(57)【要約】【課題】動作速度が速く、かつ変形量が大きい高分子アクチュエータを提供する。【解決手段】第１のイオン伝導性高分子からなるイオン伝導性高分子層２の両面に、第２のイオン伝導性高分子と導電性粉末とで構成される電極層３ａ，３ｂを設けたアクチュエータ１において、イオン伝導性高分子層２を構成する第１のイオン伝導性高分子に、電極層３ａ，３ｂを構成する第２のイオン伝導性高分子と、官能基の種類が異なるものを使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のイオン伝導性高分子からなるイオン伝導性高分子層と、
該イオン伝導性高分子層の両面に設けられ、第２のイオン伝導性高分子及び導電性粉末からなる１対の電極層と、
前記イオン伝導性高分子層及び前記電極層に含有されるイオンと、を備え、
前記第１のイオン伝導性高分子と前記第２のイオン伝導性高分子とは、官能基の種類が異なるアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１のイオン伝導性高分子と前記第２のイオン伝導性高分子とで、官能基の極性が異なる請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１のイオン伝導性高分子はアニオン性官能基を有し、前記第２のイオン伝導性高分子はカチオン性官能基を有する請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１のイオン伝導性高分子がスルホ基又はカルボキシル基を有する請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第２のイオン伝導性高分子が４級アンモニウム基を有する請求項３又は４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記イオンがイオン液体である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記導電性粉末がカーボン粉末である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
各電極層上に金属導電層が設けられている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子アクチュエータに関する。より詳しくは、印加電界に応じてイオンが移動して湾曲又は変形する高分子アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン伝導性高分子（イオン交換樹脂）を用いた高分子アクチュエータは、軽量で発生力が大きいこと等から、新しいアクチュエータとして注目されている。一般に、高分子アクチュエータは、イオン伝導性高分子（イオン交換樹脂）膜に水等のイオン伝導媒体とイオンを含有させたイオン導電性高分子層の両面に、電極層を設けた構成となっている。そして、この高分子アクチュエータでは、１対の電極間に電圧を印加することにより、イオン導電性高分子層内でイオンの移動が生じ、これによりイオン導電性高分子層が湾曲又は変形する。
【０００３】
しかしながら、このような従来の高分子アクチュエータは、イオン伝導媒体が水であるため、水分が蒸発して乾燥すると動作しなくなるという問題がある。そこで、従来、イオン液体（イオン性液体）を使用した高分子アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。イオン液体は、常温で液体の塩であり、不揮発性であることから、このイオン液体を使用することにより、水等のイオン伝導媒体が不要となり、高分子アクチュエータの適用範囲が拡大すると共に、信頼性を向上させることができる。
【０００４】
更に、特許文献１，２に記載の高分子アクチュエータでは、イオン伝導性高分子中にカーボン粉末を分散させた組成物を、イオン伝導性高分子膜の両面に塗布することにより、電極層を形成している。このように、イオン伝導性高分子とカーボン粉末とで電極層を構成することで、生産性が向上すると共に、製造コストを低減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４３３００号公報
【特許文献２】特開２００７−３２９３３４号公報
【特許文献３】特開２００８−８６１８５号公報
【特許文献４】特開２００８−２５１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜４に記載されているようなイオン液体を使用した従来の高分子アクチュエータには、変形（動作）速度が遅い、不規則な変形をするといった問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、動作速度が速く、かつ変形量が大きい高分子アクチュエータを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るアクチュエータは、第１のイオン伝導性高分子からなるイオン伝導性高分子層と、該イオン伝導性高分子層の両面に設けられ、第２のイオン伝導性高分子及び導電性粉末からなる１対の電極層と、前記イオン伝導性高分子層及び前記電極層に含有されるイオンと、を備え、前記第１のイオン伝導性高分子と前記第２のイオン伝導性高分子とでは、官能基の種類が異なるものである。
本発明においては、イオン伝導性高分子層と電極層とで、官能基の種類が異なるため、イオン伝導性高分子層ではイオンが移動しやすくなり、電極層では反発力により膨張量が多くなる。
このアクチュエータでは、前記第１のイオン伝導性高分子と前記第２のイオン伝導性高分子とで、官能基の極性が異なっていてもよい。
そして、例えば、前記第１のイオン伝導性高分子がアニオン（−）性官能基を有し、前記第２のイオン伝導性高分子がカチオン（＋）性官能基を有する場合は、前記第１のイオン伝導性高分子としてスルホ基（−ＳＯ３Ｈ）又はカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有するものを使用し、前記第２のイオン伝導性高分子として４級アンモニウム基を有するものを使用することができる。
また、前記イオンとして、イオン液体を使用することもできる。
更に、前記導電性粉末として、カーボン粉末を使用することもできる。
更にまた、各電極層上に金属導電層が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、イオン伝導性高分子層と電極層とで官能基の種類を変えているため、イオン伝導性高分子層中のイオンの移動速度が向上すると共に、電極層におけるイオンの反発力が増加するため、従来のアクチュエータに比べて、動作速度が速く、かつ変形量が大きい高分子アクチュエータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１に示すアクチュエータ１の動作を模式的に示す図であり、（ａ）及び（ｃ）は電圧が印加された状態、（ｂ）は電圧が印加されていない状態を示す。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１に示すアクチュエータ１の動作原理をその工程順に示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの動作原理をその工程順に示す模式図である。
【図５】本発明の変形例に係るアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態  （官能基の種類を変えた例）
２．第２の実施の形態  （官能基の数を変えた例）
３．変形例  （金属導電層を設けた例）
【００１２】
＜１．第１の実施の形態＞
［全体構成］
先ず、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。図１は本実施形態のアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、イオン伝導性高分子層２を挟むように１対の電極層３ａ，３ｂが設けられている。これらイオン伝導性高分子層２及び電極層３ａ，３ｂは、その内部に陽イオン又は陰イオンを、印加電界に応じて移動可能な状態で含有している。また、各電極層３ａ，３ｂにはそれぞれリード線４ａ，４ｂが接続されており、このリード線４ａ，４ｂを介して、外部電源（図示せず）から電極層３ａ，３ｂ間に所定の電圧が印加される。
【００１３】
［イオン伝導性高分子層２］
イオン伝導性高分子層２は、高分子鎖間をイオンが伝播することにより電気伝導性を示すイオン伝導性高分子からなるフィルム又は膜等で構成されている。このようなイオン伝導性高分子としては、例えばフッ素系又は炭化水素系のイオン交換樹脂等が挙げられ、本実施形態のアクチュエータ１では、陰イオン（アニオン）交換樹脂及び陽イオン（カチオン）交換樹脂のいずれも使用することができる。
【００１４】
例えば、イオン伝導性高分子層２及び電極層３ａ，３ｂに存在するイオンが陽イオンである場合は、イオン伝導性高分子層２を構成するイオン伝導性高分子には、陽イオン交換樹脂のようなアニオン性（−）官能基を有するものを使用することが望ましい。この陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン及びフッ素系樹脂等に、スルホ基（−ＳＯ３Ｈ）又はカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）等のアニオン性（−）官能基が導入されたものが挙げられる。その中でも特に、フッ素系樹脂にスルホ基又はカルボキシル基が導入されたものが好適である。
【００１５】
一方、イオン伝導性高分子層２及び電極層３ａ，３ｂに存在するイオンが陰イオンである場合は、イオン伝導性高分子層２を構成するイオン伝導性高分子には、陰イオン交換樹脂のようなカチオン性（＋）官能基を有するものを使用することが望ましい。この陰イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン及びフッ素系樹脂等に、カチオン性（＋）官能基が導入されたものが挙げられ、特に、フッ素系樹脂に４級アンモニウム基が導入されたものが好適である。
【００１６】
このように、フッ素系樹脂にスルホ基又はカルボキシル基が導入された陽イオン交換樹脂、及びフッ素系樹脂に４級アンモニウム基が導入された陰イオン交換樹脂は、陽イオン及び陰イオンのいずれか一方のみを選択的に通過させる性質を持つ。このため、これらのイオン交換樹脂を使用することにより、電圧を印加したときに一方のイオンのみを、より早く移動させることができる。
【００１７】
なお、イオン伝導性高分子層２の形状は、図１に示すようなシート状に限定されるものではなく、例えば、短冊形状、円盤形状、円柱状及び円筒状等の任意の形状を選択することができる。また、その厚さも特に限定されるものではなく、アクチュエータ１の形状及び大きさ等に応じて適宜設定することができるが、例えば短冊形状の場合は、３０〜２００μｍとすることが望ましい。
【００１８】
［電極層３ａ，３ｂ］
電極層３ａ，３ｂは、主としてイオン伝導性高分子と導電性粉末とで構成されている。そして、この電極層３ａ，３ｂを構成するイオン伝導性高分子と、前述したイオン伝導性高分子層２を構成するイオン伝導性高分子とでは、官能基の極性が異なっている。従って、イオン伝導性高分子層２を構成するイオン伝導性高分子がアニオン性（−）官能基を備えている場合、電極層３ａ，３ｂを構成するイオン伝導性高分子はカチオン性（＋）官能基を備えている。
【００１９】
このように、イオン伝導性高分子層２と電極層３ａ，３ｂとで、イオン伝導性高分子の官能基の極性を逆にすることにより、イオン伝導性高分子層２中でのイオンの移動速度を高めることができると共に、電極層３ａ，３ｂの膨張量を増加させることができる。なお、電極層３ａ，３ｂを構成するイオン伝導性高分子には、前述したイオン伝導性高分子層２と同様に、スルホ基、カルボキシル基又は４級アンモニウム基等の官能基を備えるイオン交換樹脂を使用することができる。
【００２０】
また、導電性粉末としては、例えば金（Ａｕ）等の金属材料の微粉末やカーボン粉末等を使用することができる。その粒径は、特に限定されるものではないが、例えば２０〜５０ｎｍとすることができる。導電性粉末は、粒径が小さくなる程単位体積あたりの比表面積が大きくなり、より多くのイオンを引きつけることが可能となるため、アクチュエータの変形量が大きくなる。ただし、粒径が小さすぎると、分散が困難になり、かえって特性が低下することがある。例えば、導電性粉末として、カーボン粉末を使用する場合は、比表面積が大きいもの程その周囲に集まるイオンの数が多くなるため、ケッチェンブラック等の比表面積が大きいものを使用することが好ましい。これにより、より大きな変形量を得ることができる。
【００２１】
なお、電極層３ａ，３ｂの厚さ及び形状は、前述したイオン導電性高分子層２の形状及び大きさ等に応じて適宜設定することができる。例えば、イオン導電性高分子層２の厚さが５０μｍである場合は、電極層３ａ，３ｂの厚さは１０〜１００μｍとすることができる。
【００２２】
［イオン］
本実施形態のアクチュエータ１内に含有されるイオンとしては、金属イオン、有機イオン及びイオン液体等が挙げられる。具体的には、金属イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン及びマグネシウムイオン等が挙げられ、有機イオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオン等が挙げられる。なお、金属イオン及び有機イオンを含有させる場合は、水等の溶媒が必要であり、この溶媒が揮発しないように、アクチュエータ１を封止することが望ましい。
【００２３】
一方、イオン液体（イオン性液体）は、イオン（アニオン，カチオン）のみから構成される塩であり、常温（室温）溶融塩とも言われ、不燃性・不揮発性・高イオン伝導性・高耐熱性等の性質を示す。また、イオン液体には、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジウム系イオン液体及び脂肪族系イオン液体等がある。このイオン液体を使用することにより、イオン導電性高分子層２に水を含有させる必要が無くなるため、封止等の揮発防止処理が不要となると共に、アクチュエータ１の適用範囲を広げることができる。
【００２４】
［製造方法］
次に、本実施形態のアクチュエータ１の製造方法について、陽イオンを含有する場合を例にして説明する。先ず、カーボン粉末等の導電性粉末を、カチオン性官能基を備えるイオン伝導性高分子と共に溶媒に分散して塗料化する。その際使用する溶媒としては、イオン伝導性高分子が溶解可能で、かつ揮発性があるものであればよい。また、分散溶媒は、複数の溶媒を混合して使用してもよく、更に、分散後に、必要に応じて、エタノール等で希釈することもできる。
【００２５】
また、イオン伝導性高分子と導電性粉末の配合比は、特に限定されるものではなく、アクチュエータ１の形状、イオン伝導性高分子層２及び電極層３ａ，３ｂの厚さ、導電性粉末の種類等に応じて、適宜設定することができる。例えば、カーボン粉末を使用する場合は、質量比で、イオン伝導性高分子：カーボン粉末＝１：１〜１：１０とすることができる。
【００２６】
次に、調整した塗料を、アニオン性官能基を備えるイオン伝導性高分子からなるイオン伝導性高分子層２の両面に塗布した後、塗料に含まれる溶媒を除去して、所定厚さの電極層３ａ，３ｂを形成する。その際、塗布の方法は、特に限定されるものではなく、ロールコート法、スプレーコート法、ディッピング法及びスクリーン印刷等の公知の方法を適用することができる。また、塗料は複数回に分けて塗布することもでき、その場合、各層ごとにイオン伝導性高分子の官能基の種類を変えてもよい。これにより、電極層３ａ，３ｂ内に、イオンの傾斜分布を形成することができる。
【００２７】
なお、電極層の形成方法は、導電性粉末を含有する塗料を塗布する方法に限定されるものではなく、各種方法を適用することができる。例えば、イオン伝導性高分子及び導電性粉末からなるシート（フィルム・膜）を、イオン伝導性高分子層２に積層することにより、電極層３ａ，３ｂを形成することもできる。
【００２８】
その後、イオン伝導性高分子層２及び電極層３ａ，３ｂに、陽イオンを含有させる。具体的には、イオン伝導性高分子層２の両面に電極層３ａ，３ｂを形成したものを、陽イオンを含有する水溶液又はイオン液体等に浸漬して、その内部に陽イオンを含浸させる。
【００２９】
［動作］
次に、本実施形態のアクチュエータ１の動作について、陽イオンを含有している場合を例にして説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は図１に示すアクチュエータ１の動作を模式的に示す図であり、図２（ａ）及び（ｃ）は電圧が印加された状態、図２（ｂ）は電圧が印加されていない状態を示す。また、図３（ａ）〜（ｃ）はこのアクチュエータ１の動作原理をその工程順に示す模式図である。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、電圧が印加されていないときは、その内部にイオンが均一に分布しており、真っ直ぐな状態になっている。一方、図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、外部電源７により、各電極層間に電圧を印加すると、その極性に応じて一方の電極層側にイオンが移動する。例えば、アクチュエータ１内に含有されるイオンが陽イオンである場合には、マイナス側にイオンが集まり、プラス側はイオンが減少する。このイオンの偏在による濃度差により、各電極層に体積差が生じ、アクチュエータ１全体が湾曲（変形する）する。
【００３１】
例えば、図３（ａ）に示すように、電極層３ａ側にプラス、電極層３ｂ側にマイナスの電位が印加されると、電極層３ａに存在する陽イオン５が、イオン伝導性高分子層２を通って、電極層３ｂに移動する。このとき、電極層３ａがカチオン性官能基を有し、イオン伝導性高分子層２がアニオン性官能基を有していると、陽イオン５は、電極層３ａのカチオン性官能基よりも、極性が逆のイオン伝導性高分子層２のアニオン性官能基に引きつけられる。これにより、イオン伝導性高分子層２内を、陽イオン５が通過しやすくなるため、動作速度が向上する。
【００３２】
また、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、電極層３ｂがカチオン性官能基を有していると、電極層３ｂに到達した陽イオン５と、同じ極性をもつカチオン性官能基との間で反発力が生じるため、電極層３ｂの膨張量が増加する。これにより、電極層３ｂの変形量（湾曲量）を大きくすることができる。
【００３３】
なお、アクチュエータに含有されるイオンが陰イオンの場合や、電極層３ａ，３ｂに印加する電位の極性を逆にした場合は、アクチュエータ１の湾曲方向は、図２（ａ）及び（ｃ）に示すものとは逆になる。また、このアクチュエータ１では、印加電圧の極性を切り替えることにより、その湾曲方向を容易に制御することができる。
【００３４】
このように、本実施形態のアクチュエータでは、電極層にイオンと反発する官能基を導入しているため、イオンの移動による体積変化（膨張量）を大きくすることができる。また、イオンが移動するイオン伝導性高分子層には、イオンとの親和性がよい官能基を導入しているため、イオンが動きやすくなり、移動速度（動作速度）が向上する。その結果、動作速度が速く、かつ変形量が大きい高分子アクチュエータを実現することができる。
【００３５】
なお、本実施形態のアクチュエータでは、イオン伝導性高分子層と電極層とで、イオン伝導性高分子の極性を逆にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、官能基の種類が異なっていればよい。例えば、イオン伝導性高分子層の官能基と電極層の官能基とが、極性は同じでも、イオンとの反発力や親和性等に差があれば、同様の効果が得られる。
【００３６】
＜２．第２の実施の形態＞
［全体構成］
次に、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。本実施形態のアクチュエータは、イオン伝導性高分子層と電極層とで、導入されている官能基の数が異なる以外は、前述した第１の実施形態のアクチュエータと同様である。
【００３７】
［イオン伝導性高分子及び電極層］
イオン伝導性高分子層及び電極層を構成するイオン伝導性高分子は、アニオン性官能基を有するもの及びカチオン性官能基を有するもののいずれでもよい。ただし、アクチュエータ内に存在するイオンが陽イオンである場合は、イオン伝導性高分子層及び電極層を構成するイオン伝導性高分子は、陽イオン交換樹脂等のようにアニオン性官能基を有するものを使用することが望ましい。一方、アクチュエータ内に存在するイオンが陰イオンである場合は、イオン伝導性高分子層及び電極層を構成するイオン伝導性高分子は、陰イオン交換樹脂等のようにカチオン性官能基を有するものを使用することが望ましい。
【００３８】
また、官能基の数は、各電極層よりもイオン伝導性高分子層の方が多いことが望ましい。これにより、イオン伝導性高分子層内において、イオンが官能基間を移動しやすくなる。なお、ここでいう官能基数とは、単位質量あたりの官能基数、又は当量あたりの質量（ＥＷ）により表されるものの値である。また、イオン伝導性高分子層と電極層とで、少しでも官能基の数に差があれば前述した効果は得られる。
【００３９】
［製造方法］
本実施形態のアクチュエータは、前述した第１の実施形態のアクチュエータと同様の方法で製造することができる。例えば、陽イオンを含有するアクチュエータを作製する場合は、導電性粉末を、アニオン性官能基を備えるイオン伝導性高分子と共に溶媒に分散して塗料化し、アニオン性官能基を備えるイオン伝導性高分子層の両面に塗布すればよい。
【００４０】
その際、官能基の数が、イオン伝導性高分子層よりも小さくなるようにする。例えば、イオン伝導性高分子層として、スルホ基を有し官能基量ＥＷが約７００ｇ／ｍｅｑのイオン伝導性高分子フィルムを使用する場合、電極層は、スルホ基を有し官能基量ＥＷが１１００ｇ／ｍｅｑ程度のイオン伝導性高分子とカーボン粉末とを１：１の割合で含むようにする。なお、イオン伝導性高分子と導電性粉末の配合比は、特に限定されるものではなく、導電性粉末の種類及びイオン伝導性高分子の官能基量等に応じて、適宜設定することができる。
【００４１】
また、電極層の形成方法は、導電性粉末を含有する塗料を塗布する方法に限定されるものではなく、例えば、イオン伝導性高分子及び導電性粉末からなるシート（フィルム・膜）を、イオン伝導性高分子層に積層することにより、電極層を形成することもできる。その場合、電極層を多層構造とし、各層ごとに官能基の数を変えて、電極層内に官能基数の傾斜分布を形成してもよい。
【００４２】
［動作］
次に、本実施形態のアクチュエータの動作について、陽イオンを含有している場合を例にして説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は本実施形態のアクチュエータの動作原理をその工程順に示す模式図である。本実施形態のアクチュエータ１０は、前述した第１の実施形態のアクチュエータと同様に、電圧が印加されていないときは、その内部にイオンが均一に分布しており、真っ直ぐな状態になっている。一方、外部電源（図示せず）により、各電極層間に電圧を印加すると、その極性に応じて一方の電極層側にイオンが移動し、このイオンの偏在による濃度差により、各電極層に体積差が生じ、湾曲・変形する。
【００４３】
その際、例えば、図４（ａ）に示すように、電極層１３ａ側にプラス、電極層１３ｂ側にマイナスの電位が印加されると、電極層３ａに存在する陽イオン５が、イオン伝導性高分子層１２を通って、電極層１３ｂ側に移動する。このとき、イオン伝導性高分子層１２の官能基数が、電極層１３ａの官能基数よりも多いと、各官能基間を陽イオン５が移動しやすくなるため、イオン伝導性高分子層１２内を陽イオン５が通過しやすくなり、動作速度が向上する。
【００４４】
そして、図４（ｂ）に示すように、電極層１３ｂに到達すると、陽イオン５は、極性が異なる電極層１３ｂの官能基と引き合う。その後、図４（ｃ）に示すように、官能基数が少ない電極層１３ｂでは、到着した陽イオン５同士の反発力が大きく、イオン数の増加による電極層１３ｂの膨張量が増加する。これにより、アクチュエータ１０の変形量（湾曲量）を大きくすることができる。
【００４５】
また、アクチュエータ１０内に、陽イオンと共に陰イオンが含まれていると、この陰イオンの移動により、陽イオンによる変形が妨げることがある。しかしながら、このアクチュエータ１０では、イオン伝導性高分子層１２に陰イオンと同じ極性の官能基が多数導入されているため、陰イオンはイオン伝導性高分子層１２内を移動しにくくなり、変形量の低下を抑制することができる。
【００４６】
更に、印加電圧を、陰イオンがイオン伝導性高分子層１２を通り抜けられる電圧よりも低い値に設定することにより、陰イオンの影響を排除し、陽イオンの移動のみでアクチュエータの変形を決定することができる。これにより、アクチュエータに一定電圧を印加すると、変形量が単純な増加傾向を示すようになるため、変形量を増加させると共に、変形速度を向上させることができる。
【００４７】
なお、電極層１３ａ，１３ｂに印加する電位の極性を逆にした場合は、陽イオン５の移動方向、即ち、アクチュエータ１０の湾曲方向は、逆になる。また、陰イオンの移動により湾曲・変形を生じるものの場合、イオン伝導性高分子として４級アンモニウム基等のカチオン性官能基を有するものを使用することにより、同様の効果が得られる。
【００４８】
本実施形態のアクチュエータでは、イオン伝導性高分子層及び電極層に変形に寄与するイオンと逆の極性の官能基を導入し、イオン伝導性高分子層の官能基量を電極層よりも多くしているため、イオンがイオン伝導性高分子層内を移動しやすくなる。これにより、アクチュエータの動作速度を向上させることができる。また、電極層では官能基量が少ないため、イオン同士の反発力が大きくなり、変形量を増加させることができる。その結果、動作速度が速く、かつ変形量が大きい高分子アクチュエータを実現することができる。
【００４９】
なお、本実施形態のアクチュエータにおける上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態のアクチュエータと同様である。
【００５０】
＜３．変形例＞
次に、前述した第１及び第２の実施形態の変形例に係るアクチュエータについて説明する。図５は本変形例のアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。なお、図５においては、図１に示すアクチュエータ１の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図５に示すように、本変形例のアクチュエータ２０は、イオン導電性高分子層２を挟むように１対の電極層３ａ，３ｂが設けられており、各電極層３ａ，３ｂ上には、金属導電層７ａ，７ｂが形成されている。このアクチュエータ２０では、金属導電層７ａ，７ｂにリード線４ａ，４ｂが接続されており、このリード線４ａ，４ｂを介して、外部電源（図示せず）から電極層３ａ，３ｂ間に所定の電圧が印加される。
【００５１】
［金属導電層７ａ，７ｂ］
金属導電層７ａ，７ｂは、金又は白金等の導電性に優れ、酸化しにくい金属材料で形成することができる。金属導電層７ａ，７ｂの厚さは、特に限定されるものではないが、リード線４ａ，４ｂからの電圧が電極層３ａ，３ｂに均等に印加されるように、連続した膜となる厚さであることが望ましく、表面抵抗値が１Ω以下になるような厚さがより望ましい。また、その形成方法も特に限定されるものではなく、めっき法、蒸着法及びスパッタ法等公知の製膜方法を適用することができる。
【００５２】
本変形例のアクチュエータ２０では、電極層３ａ，３ｂ上に金属導電層７ａ，７ｂを設けているため、表面抵抗が充分低くなり、アクチュエータ全体に均一に電圧が印加されることとなる。これにより、アクチュエータ全体を均一に変形させることができる。
【００５３】
なお、本変形例では、図１に示す第１の実施形態のアクチュエータ１に、金属導電層７ａ，７ｂを設けた場合を例に説明しているが、当然ながら、前述した第２の実施形態のアクチュエータに適用した場合でも、同様の効果が得られる。また、本変形例のアクチュエータ２０における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１及び第２の実施形態のアクチュエータと同様である。
【符号の説明】
【００５４】
１、１０、２０  アクチュエータ
２、１２  イオン伝導性高分子層
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ  電極層
４ａ、４ｂ  リード線
５  イオン
６  外部電源
７ａ、７ｂ  金属導電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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