  FIG. 2 is a diagram showing a wiring connection structure that works according to the first embodiment.
[図 3]第 2実施形態に力かる配線接続構造を示す図  [FIG. 3] A diagram showing a wiring connection structure that works according to the second embodiment.
符号の説明  Explanation of symbols
[0016] 1 高分子ァクチユエータ la 配線接続領域 [0016] 1 Polymer Actuator la Wiring connection area
2 金属電極板  2 Metal electrode plate
3 樹脂シート  3 Resin sheet
4 樹脂リベット  4 Resin rivets
5 糸  5 Yarn
10 イオン交換樹脂層  10 Ion exchange resin layer
11 金属電極層  11 Metal electrode layer
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0017] 本発明に係る高分子ァクチユエータ等の配線接続構造について好適な実施形態 を図面を用いて説明する。まず、高分子ァクチユエータの構造について説明する。  A preferred embodiment of a wiring connection structure such as a polymer actuator according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the polymer actuator will be described.
[0018] <高分子ァクチユエータの構成 >  [0018] <Structure of polymer actuator>
高分子ァクチユエータの 1つであるイオン伝導ァクチユエータは、イオン交換樹脂層 の表面に金属電極層が形成された構造を有しており、更に詳しく言うと、対向する金 属電極層の間に、イオン交換樹脂と、塩を含有する分極性有機溶媒またはイオン性 液体である液状有機化合物とが含まれるものである。原理的には、イオン交換樹脂 に金属電極を通じて、当該イオン交換樹脂に電位差が与えられると、イオン交換樹 脂に含まれてレ、る液状有機化合物中のイオン性物質が、 V、ずれかの電極方向に移 動することにより、変形が生じる現象を利用するものである。  An ion conducting actuator, which is one of polymer actuators, has a structure in which a metal electrode layer is formed on the surface of an ion exchange resin layer. More specifically, an ion conducting actuator is formed between ion metal layers facing each other. An exchange resin and a polar organic solvent containing a salt or a liquid organic compound that is an ionic liquid are included. In principle, when a potential difference is applied to the ion exchange resin through a metal electrode, the ionic substance in the liquid organic compound contained in the ion exchange resin is V It utilizes the phenomenon in which deformation occurs due to movement in the electrode direction.
[0019] (イオン交換樹脂)  [0019] (Ion exchange resin)
本発明に用いる高分子ァクチユエータ素子のイオン交換樹脂は、特に限定されるも のではなぐ公知のイオン交換樹脂を用いることができる。現に効果が確認されたの は、ァクチユエータのイオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂のものである。ただし、ィォ ン交換樹脂が陽イオン型でも陰イオン型でも電位差の与え方を変更することで同様 の効果が期待できる。陽イオン交換樹脂を用いる場合には、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、カルボキシル基などの親水性官能基を導入した ものを用いることができる。このような樹脂としては、例えばパーフルォロスルホン酸榭 脂(商品名「Nafion」、 DuPont社製)、パーフルォロカルボン酸樹脂(商品名「フレミ オン」、旭硝子社製)、 ACIPLEX (旭化成工業社製)、 NEOSEPTA (トクャマ社製) を用いることができる。 The ion exchange resin of the polymer actuator element used in the present invention is not particularly limited, and a known ion exchange resin can be used. In fact, the effectiveness of the ion exchange resin of the actuator is that of a cation exchange resin. However, the same effect can be expected by changing how the potential difference is applied regardless of whether the ion exchange resin is a cation type or an anion type. In the case of using a cation exchange resin, it is possible to use a product obtained by introducing a hydrophilic functional group such as a sulfonic acid group or a carboxyl group into polyethylene, polystyrene, fluororesin or the like. Examples of such resins include perfluorosulfonic acid resin (trade name “Nafion”, manufactured by DuPont), perfluorocarboxylic acid resin (trade name “Flemion”, manufactured by Asahi Glass), ACIPLEX ( Asahi Kasei Kogyo), NEOSEPTA (Tokuyama) Can be used.
[0020] 本発明に用いる高分子ァクチユエータの屈曲 ·変位量を大きくするために、前記ィ オン交換樹脂は柔軟性を有していることが好ましい。イオン交換樹脂に柔軟性を付 与するため、液状有機化合物によってイオン交換樹脂を膨潤させる。前記イオン交 換樹脂は、膨潤した状態となることで、ゲル電解質となることができる。前記膨潤の度 合いは、特に限定されるものではないが、前記高分子ァクチユエ一タの膨潤度、つま り、前記高分子電解質が乾燥した状態での厚さに対して高分子ァクチユエ一タの膨 潤した状態での厚さの増加率力 3〜200%であること力好ましく、 5〜60%であるこ とがより好ましい。前記膨潤度が 3%未満である場合には、変位屈曲性能が劣り、前 記膨潤度力 ¾00%よりも大きい場合にも、変位屈曲性能が劣り、さらに大きく引張り強 度が低下することとなってしまう。なお、前記有機化合物は、イオン交換樹脂中に含 まれる力 金属電極が多孔性である場合には、前記溶媒の一部が、塩とともに前記 金属電極に含まれても良い。  [0020] In order to increase the bending / displacement amount of the polymer actuator used in the present invention, the ion exchange resin preferably has flexibility. In order to impart flexibility to the ion exchange resin, the ion exchange resin is swollen with a liquid organic compound. The ion exchange resin can become a gel electrolyte by being swollen. The degree of swelling is not particularly limited, but the degree of swelling of the polymer activator, that is, the thickness of the polymer electrolyte in a dry state, is not limited. The rate of increase in thickness in the swollen state is preferably 3 to 200%, more preferably 5 to 60%. When the degree of swelling is less than 3%, the displacement bending performance is inferior, and when the degree of swelling is greater than ¾00%, the displacement bending performance is also inferior and the tensile strength is further greatly reduced. End up. When the force metal electrode contained in the ion exchange resin is porous, a part of the solvent may be contained in the metal electrode together with a salt.
[0021] (液状有機化合物)  [0021] (Liquid organic compound)
本発明に用いられる液状有機化合物には、塩を含有する分極性有機溶媒か、ィォ ン性液体を用いる。イオン性液体は単独で用いることができるが、分極性有機溶媒の 場合には、電荷のキャリアとなるイオンを含む塩が必要とされる。ただし塩として前記 イオン性液体を用いてもよい。これらの液状有機化合物であれば、イオン交換樹脂に 電位差が与えられた場合、容易に当該イオン交換樹脂内での移動が生じるからであ る。液状有機化合物は、常温常圧において液状の有機化合物であり、特に、 180°C 以上の沸点または分解温度を有するものが好ましい。この場合、溶媒の気化が起こり にくくなる。  As the liquid organic compound used in the present invention, a polar organic solvent containing a salt or an ion liquid is used. The ionic liquid can be used alone, but in the case of a polarizable organic solvent, a salt containing ions serving as charge carriers is required. However, the ionic liquid may be used as the salt. This is because these liquid organic compounds easily move in the ion exchange resin when a potential difference is given to the ion exchange resin. The liquid organic compound is an organic compound that is liquid at normal temperature and pressure, and particularly preferably has a boiling point of 180 ° C. or higher or a decomposition temperature. In this case, the solvent is less likely to vaporize.
[0022] (分極性有機溶媒)  [0022] (Polarizable organic solvent)
前記分極性有機溶媒は、 180°C以上の沸点または分解温度を有する有機化合物 であることが好ましいが、特に 245°C以上の沸点を有する分極性有機溶媒であること 力はり好ましい。好ましい分極性有機溶媒の具体例として、ジエチレングリコール、グ リセリン、スルホラン、プロピレンカーボネート、ブチロラタトン又はこれらの混合物を挙 げること力 Sできる。中でもジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン又はこれらの混 合物であることが特に好ましレ、。 The polarizable organic solvent is preferably an organic compound having a boiling point or decomposition temperature of 180 ° C. or higher, but is particularly preferably a polarizable organic solvent having a boiling point of 245 ° C. or higher. Specific examples of preferred polarizable organic solvents include diethylene glycol, glycerin, sulfolane, propylene carbonate, butyrolatathone or mixtures thereof. Among them, diethylene glycol, glycerin, sulfolane or a mixture of these Especially preferred to be a compound.
[0023] 前記分極性有機溶媒に含まれる塩は、当該分極性有機溶媒に溶解しうる塩であれ ば特に制限されるものではないが、特に前記イオン交換樹脂がカチオンと対イオンを 形成する場合には、:!〜 3価のカチオンの塩を用いることができ、 Na+ K+ Li+等の 1価のカチオンを用いることが大きな屈曲若しくは変位をすることができるために好ま しぐイオン半径の大きなアルキルアンモニゥムイオンを用いることがより大きな屈曲 若しくは変位をすることができるために更に好ましレ、。前記アルキルアンモニゥムィォ ンとしては、 CH N+H C H N+H (CH ) N+H (C H ) N+H (CH ) N+H (C H )[0023] The salt contained in the polarizable organic solvent is not particularly limited as long as it is a salt that can be dissolved in the polarizable organic solvent. In particular, the ion exchange resin forms a counter ion with a cation. Can be used:: ~ A salt of a trivalent cation can be used, and the use of a monovalent cation such as Na + K + Li + is preferable because it can be bent or displaced greatly. It is more preferable to use a larger alkylammonium ion because it can be bent or displaced more greatly. Examples of the alkyl ammonium include CH N + HCH N + H (CH) N + H (CH) N + H (CH) N + H (CH)
N+H (CH ) N+ (C H ) N+ (C H ) N+ (C H ) N+ H N+(CH ) N+H H C = CHN + H (CH) N + (CH) N + (CH) N + (CH) N + HN + (CH) N + HHC = CH
CH N+HCH H N+(CH ) N+H (CH ) N+H HC≡CCH N+H CH CH(OH)CCH N + HCH HN + (CH) N + H (CH) N + H HC≡CCH N + H CH CH (OH) C
H N+H H N+(CH ) OH H N+CH(CH OH) (HOCH ) C(CH N+H ) C H〇H N + HHN + (CH) OH HN + CH (CH OH) (HOCH) C (CH N + H) CH〇
CH CH N+Hや脂肪族炭化水素を置換基として備えるアンモニゥムイオン、または 官能基として炭化水素の他に脂環式の環状炭化水素をも有するアンモニゥムイオン を用いることができる。このとき、前記の塩の濃度としては、イオン交換樹脂の官能基 と等量以上の濃度として含まれてレ、ればよぐ十分な屈曲乃至変位を得るために 0.0 :! 1 Omol/1であることが好ましく、 0.:! 1.Omol/1であることがより好ましレ、。 Ammonium ions having CH CH N + H and aliphatic hydrocarbons as substituents, or ammonium ions having alicyclic cyclic hydrocarbons in addition to hydrocarbons as functional groups can be used. At this time, the concentration of the salt is 0.0 :! 1 Omol / 1 in order to obtain sufficient bending or displacement if it is contained as a concentration equal to or higher than the functional group of the ion exchange resin. Preferably, 0.:! 1. Omol / 1 is more preferred.
[0024] (イオン性液体) [0024] (Ionic liquid)
前記イオン性液体の好ましレ、具体例としては、テトラアルキルアンモニゥムイオン、 イミダゾリゥムイオン、アルキルピリジニゥムイオン、ビラゾリゥムイオン、ピロリウムィォ ン、ピロリニゥムイオン、ピロリジニゥムイオン、及びピベリジニゥムイオンからなる群より 少なくとも一種選ばれたカチオンと、  Preferred examples of the ionic liquid include, but are not limited to, tetraalkyl ammonium ions, imidazolium ions, alkyl pyridinium ions, virazolium ions, pyrrolium ions, pyrrolium ions, pyrrolidinium ions, and piberyl ions. At least one cation selected from the group consisting of genium ions,
PF BF A1C1 CIO 及び下式(1)で表されるスルホニゥムイミドア二オン  PF BF A1C1 CIO and sulfonium imide anion represented by the following formula (1)
6 4 4 4  6 4 4 4
力 なる群より少なくとも一種選ばれたァニオンとの組み合わせからなる塩を挙げるこ とができる。下式(1)中、 n及び mは任意の整数である。  Mention may be made of salts composed of combinations with at least one anion selected from the group of forces. In the following formula (1), n and m are arbitrary integers.
(C F SO ) (C F SO ) N— (1)  (C F SO) (C F SO) N— (1)
n (2n+ l) 2 m (2m+ l) 2  n (2n + l) 2 m (2m + l) 2
前記テトラアルキルアンモニゥムカチオンとしては、特に限定されるものではないが The tetraalkylammonium cation is not particularly limited.
、トリメチルプロピルアンモニゥム、トリメチルへキシルアンモニゥム、テトラペンチルァ ンモニゥムを用いることができる。 [0025] 前記イミダゾリウムカチオンは、ジアルキルイミダゾリゥムイオン及び/またはトリアル キルイミダゾリゥムイオンを用いることができる。例えば、前記イミダゾリウムカチオンは 、特に限定されるものではなレ、が、 1ーェチルー 3—メチルイミダゾリゥムイオン、 1 へキシル _ 3メチルイミダゾリゥムイオン、 1 _ブチル _ 3—メチルイミダゾリゥムイオン 、 1 , 3 _ジメチルイミダゾリゥムイオン、 1 _メチル _ 3—ェチルイミダゾリゥムイオン、 1 , 2, 3 _トリメチルイミダゾリゥムイオン、 1, 2—ジメチル _ 3—ェチルイミダゾリゥムィ オン、 1, 2—ジメチル一 3 _プロピルイミダゾリゥムイオン、 1 _ブチル一2, 3 _ジメチ ノレイミダゾリゥムイオンを例示することができる。 , Trimethylpropylammonium, trimethylhexylammonium, and tetrapentylammonium can be used. As the imidazolium cation, a dialkyl imidazolium ion and / or a trialkylimidazolium ion can be used. For example, the imidazolium cation is not particularly limited, but includes 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1-hexyl_3-methylimidazolium ion, 1-butyl_3-methylimidazolium ion, 1 , 3 _dimethyl imidazolium ion, 1 _methyl _ 3 -ethyl imidazolium ion, 1, 2, 3 _trimethyl imidazolium ion, 1,2-dimethyl _ 3 -ethyl imidazolium ion, 1, 2— Examples thereof include dimethyl-3-propyl imidazolium ion and 1-butyl-1,2,3-dimethylimidazolium ion.
[0026] 前記アルキルピリジニゥムカチオンは、特に限定されるものではなレ、が、 N—ブチル ピリジニゥムイオン、 N—メチルピリジニゥムイオン、 N—ェチルピリジニゥムイオン、 N —プロピルピリジニゥムイオン、 1—ェチル一2—メチルピリジニゥム、 1—ブチル一 4 —メチルピリジニゥム、 1 _ブチル一2, 4—ジメチルピリジニゥムを例示することができ る。  [0026] The alkylpyridinium cation is not particularly limited, but N-butyl pyridinium ion, N-methylpyridinium ion, N-ethylpyridinium ion, N — Examples include propylpyridinium ion, 1-ethyl1-2-methylpyridinium, 1-butyl-1, 4-methylpyridinium, 1_butyl-1,2,4-dimethylpyridinium. .
[0027] 前記ピラゾリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、 1 , 2 ジメチルピラ ゾリゥムイオン、 1ーェチルー 2—メチルビラゾリゥムイオン、 1 プロピル 2—メチル ビラゾリゥムイオン、 1 プチルー 2—メチルビラゾリゥムイオンを例示することができる  [0027] The pyrazolium cation is not particularly limited, but 1, 2 dimethylpyrazolium ion, 1-ethyl-2-methyl virazolium ion, 1 propyl 2-methyl virazolium ion, 1 petitru 2-methyl Examples of virazolium ions
[0028] 前記ピロリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、 1 , 1ージメチルピロリウ ムイオン、 1ーェチルー 1 メチルピロリウムイオン、 1ーメチルー 1 プロピルピロリウ ムイオン、 1ーブチルー 1 メチルピロリウムイオンを例示することができる。 [0028] The pyrrolium cation is not particularly limited, and examples thereof include 1,1-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-1 methylpyrrolium ion, 1-methyl-1 propylpyrrolium ion, and 1-butyl-1 methylpyrrolium ion. can do.
[0029] 前記ピロリニゥムカチオンは、特に限定されるものではなレ、が、 1 , 2—ジメチルピロ リュウムイオン、 1 _ェチル _ 2 _メチルピロリニゥムイオン、 1 _プロピル一 2 _メチル ピロリニゥムイオン、 1 _ブチル _ 2 _メチルピロリニゥムイオンを例示することができる  [0029] The pyrrolinium cation is not particularly limited, but 1,2-dimethylpyrrolium ion, 1_ethyl_2_methylpyrrolonium ion, 1_propyl-1-2_methylpyrrolonium ion 1_butyl_2_methylpyrrolonium ion can be exemplified
[0030] 前記ピロリジユウムカチオンは、特に限定されるものではないが、 1, 1—ジメチルピ ロリジニゥムイオン、 1 _ェチル _ i _メチルピロリジニゥムイオン、 1 _メチル_ 1 _プ 口ピルピロリジニゥムイオン、 1—ブチル一 1—メチルピロリジニゥムイオンを例示する こと力 Sできる。 [0031] 前記ピペリジニゥムカチオンは、特に限定されるものではなレ、が、 1, 1 ジメチルビ ペリジニゥムイオン、 1ーェチルー 1ーメチルビペリジニゥムイオン、 1ーメチルー 1 プロピルピペリジニゥムイオン、 1ーブチルー 1ーメチルビペリジニゥムイオンを例示す ること力 sできる。 [0030] The pyrrolidinium cation is not particularly limited, but may be 1,1-dimethylpyrrolidinium ion, 1_ethyl_i_methylpyrrolidinium ion, 1_methyl_1_propyl pill. The ability to illustrate the pyrrolidinium ion, 1-butyl-1- 1-methylpyrrolidinium ion. [0031] The piperidinium cation is not particularly limited, but 1, 1 dimethylbiperidinium ion, 1-ethyl-1-methylbiperidinium ion, 1-methyl-1 propylpiperidinium ion, 1 The ability to illustrate -butyl- 1-methylbiperidinium ion.
[0032] 前記イオン性液体は、上記ァニオンと上記カチオンとの組み合わせが特に限定さ れるものではないが、例えば、 1 _メチル _ 3—ェチルイミダゾリゥムトリフルォロメタン スルホイミド(EMITFSI)、 1 _メチル _ 3 _イミダゾリゥムテトラフルォロボレート(EM IBF )、 1 _メチル _ 3_イミダゾリゥムへキサフルォロリン酸(EMIPF )、トリメチルプ [0032] The ionic liquid is not particularly limited to a combination of the anion and the cation. For example, 1_methyl_3-ethylimidazolium trifluoromethane sulfoimide (EMITFSI), 1_ Methyl _ 3 _ imidazolium tetrafluoroborate (EM IBF), 1 _ Methyl _ 3_ imidazolium hexafluorophosphate (EMIPF), Trimethyl
4 6 口ピルアンモニゥムトリフルォロメタンスルホイミド、 1 _へキシル _ 3—メチルイミダゾリ ゥムテトラフルォロボレート、 1 _へキシル _ 3 メチルイミダゾリゥムへキサフルォロリ ン酸、 1 _へキシル _ 3—メチルイミダゾリゥムトリフルォロメタンスルホイミドを用いるこ とができる。 4 6-neck pyrammonium trifluoromethanesulfoimide, 1 _hexyl _ 3—methylimidazole tetrafluoroborate, 1 _hexyl _ 3 methyl imidazolium hexafluorophosphate, 1 _hexyl _ 3-Methylimidazolium trifluoromethanesulfonimide can be used.
[0033] (金属電極)  [0033] (Metal electrode)
本発明においてイオン交換樹脂の表面には、当該イオン交換樹脂に電位差を与え ること力 Sできるように、対向する位置に一組以上の金属電極が設けられている。金属 電極に用いられる金属は、水銀のような液体金属を除き、導電性のよい個体金属で あれば制限なく用いることができ、また合金であってもよい。用いるイオン交換樹脂や 液状有機化合物など種類によって、それぞれ適当な金属を選ぶことができる。  In the present invention, the surface of the ion exchange resin is provided with one or more sets of metal electrodes at opposing positions so that a force S can be applied to the ion exchange resin. The metal used for the metal electrode can be used without limitation as long as it is a solid metal with good conductivity, excluding liquid metals such as mercury, and may be an alloy. An appropriate metal can be selected depending on the type of ion exchange resin or liquid organic compound used.
[0034] 金属電極が対向するとは、一組の金属電極が平行を保って存在する状態を理想と するものである。ただし、両電極は完全に平行である必要はなぐ当該両金属電極に 電圧を与えることでァクチユエータ素子が変位できる限りにおいて、平行から多少ず れていてもよレ、。ただし、平行からずれるに従って、クーロン量あたりの屈曲や変形の 効率に変化が生じる。  [0034] The phrase "a pair of metal electrodes" is an ideal state where a pair of metal electrodes exist in parallel. However, it is not necessary for both electrodes to be completely parallel, so long as the actuator element can be displaced by applying a voltage to both metal electrodes, it may be slightly deviated from parallel. However, as the deviation from parallel occurs, the bending and deformation efficiency per Coulomb amount changes.
[0035] 一組の金属電極が平行を保って存在する状態にするには、イオン交換樹脂の形状 を平行な平面側壁を有する板形状または棒形状として、この平行に対向する前記平 面側壁表面に、対となる金属電極をメツキ法、中でも無電解メツキ法で設けることが好 ましレ、。後述のように、イオン交換樹脂の表面に無電解メツキ法で金属電極になりうる 金属膜を形成した場合、イオン交換樹脂と金属電極の接触面積が大きくなり、このた めァクチユエータとしての屈曲や変位の量も大きくできるからである。 [0035] In order to make a pair of metal electrodes exist in parallel, the shape of the ion exchange resin is changed to a plate shape or a bar shape having parallel flat side walls, and the surfaces of the flat side walls facing in parallel are arranged. In addition, it is preferable to provide a metal electrode to be paired by a plating method, particularly an electroless plating method. As described later, when a metal film that can be a metal electrode is formed on the surface of the ion exchange resin by an electroless plating method, the contact area between the ion exchange resin and the metal electrode is increased. This is because the amount of bending and displacement as the feature actuator can be increased.
[0036] (被覆樹脂)  [0036] (Coating resin)
本発明に用いる高分子ァクチユエータは、被覆をせずに長時間駆動することができ るが、更に、可撓性を有する樹脂で被覆されてもよい。前記樹脂としては、特に限定 されるものではなレ、が、ポリウレタン樹脂及び/又はシリコン樹脂を用いることができ る。前記ポリウレタン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟な熱可塑性ポリウ レタンを用いることが、柔軟度が大きく密着性が良好であるために特に好ましい。柔 軟な熱可塑性ポリウレタンとしては、商品名「アサフレックス 825」(柔軟度 200%、旭 化成社製)、商品名「ペレセン 2363 _80A」(柔軟度 550%)、 「ペレセン 2363_ 8 0AE」(柔軟度 650%)、 「ペレセン 2363— 90A」(柔軟度 500%)、 「ペレセン 236 3_ 90AE」(柔軟度 550%)、(以上、ダウ'ケミカル社製)を用いることができる。また 、前記シリコン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟度が 50%以上である樹 脂が、柔軟度が大きいので密着性が良好であるために、特に好ましい。前記シリコン 樹脂としては、例えば、「シラシール 3FW」、「シラシール DC738RTV」、「DC3145 」、及び「DC3140」(以上、ダウコ一二ング社製)を用いることができる。なお、本願に おいて、柔軟度とは、 ASTM D412に準拠する引張破断伸び(Ultimate Elongat ion%)をいうものである。  The polymer actuator used in the present invention can be driven for a long time without being coated, but may be further coated with a flexible resin. The resin is not particularly limited, but polyurethane resin and / or silicon resin can be used. The polyurethane resin is not particularly limited, but it is particularly preferable to use a flexible thermoplastic polyurethane because of its high flexibility and good adhesion. As flexible thermoplastic polyurethanes, the product name “Asaflex 825” (flexibility 200%, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), the product name “Pelecene 2363 _80A” (flexibility 550%), “Pelecene 2363_ 80AE” (flexible) 650%), “Pelecene 2363-90A” (flexibility: 500%), “Pelecene 236 3_90AE” (flexibility: 550%), (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.). The silicone resin is not particularly limited, but a resin having a flexibility of 50% or more is particularly preferable because of its high flexibility and good adhesion. As the silicone resin, for example, “Sila Seal 3FW”, “Sila Seal DC738RTV”, “DC3145”, and “DC3140” (above, manufactured by Dow Co., Ltd.) can be used. In the present application, the flexibility refers to the tensile elongation at break (Ultimate Elongation%) in accordance with ASTM D412.
[0037] <高分子ァクチユエータの配線接続構造 >  [0037] <Wiring connection structure of polymer actuator>
次に、高分子ァクチユエータの配線接続構造について説明する。まず高分子ァク チユエータ 1の構造を図 1に模式図として表わしている。高分子ァクチユエータ 1は、 イオン交換樹脂層 10の表面に金属電極層 11が形成されている。図例では、イオン 交換樹脂層 10の表裏両面に金属電極層 11が形成される。電圧を印加しない状態で は、図 1 (a)に示すような真っ直ぐな状態であるが、電圧を印加すると、印加する方向 に従って (b)または(c)のように湾曲する。これは、電圧の印加により、イオン交換樹 脂層 10におけるイオン(陽イオンもしくは陰イオン)が金属電極層 11の方向へ移動し 、表裏において膨潤に差が生じるためである。  Next, the wiring connection structure of the polymer actuator will be described. First, the structure of the polymer actuator 1 is shown as a schematic diagram in Fig. 1. In the polymer actuator 1, a metal electrode layer 11 is formed on the surface of the ion exchange resin layer 10. In the illustrated example, metal electrode layers 11 are formed on both the front and back surfaces of the ion exchange resin layer 10. When no voltage is applied, it is a straight state as shown in FIG. 1 (a). However, when a voltage is applied, it bends as shown in (b) or (c) depending on the direction of application. This is because ions (cations or anions) in the ion exchange resin layer 10 move in the direction of the metal electrode layer 11 by applying a voltage, and a difference in swelling occurs between the front and back surfaces.
[0038] このような変位特性は、高分子ァクチユエータ 1を駆動する時の条件を変えることに より決まるものである。例えば、高分子ァクチユエータ 1の幾何学的形状、大きさ、ィォ ンの種類、印加電圧波形などにより変位特性を制御することができる。 [0038] Such displacement characteristics are determined by changing conditions when the polymer actuator 1 is driven. For example, the geometry, size, Displacement characteristics can be controlled by the type of voltage and applied voltage waveform.
[0039] 高分子ァクチユエータ 1の形状は、シート状、角柱形状、円柱形状など種々の形状 が考えられるが、本発明としては、特定の形状に限定されるものではない。また、ィォ ン交換樹脂層 10や金属電極層 11の層の厚みなどについても、特定の大きさなどに 限定されるものではない。  [0039] The polymer actuator 1 may have various shapes such as a sheet shape, a prismatic shape, and a cylindrical shape, but the present invention is not limited to a specific shape. Further, the thickness of the ion exchange resin layer 10 and the metal electrode layer 11 is not limited to a specific size.
[0040] 図 2は、第 1実施形態に係る配線接続構造を示す図である。高分子ァクチユエータ 1の金属電極層 11の上に配線接続領域 laが設定される。配線接続領域 laは、高分 子ァクチユエータ 1の表裏両面に設定されている。高分子ァクチユエータ 1の表裏両 側には、一対の配線用の金属電極板 2が配置され、更にその表面側に一対のシート 3が配置される。  FIG. 2 is a diagram showing a wiring connection structure according to the first embodiment. A wiring connection region la is set on the metal electrode layer 11 of the polymer actuator 1. The wiring connection area la is set on both the front and back sides of the high-molecular-weight actuator 1. A pair of metal electrode plates 2 for wiring are disposed on both the front and back sides of the polymer actuator 1, and a pair of sheets 3 are disposed on the surface side thereof.
[0041] 配線用の金属電極板 2は、金属箔 (金など)や金メッキされた銅箔により形成するこ とで厚さを薄くすることができ好ましい。また、箔で形成することで、柔軟性を有し容易 に変形することができる。あるいは、板金プレス加工された厚さの薄い金属電極板 2 を用いてもよい。金属電極板 2の厚さは、 10 /i m〜0. 1mm程度の厚さにすることが 好ましレ、。力かる金属電極板 2にリード線を半田付けすることで、回路部との接続が 可能である。  [0041] The metal electrode plate 2 for wiring is preferably formed of a metal foil (such as gold) or a copper foil plated with gold, so that the thickness can be reduced. Moreover, by forming it with foil, it has flexibility and can be easily deformed. Alternatively, a thin metal electrode plate 2 that has been subjected to sheet metal pressing may be used. The thickness of the metal electrode plate 2 is preferably about 10 / im to 0.1 mm. By soldering the lead wire to the strong metal electrode plate 2, it can be connected to the circuit section.
[0042] シート 3は、柔軟性を有する樹脂シートを用いることができる。樹脂シートの材質とし ては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカー ボネート、アクリルなどの材質のものを使用することができる。また、柔軟性を持たせる ことを考慮して、厚さは 0. 05mm〜0. 5mm程度に設定することが好ましい。  [0042] As the sheet 3, a resin sheet having flexibility can be used. The material of the resin sheet is not particularly limited, and for example, a material such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, or acrylic can be used. In consideration of providing flexibility, the thickness is preferably set to about 0.05 mm to 0.5 mm.
[0043] 以上のように、高分子ァクチユエータ 1の表裏両面を金属電極板 2と樹脂シート 3と で挟持して積層部が形成され、この積層部を樹脂リベット 4 (結合手段に相当)により 結合する。樹脂リベット 4を貫通させるために、高分子ァクチユエータ 1、金属電極板 2 、樹脂シート 3の所定箇所には孔が形成される。図例では、孔の数は 2個であるが、 孔の数、大きさ、配置などについては、特定の形態に限定されるものではない。  [0043] As described above, the laminated portion is formed by sandwiching the front and back surfaces of the polymer actuator 1 between the metal electrode plate 2 and the resin sheet 3, and this laminated portion is joined by the resin rivet 4 (corresponding to the joining means). To do. In order to penetrate the resin rivet 4, holes are formed at predetermined positions of the polymer actuator 1, the metal electrode plate 2, and the resin sheet 3. In the illustrated example, the number of holes is two, but the number, size, arrangement, etc. of the holes are not limited to a specific form.
[0044] 樹脂リベット 4は径の大きな頭部 4aを備えている。樹脂製のリベットを使用するのは 、金属製にすると、イオン交換樹脂層 10のイオンが反応する可能性があるからである 。樹脂リベット 4の材質については特に限定されるものではなレ、が、例えば、ポリカー ボネート、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレートなどの樹脂を用いることができ る。 [0044] The resin rivet 4 includes a head 4a having a large diameter. The reason for using resin rivets is that if they are made of metal, ions of the ion exchange resin layer 10 may react. The material of the resin rivet 4 is not particularly limited. Resins such as bonate, polyacetal, and polybutylene terephthalate can be used.
[0045] 樹脂リベット 4で結合する時には、積層部を積層方向(図 2の上下方向)に圧縮して 与圧を与えた状態で結合する。与圧を与えることで、高分子ァクチユエータ 1の金属 電極層 11と配線用の金属電極板 2との良好な接触状態を確保することができる。結 合完了した状態は、図 2 (b)に示されている。厚さの薄い金属電極板 2や樹脂シート 3 を用いることで、高分子ァクチユエータ 1に対して与圧を与えやすくなつている。樹脂 シート 4を積層部に挿入した後、頭部 4aとは反対側の端部をカシメでつぶすことによ り、結合が完了する。力シメの方法としては熱力シメで行なうことが好ましい。  [0045] When bonding with the resin rivet 4, the stacked portions are bonded in a state in which a pressure is applied by compressing the stacked portion in the stacking direction (vertical direction in FIG. 2). By applying pressure, it is possible to ensure a good contact state between the metal electrode layer 11 of the polymer actuator 1 and the metal electrode plate 2 for wiring. The completed state is shown in Figure 2 (b). By using the thin metal electrode plate 2 and the resin sheet 3, it is easy to apply a pressure to the polymer actuator 1. After the resin sheet 4 is inserted into the laminated portion, the end opposite to the head 4a is crushed with caulking to complete the coupling. As a method of force squeezing, it is preferable to carry out by thermal staking.
[0046] 力、かる接続構造によれば、積層部の厚みを薄くすることができる。また、積層部にお ける突出部分は樹脂リベット 4の頭部 4aと熱カシメでつぶした部分のみであり、突出 高さも抑制することができる。また、積層部は全体的に柔軟性を有しており、平坦な面 のみならず曲面に対しても取り付けることができる。従って、高分子ァクチユエータ 1 の取り付けの自由度が大きくなるため、応用範囲が拡大する。また、環境状態(温度 や湿度)の変動に関わらず、与圧をかけた状態を維持することができる。  [0046] According to the force and the connection structure, the thickness of the laminated portion can be reduced. Further, the protruding portion in the laminated portion is only the portion crushed with the head 4a of the resin rivet 4 and heat caulking, and the protruding height can be suppressed. Moreover, the laminated portion has flexibility as a whole, and can be attached not only to a flat surface but also to a curved surface. Accordingly, the degree of freedom of attachment of the polymer actuator 1 is increased, and the application range is expanded. In addition, a pressurized state can be maintained regardless of changes in environmental conditions (temperature and humidity).
[0047] 次に、第 2実施形態に係る配線接続構造を図 3により説明する。この接続構造にお いては、結合手段として糸 5を用いた縫製を行なっている。積層部における積層態様 は図 2の場合と同じである。図 3 (a)は縫製を行なう前の状態を (b)は縫製を行った後 を夫々示している。結合手段としての糸 5は、導電性を有しない木綿 ·絹 ·樹脂などの 材質のものを使用することができる。糸 5の太さは結合強度を考慮して適宜のものを 使用すること力できる。  Next, the wiring connection structure according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In this connection structure, sewing is performed using thread 5 as a coupling means. The stacking mode in the stacking part is the same as in FIG. Fig. 3 (a) shows the state before sewing, and (b) shows the state after sewing. The yarn 5 as the coupling means may be made of a material such as cotton, silk, or resin that does not have conductivity. The thickness of the thread 5 can be used as appropriate in consideration of the bond strength.
[0048] シート 3については、糸 5による縫製を考慮して革やスポンジ製の樹脂シートを用い ること力 Sできる。いずれも柔軟性を有する材質であり、圧縮をしやすい材質である。従 つて、糸 5による縫製を行うに際して与圧をかけた状態で行なうことができ、結合が完 了した後も与圧を維持することができる。糸 5による縫製は積層部において突出する 部分がなぐ取り付け方法における自由度が拡大する。また、積層部全体の柔軟性も 有しているので、第 1実施形態と同様に曲面に対しても容易に取り付けることができる 。また、高分子ァクチユエータ 1を取り付ける相手が革 ·布などであれば、直接、糸 5に よる縫製を行なうこと力 Sできる。 [0048] With respect to the sheet 3, it is possible to use a resin sheet made of leather or sponge in consideration of sewing with the thread 5. Both are flexible materials and are easy to compress. Therefore, it is possible to perform the sewing with the thread 5 in a state where a pressure is applied, and the pressure can be maintained even after the coupling is completed. Sewing with thread 5 increases the degree of freedom in the attachment method where the protruding part of the laminated part is connected. In addition, since the entire laminated portion has flexibility, it can be easily attached to a curved surface as in the first embodiment. If the polymer actuator 1 is attached to leather or cloth, directly onto the thread 5 It is possible to perform sewing by force S.
<別実施形態 >  <Another embodiment>
以上の説明において高分子ァクチユエータとしての説明を行なってきた力 このァ クチユエータは高分子センサーとしても利用することができる。すなわち、図 1に示す 高分子ァクチユエータ 1の構造は、イオン交換樹脂層 10に外力を作用させると起電 力が生じたり、外気に含まれる水分を吸収するとインピーダンスが変わることから、高 分子センサー(例えば、湿度センサーなど)としての利用も図られている。高分子セン サ一として用いる場合にも、上記配線接続構造をそのまま適用することができる。  The force that has been described as a polymer actuator in the above description. This actuator can also be used as a polymer sensor. In other words, the structure of the polymer actuator 1 shown in FIG. 1 is that an electromotive force is generated when an external force is applied to the ion exchange resin layer 10, and the impedance changes when water contained in the external air is absorbed. For example, it is also used as a humidity sensor. Even when used as a polymer sensor, the above wiring connection structure can be applied as it is.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された高分子ァクチユエータ又は高 分子センサーにおける配線接続構造であって、  [1] A wiring connection structure in a polymer actuator or a high molecular sensor in which a metal electrode layer is formed on the surface of an ion exchange resin layer,
前記金属電極層の上に設定される配線接続領域と、配線用の金属電極板と、柔軟 性を有するシートとをこの順番で積層し、  A wiring connection region set on the metal electrode layer, a metal electrode plate for wiring, and a flexible sheet are laminated in this order,
これら積層部を積層方向に圧縮して与圧を付与した状態で結合手段により結合し たことを特徴とする配線接続構造。  A wiring connection structure characterized in that these laminated portions are joined together by a joining means in a state where compression is applied in the laminating direction.
[2] 前記結合手段は、樹脂製のリベットであり、前記積層部をリベットで貫通させてカシ メにより結合していることを特徴とする請求項 1に記載の配線接続構造。  [2] The wiring connection structure according to [1], wherein the coupling means is a resin rivet, and the laminated portion is coupled by caulking through the stacked portion.
[3] 前記配線用の金属電極板は、金属箔により形成されることを特徴とする請求項 1又 は 2に記載の配線接続構造。 [3] The wiring connection structure according to claim 1 or 2, wherein the metal electrode plate for wiring is formed of a metal foil.
[4] 前記柔軟性を有するシートは、樹脂シートであることを特徴とする請求項 1〜3のい ずれか 1項に記載の配線接続構造。 [4] The wiring connection structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the flexible sheet is a resin sheet.
[5] 前記結合手段は、導電性を有しない糸であり、前記積層部を糸により縫製したこと を特徴とする請求項 1に記載の配線接続構造。 5. The wiring connection structure according to claim 1, wherein the coupling means is a thread that does not have conductivity, and the laminated portion is sewn with a thread.
[6] 前記柔軟性を有するシートは、革もしくはスポンジ状樹脂シートであることを特徴と する請求項 5に記載の配線接続構造。 6. The wiring connection structure according to claim 5, wherein the flexible sheet is a leather or sponge-like resin sheet.
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