(57)【要約】【課題】低い印加電圧で駆動し、作用を及ぼしたい方向において大きい変位量や発生力が得られる高分子アクチュエータを提供する。【解決手段】導電材を含有する第１の導電層と、導電材を含有する第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に挟持されたイオン性物質を含有するイオン伝導層とからなり、前記第1の導電層と前記第２の導電層との間に電圧を印加することで屈曲運動するアクチュエータであって、下記の式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすアクチュエータ。Ｖａ１  ＞  Ｖａ２  ・・・  （１）Ａ１  ＞  Ａ２      ・・・  （２）（ただし、第１の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ１、第２の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ２、第1の導電層における導電材の界面積をＡ１、第２の導電層における導電材の界面積をＡ２とする。）【選択図】図１
2010158104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材を含有する第１の導電層と、導電材を含有する第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に挟持されたイオン性物質を含有するイオン伝導層とからなり、前記第1の導電層と前記第２の導電層との間に電圧を印加することで屈曲運動するアクチュエータであって、下記の式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
Ｖａ１  ＞  Ｖａ２  ・・・  （１）
Ａ１  ＞  Ａ２      ・・・  （２）
（ただし、第１の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ１、第２の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ２、第1の導電層における導電材の界面積をＡ１、第２の導電層における導電材の界面積をＡ２とする。）
【請求項２】
前記第１の導電層の厚みが、前記第２の導電層の厚みより大きいことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の導電層の空隙率が、前記第２の導電層の空隙率より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の導電層と前記第２の導電層の材料種が異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第１の導電層の有する前記導電材と前記第２の導電層の有する前記導電材が炭素材料であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載のアクチュエータ。  
【請求項６】
前記炭素材料が、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、フラーレン、黒鉛、炭素繊維のうち１種あるいは２種以上含んでいることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記イオン性物質がイオン液体であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの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】
本発明はアクチュエータに関し、特に導電層がイオン性物質を含有するイオン伝導層を挟持してなり、導電層間に電圧を印加することで屈曲するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用や医療用、パーソナル用のロボット、マイクロマシン等の分野で、小型で軽量、そして柔軟なアクチュエータの必要が高まっており高分子アクチュエータの開発が行われている。高分子アクチュエータとして、イオン交換膜と接合電極からなり、イオン交換膜の含水状態において、イオン交換膜に電位差をかけてイオン交換膜に湾曲、変形を生じさせるイオン導電性高分子アクチュエータや、電場の方向に収縮し、電場と垂直な方向には膨張する誘電エラストマーを用いた誘電型エレクトロアクティブ高分子アクチュエータ、導電性高分子質中のレドックス伸縮を利用した電子導電性高分子アクチュエータなどが挙げられる。
【０００３】
高分子アクチュエータをロボットやマイクロマシン等に用いる場合、作用を及ぼしたい方向において大きい変位量や発生力が求められる。そこで電場印加時に収縮変形するポリウレタンエラストマーの両面に剛性の異なる導電層を形成することで、エラストマーの収縮変形を屈曲変形に転換し、変位量を大きくした誘電型エレクトロアクティブ高分子アクチュエータが提案されている（特許文献１参照）。しかし、このアクチュエータを変形するために１００Ｖ以上の電圧を印加している。そのために、より低い印加電圧で、作用を及ぼしたい方向において大きい変位量や発生力が得られるアクチュエータが求められている。
【０００４】
一方、低い印加電圧で屈曲変形し大きな変位量が得られる高分子アクチュエータとして、次のようなイオン導電性高分子アクチュエータが挙げられる。すなわち、イオン液体を有するイオン伝導層を、カーボンナノチューブとイオン液体を有する一対の電極で挟持し、電極間に電圧を印加することで屈曲変形するアクチュエータが提案されている。このアクチュエータは、空気中および真空中において数Ｖ以下という低電圧で屈曲変形することができる。（特許文献２参照）。しかし、このようなイオン導電性高分子アクチュエータにおいて、大きな変位量、発生力を得ようとして印加電圧を大きくする場合、イオン液体の電位窓以上の印加電圧を加えるとイオン液体が分解してしまう。そのため、印加電圧を大きくすることによって大きな変位量、発生力を得ようとしても限界がある。したがって、低い印加電圧で駆動し、作用を及ぼしたい方向において大きい変位量や発生力が得られるアクチュエータが望まれている。
【特許文献１】特開平０８−３３５７２６号公報
【特許文献２】特許第０４０３８６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低い印加電圧で駆動し、作用を及ぼしたい方向において大きい変位量や発生力が得られるアクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、導電材を含有する第１の導電層と、導電材を含有する第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に挟持されたイオン性物質を含有するイオン伝導層とからなり、前記第1の導電層と前記第２の導電層との間に電圧を印加することで屈曲運動するアクチュエータであって、下記の式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすことを特徴とするアクチュエータである。
Ｖａ１  ＞  Ｖａ２  ・・・  （１）
Ａ１  ＞  Ａ２      ・・・  （２）
（ただし、第１の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ１、第２の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ２、第1の導電層における導電材の界面積をＡ１、第２の導電層における導電材の界面積をＡ２とする。）
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低い印加電圧で駆動し、作用を及ぼしたい方向において大きい変位量や発生力が得られるアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るアクチュエータは、導電材を含有する第１の導電層と、導電材を含有する第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に挟持されたイオン性物質を含有するイオン伝導層とからなり、前記第1の導電層と前記第２の導電層との間に電圧を印加することで屈曲運動するアクチュエータであって、下記の式（１）、（２）の少なくとも一方を満たすことを特徴とするアクチュエータである。
Ｖａ１  ＞  Ｖａ２  ・・・  （１）
Ａ１  ＞  Ａ２      ・・・  （２）
（ただし、第１の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ１、第２の導電層における導電材以外が占める体積をＶａ２、第1の導電層における導電材の界面積をＡ１、第２の導電層における導電材の界面積をＡ２とする。）
【０００９】
まず、本発明に係るアクチュエータの駆動原理について説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの一例の構成の概略および駆動原理を示す図である。図１（ａ）は、導電材を含有する第１の導電層１と、導電材を含有する第２の導電層２であり、第１の導電層１における導電材以外が占める体積Ｖａ１が第２の導電層２における導電材以外が占める体積Ｖａ２より大きく、あるいは第１の導電層１の界面積Ａ１が前記第２の導電層２の界面積Ａ２より大きく、前記第１の導電層１と第２の導電層２間にカチオン４とアニオン５からなるイオン性物質６を含有するイオン伝導層３を挟持してなるアクチュエータを示す。
【００１０】
２つの導電層でイオン伝導層を挟持した構造を有する本発明に係るアクチュエータの駆動原理は明確にはなっていないが、現在推測されている原理について、図２を用いて説明する。図２（ｃ）のように２つの導電層１１、導電層１２はイオン伝導層１３の表面に相互に絶縁状態で形成されている。この導電層１１と、導電層１２との間に電位差がかかると、図２の（ｄ）に示すように、イオン性物質１６のカチオン１４とアニオン１５はそれぞれ、カソードの導電層１１にカチオン１４が移動・浸透し、アノードの導電層１２にはアニオン１５が移動、浸透する。そして導電層１１、１２内の導電材層とイオン性物質相の界面に電気二重層が形成される。好ましく用いられるイオン液体は、カチオン１４のイオン半径がアニオン１５より大きい。その結果、導電層内に存在するイオンの立体効果が、電気二重層に伴う静電反発などと共同的に働くことにより、導電層１１が導電層１２に比べ、より膨張し、カソードがアノードに比べより伸びる方向へアクチュエータが屈曲すると考えられる。なお、カチオンのイオン半径とアニオンのイオン半径が異なればよく、アニオンのイオン半径がカチオンのイオン半径より大きくても良い。この場合、アノードがカソードに比べより伸びる方向へアクチュエータが屈曲すると考えられる。
【００１１】
ここで、第１の導電層における前記導電材以外が占める体積Ｖａ１とは、第1の導電層領域における前記導電材以外の物質や空間が占めている体積と定義する。例えば、第１の導電層は導電材を有しており、好ましくはイオン性物質を有しており、高分子などを有していてもよいため、前記導電材以外の物質とはイオン性物質、および高分子などが挙げられる。また前記導電材以外の空間とは、第１の導電層において、固体（例えば高分子）や液体（例えばイオン性物質）以外の領域であり、例えば空気やガスあるいは真空の空間があげられる。したがって、カチオンもしくはアニオンがイオン伝導層から導電層内に移動した際、Ｖａが大きいほどカチオンもしくはアニオンが吸着・存在できる領域は大きくなる。なお、第２の導電層における前記導電材以外が占める体積Ｖａ２の定義についてもＶａ１と同様である。以下、Ｖａとは導電層における導電材以外が占める体積のことであり、Ｖａ１及びＶａ２に共通した事項について説明する際に用いる。
【００１２】
本発明の一例である図１（ａ）において、第１の導電層１をカソード、第２の導電層２をアノードとして、両導電層間に電位差をかけた場合（図１（ｂ））、カチオン４（カチオン４はアニオン５よりイオン半径が大きいこととする）はカソードである第１の導電層１に、アニオン５はアノードである第２の導電層２に移動・吸着する。Ｖａ１がＶａ２よりも大きい場合、カチオン４が存在できる領域は、アニオン５が存在できる領域に比べて大きい。その結果、より多くのイオンが存在することによる立体効果とイオン同士の静電的反発力による効果がより大きくなるため、Ｖａ１とＶａ２とが等しい場合あるいはＶａ１がＶａ２より小さい場合に比べてアクチュエータはより大きく屈曲変形する。すなわち、アクチュエータの発生力はより大きくなる。
【００１３】
また、第１の導電層における導電材の界面積Ａ１とは、第１の導電層内に分散し、存在している導電材と、他相（導電層が含有する導電材以外の固体、液体、気体の相）との間の界面の面積と定義する。ここで導電材以外の固体・液体・気体あるいは空間とは、導電層に含まれるものであれば特に限定されないが、例えば、固体としては高分子であり、液体としてはイオン液体等のイオン性物質であり、気体としては空気であり、空間としては真空の空間があげられる。よって、カチオンもしくはアニオンが導電層内に移動した際、Ａ１が大きいほど、より多くのアニオンもしくはカチオンが導電材と他相との界面に電気二重層を形成することができるので、アニオンもしくはカチオンが存在できる領域はより大きくなる。なお、第２の導電層における導電材の界面積Ａ２の定義についてもＡ１と同様である。なお、第２の導電層における前記導電材以外が占める体積Ｖａ２の定義についてもＶａ１と同様である。以下、Ａとは導電層における導電材の界面積のことであり、Ａ１及びＡ２に共通した事項について説明する際に用いる。
【００１４】
本発明の一例である図１（ａ）において、第１の導電層１をカソード、第２の導電層２をアノードとして、両導電層間に電位差をかけた場合（図１（ｂ））、カチオン４（カチオン４はアニオン５よりイオン半径が大きいこととする）はカソードである第１の導電層１に、アニオン５はアノードである第２の導電層２に移動・吸着する。Ａ１がＡ２よりも大きい場合、カチオン４が移動し電気二重層を形成できる領域は、アニオン５が移動し電気二重層を形成できる領域に比べて大きい。すなわち、Ａ１がＡ２よりも大きい場合、カチオン４が存在できる領域は、アニオン５が存在できる領域に比べて大きい。その結果、より多くのイオンが存在することによる立体効果とイオン同士の静電的反発力による効果がより大きくなるため、Ａ１とＡ２とが等しい場合あるいはＡ１がＡ２より小さい場合に比べてアクチュエータはより大きく屈曲変形する。すなわち、アクチュエータの発生力はより大きくなる。
【００１５】
以上のように本発明のアクチュエータの駆動原理について図１を用いて説明したが、本発明に係るアクチュエータは、イオン性物質中のアニオン、カチオンが第１の導電層あるいは第２の導電層に移動することによって、第１の導電層もしくは第２の導電層の一方が他方よりも大きく膨張することにより屈曲変形すればよく、特に上記に限定されるものではない。
【００１６】
次に、Ｖａ、Ａの測定方法について説明する。
前記導電層における前記導電材以外が占める体積Ｖａは、前記導電層が前記導電材以外に、好ましくはイオン性物質を有しており、あるいは高分子や、空気・ガスあるいは真空の空間を有することから、Ｖａは導電層内に存在するイオン性物質や、高分子や、空気・ガスあるいは真空の空間の占める体積の和で求めることができる。求める方法としては特に限定されないが、例えばイオン性物質や高分子の体積は、膜作製に使用した高分子の密度および仕込み重量を用いて算出可能である。また空気・ガスあるいは真空の空間の体積は、作製した導電層をガス吸着法、水銀圧入法、アルキメデス法などによって測定可能である。
【００１７】
また、前記導電層における前記導電材の界面積Ａの測定は、特に限定されないが、例えば、「最新導電性材料、技術大全集上巻」、技術材料協会社、ｐ．４３５から４３６（発行日２００７年）の記載に基づいて、Ｘ線小角散乱解析装置（リガク社製）を用いて導電材の単位ｇあたりの界面積（ｍ２／ｇ）を測定し、導電材の仕込み重量との積によってＡ（ｍ２）を算出することができる。
【００１８】
次に、第１の導電層と第２の導電層の異なる例について説明する。
本発明に用いられる前記第１の導電層と前記第２の導電層において、ＶａあるいはＡが第１の導電層のほうが大きいものとして、第１の導電層のほうが導電層の厚みが厚い、空隙率が大きい、導電材の比表面積が大きい、導電材の濃度が高い、導電材の分散状態がよい、あるいは第１の導電層と第２の導電層の材料種が異なることが好ましい。
【００１９】
更には本発明において、前記第１の導電層の厚みが、前記第２の導電層の厚みより大きいことが好ましい。前記第１の導電層の厚みが前記第２の導電層より大きいことにより、導電層内のイオンの移動・吸着し存在できる領域が、膜厚方向に大きくなる。その結果、より多くのイオンが存在することによる立体効果とイオン同士の静電的反発力による効果がより大きくなるため、第１の導電層の厚みが第２の導電層の厚みと等しい場合あるいは第１の導電層の厚みが第２の導電層の厚みより小さい場合に比べてアクチュエータはより大きく屈曲変形する。すなわち、アクチュエータの発生力はより大きくなる。
【００２０】
また、本発明において、第１の導電層の空隙率が、第２の導電層の空隙率より大きいことが好ましい。本発明における空隙率とは、導電層内をカチオンやアニオンのイオンが移動・存在できる領域を表すものであり、本発明における導電層間に電位差をかける前の導電層内においてイオン性物質と導電材以外が占める体積の割合と比例するものである。
【００２１】
すなわち、導電層の空隙率は、導電層内においてイオン性物質と導電材以外が占める体積を、導電層の面積と膜厚から幾何学的に求めた体積で割り百分率で表したもの（単位：体積％）である。導電層内で導電材およびイオン性物質以外が占める体積としては、例えば高分子の体積であり、あるいは空気・ガスあるいは真空の空間であってもよい。
【００２２】
高分子の体積は、膜作製に使用した高分子の密度および仕込み重量を用いて算出可能である。また空気・ガスあるいは真空の空間の占める体積は、作製した導電層をガス吸着法、水銀圧入法、アルキメデス法などによって測定可能である。
【００２３】
本発明において、第１の導電層の空隙率が、第２の導電層の空隙率より大きいと、第１の導電層内へのイオンの移動・浸透がより容易になり、存在できる領域が大きくなり、イオンが導電層内のより広い領域で存在可能となる。その結果、より多くのイオンが存在することによる立体効果とイオン同士の静電的反発力による効果がより大きくなるため、第１の導電層の空隙率が第２の導電層の空隙率と等しい場合あるいは第１の導電層の空隙率が第２の導電層の空隙率より小さい場合に比べてアクチュエータはより大きく屈曲変形する。すなわち、アクチュエータの発生力はより大きくなる。
【００２４】
前記導電層の空隙率の算出方法は特に限定されないが、例えば次の通り求めることができる。すなわち、得られる導電層の面積と厚みより得られる導電層の体積（ｍ）、および導電層の体積から導電層におけるイオン液体と導電材の体積を除した体積（ｎ）をそれぞれ測定し、下記の式（３）で計算することによって空隙率（単位：体積％）を算出する。
【００２５】
【数１】
2010158104.tif 000003
【００２６】
また本発明において前記第１の導電層と前記第２の導電層において材料種が異なることが好ましい。例えば材料種が異なり第１の導電層の剛性が第２の導電層に比べ小さくなることによって、第１の導電層が第２の導電層に比べより伸びる方向への屈曲運動する際に、より大きな変位量が得られる。
【００２７】
ここで前記導電層における材料種の異なるものとは、導電材の構成元素が異なるもの、あるいは同素体であるもの等種類が異なるもの、あるいはイオン性物質の化学構造が異なるもの、あるいは高分子の化学構造が異なるもの、あるいは高分子の分子量が異なるもの、あるいは高分子の結晶性や架橋度が異なるもの、あるいは高分子を２種類以上用いた場合の混合比が異なるもの等が挙げられる。材料種が異なる導電層として、以上にあげたもので少なくとも１つ以上異なればよく、２つ以上異なっていてもよい。
【００２８】
また本発明の導電層において、第２の導電層に比べ、第１の導電層の導電材の比表面積が大きいか、あるいは導電材の濃度が高いか、あるいは導電材の分散性が高い場合、第１の導電層内にイオンが移動し吸着・浸透し存在できる領域が、第２の導電層内のイオンが移動し吸着・浸透する領域に比べ大きくなる。ここで比表面積とは導電材の単位質量当たりの表面積を意味する。
【００２９】
その結果、より多くのイオンが存在することによる立体効果とイオン同士の静電的反発力による効果がより大きくなるため、第１の導電層の導電材の比表面積、あるいは導電材の濃度、あるいは導電材の分散性が第２の導電層と等しい場合あるいは第１の導電層よりより小さい場合に比べてアクチュエータはより大きく屈曲変形する。すなわち、アクチュエータの発生力はより大きくなる。
【００３０】
本発明に用いられるイオン性物質としは、例えば、フッ化リチウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸銅、酢酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等を挙げることができる。
【００３１】
本発明に用いられるイオン性物質がイオン液体であることが好ましい。
本発明に用いられるイオン液体（ｉｏｎｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ）とは、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩である。イオン液体は常温で不揮発性を示すことから、本発明のイオン伝導物質としてイオン液体を用いた場合、湿度が高くない空気中および真空中での駆動が可能となる。
【００３２】
本発明においては、従来より知られた各種のイオン液体を使用することができるが、常温（室温）または可及的に常温に近い温度において液体状態を呈し安定なものが好ましい。本発明においては、常温溶融塩であって、導電率が０．１Ｓｍ−１以上のものが好ましい。
【００３３】
本発明において用いられる好適なイオン液体としては、下記の一般式（４）から（７）で表わされるカチオン（好ましくは、イミダゾリウムイオン）と、アニオン（Ｘ−）より成るものを例示することができる。
【００３４】
【化１】
2010158104.tif 000004
【００３５】
上記の式（４）から（７）において、Ｒは炭素数１から１２のアルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３から１２のアルキル基を示し、式（４）においてＲ１は炭素数１から４のアルキル基または水素原子を示す。式（４）において、ＲとＲ１は同一ではないことが好ましい。式（６）および（７）において、Ｘはそれぞれ１から４の整数である。また、Ｎは窒素原子、Ｐはリン原子を表す。
【００３６】
アニオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸アニオン、ヘキサフルオロリン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド酸アニオン、過塩素酸アニオン、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ジシアンアミドアニオン、トリフルオロ酢酸アニオン、有機カルボン酸アニオンおよびハロゲンイオンより選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００３７】
本発明に用いられる第１の導電層と第２の導電層において、２つの導電層間に電圧を印加した際イオンが導電層内に浸透・移動するように、導電材は導電性を示すものであればよく、炭素材料、導電性高分子、金属、金属化合物があげられる。
【００３８】
本発明の第１の導電層と第２の導電層において、イオン性物質との相互作用の点から、前記導電材が炭素材料であることが好ましい。相互作用が高いと導電材が導電層に良好に均一分散することができ、また、得られる導電層の機械的強度も増加する。炭素材料としては、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、フラーレン、黒鉛、炭素繊維などがあげられるが、これらに限定されるものではなく、これらのうち１種を含んでいてもよいし、２種以上含んでいてもよい。
【００３９】
また,本発明の導電材としては、導電性と伸縮性を有する層が得られるという点から、カーボンナノチューブが好ましい。カーボンナノチューブはイオン液体とともにせん断をかけ分散させることにより、伸縮性のある導電性ゲルが得られる。カーボンナノチューブはグラフェンシートが筒形に巻いた形状から成る炭素系材料であり、その周壁の構成数から単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）と多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）とに大別され、また、グラフェンシートの構造の違いからカイラル（らせん）型、ジグザグ型、およびアームチェア型に分けられるなど、各種のものが知られている。本発明には、このような所謂カーボンナノチューブと称されるものであれば、いずれのタイプのカーボンナノチューブも用いることができる。一般的には、アスペクト比が大きい、すなわち、細くて長い単層ナノチューブがゲルを形成し易い。従って、本発明においては、ＳＷＮＴからゲル状組成物を得るのが好ましい。実用に供されるカーボンナノチューブの好適な例として、一酸化炭素を原料として比較的量産が可能なＨｉＰｃｏ（カーボン・ナノテクノロジー・インコーポレーテッド社製）が挙げられるが、勿論、これに限定されるものではない。
【００４０】
また、本発明に用いられる導電材として、導電性を有する導電性高分子を用いることができる。導電性高分子として、例えばポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアズレン等のπ共役系導電性高分子、及びこれらのπ共役系導電性高分子の誘導体などが挙げられるが特にこれに限定したものではない。またこれらのうち１種を用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００４１】
また本発明に用いられる導電材として、導電性を有する金属、金属化合物を用いることができる。金属として、例えば白金、パラジウム、ルテニウム、銀、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、インジウム、イリジウム、チタン、アルミニウム等が挙げられるが特にこれに限定したものではない。また、金属化合物として、酸化すず、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化第二すず、ＩＴＯ等が挙げられるが特にこれに限定したものではない。またこれらのうち１種を用いてもよいし、２種以上用いてもよい。
【００４２】
本発明に用いられる第１の導電層と第２の導電層は、導電材とイオン液体を含むものが好ましい。また導電層の機械的強度を保つためにカーボンナノチューブとイオン液体に加え高分子を含有してもよい。
【００４３】
本発明に用いられる導電層における前記導電材の含有量は、導電層に対する重量割合で１重量％以上が好ましい。含有量が１重量％未満だと、導電層の導電性が十分に得られない場合がある。
【００４４】
本発明の導電層における高分子の含有量は９９重量％以下であるのが好ましい。含有量が９９重量％より大きいと、導電層の導電性が十分に得られない場合がある。
本発明の導電層におけるイオン液体の含有量は６０重量％以下であるのが好ましい。含有量が６０重量％より大きいと、導電層として機械的強度が弱くなる場合がある。
【００４５】
本発明において、導電層を得るのに用いることのできる高分子としては、前記アクチュエータの屈曲変形に伴って変形可能な柔軟性を有する高分子バインダであれば特に限定されるものではないが、加水分解性が少なく、大気中で安定であることが好ましい。かかる高分子バインダとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系ポリマー；ポリスチレン；ポリイミド；ポリパラフェニレンオキサイド、ポリ（２、６−ジメチルフェニレンオキサイド）、ポリパラフェニレンスルフィド等のポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）；ポリオレフィン系ポリマー、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）等に、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基等を導入したもの；ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系のポリマー；含フッ素系のポリマーの骨格にスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基等を導入したパーフルオロスルホン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー、パーフルオロリン酸ポリマー等；ポリブダジエン系化合物；エラストマーやゲルなどのポリウレタン系化合物；シリコーン系化合物；ポリ塩化ビニル；ポリエチレンテレフタレート；ナイロン；ポリアリレート等を挙げることができる。また、導電性を有する高分子を用いることもでき、かかる高分子としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレン等を挙げることができる。なおこれらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また官能基化してもよいし、他の高分子との共重合体としてもよい。
【００４６】
これらの高分子バインダの中でも、特に好ましい高分子としては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｃｏ−ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｅｎｅ）ＰＶｄＦ（ＨＦＰ））、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ、ナフィオン）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などが挙げられる。また、上記高分子は、イオン伝導層と相溶性の高い高分子であることが好ましい。これにより、イオン伝導層との、相溶性および接合性がより高いため、より強固な電極を構成することが可能となる。このためには、上記高分子バインダは、上記イオン伝導層を構成する高分子化合物と、同種、類似または同一の高分子構造を有する高分子、または、同種、類似または同一の官能基を有する高分子であることが好ましい。
【００４７】
さらに、上記高分子バインダとしては、ゾル・ゲル法などで得られる高分子構造をもつ金属酸化物も用いることができる。かかる金属酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、マンガン、ニッケル、コバルト、五酸化バナジウム系の金属酸化物を用いることができる。
【００４８】
本発明の第１の導電層および第２の導電層の電気抵抗値は、１０００Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１００Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。上記電極の電気抵抗値が１０００Ω・ｃｍ以下であることにより、電極に低い電圧を印加したときに、本発明のアクチュエータを屈曲させることができる。また、上記電極は、ソフトアクチュエータの機能に好ましくない影響を与えるものでない限り、高分子バインダおよび上記導電材料の他の成分を含有していてもよい
本発明のイオン伝導層はイオン性物質を含有しており、イオン性物質の保持および機械的強度、柔軟性の確保の点で高分子を含有するものが好ましい。
【００４９】
本発明において、イオン伝導層を得るのに用いることのできる高分子としては、例えば、テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどの含フッ素系高分子；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系ポリマー；ポリブダジエン系化合物；エラストマーやゲルなどのポリウレタン系化合物；シリコーン系化合物；熱可塑性のポリスチレン；ポリ塩化ビニル；ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。なおこれらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また官能基化してもよいし、他の高分子との共重合体としてもよい。上記高分子は、イオン性物質を含んでいる必要がある。これにより、電圧を印加により、上記非イオン性高分子化合物からなるアクチュエータの屈曲変形が可能となる。
【００５０】
本発明において、イオン性物質がイオン液体の場合、高分子として、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体［ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ、ナフィオン）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などが挙げられるが、特に限定されない。これらの高分子のうち１つを用いてもよいし、２つ以上組み合わせ用いてもよい。また、導電層に用いる高分子とイオン伝導層に用いる高分子が同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００５１】
さらには、イオン液体／イオン性物質の含有量がイオン伝導層に対して３０重量％以上８０重量％以下であるのが好ましい。イオン液体／イオン性物質の含有量が３０重量％未満だと、電圧印加した際、導電層に十分イオン性物質を供給できない場合があり、含有量が８０重量％より大きいと、イオン伝導層としての機械的強度が弱くなり、アクチュエータとして屈曲・変形した際、作用力が十分に得られない場合がある。
【００５２】
本発明に用いられる第１の導電層および第２の導電層は、イオン性液体と導電材を含むものが好ましい。また導電層の機械的強度を保つために炭素材料とイオン液体に加え高分子を含有してもよい。
【００５３】
本発明の導電層の製造方法としては、導電材が導電層に分散・保持されていればよく特に限定されないが、イオン液体あるいは必要に応じて高分子の存在下で、せん断を加えながら導電材を細分化し、導電材分散体を得て、それを膜化・積層化する方法が挙げられる。
【００５４】
この細分化工程において、せん断力を付与する手段は特に限定されるものではなく、例えば、実験室におけるような小規模の製造の場合は手動または自動の乳鉢ですり潰すことによってもよく、また、多量の製造を目的とする場合には、ボールミル、ローラーミル、振動ミルなどの高せん断力を付与することができる湿式粉砕装置を使用することができる。さらに、ニーダータイプの混練機も使用可能である。また分散体の粘度を考慮し溶媒を加え粘度を適度に調整してせん断を与えることも可能である。細分化に要する時間も特に限定されるものではなく、用途に応じて必要な細分化に応じて適宜変更できるが、一般的には５分間から１時間程度である。以上のような工程により、導電材分散体が得られる。
【００５５】
導電材分散体を用いて膜化し導電層を得る方法としては特に限定されないが、キャスト法、スピンコート法、印刷法、スプレー法等によって製膜し、溶媒を蒸発、乾燥させればよい。また押出し法、射出法等も用いることができる。
本発明で好ましく用いられるカーボンナノチューブとイオン液体とから成る本発明のゲル状組成物の生成メカニズムや構造については未だ不明の点もあるが、各種の分析結果から大略が次のように理解される。
【００５６】
（１）せん断力下における細分化処理は、カーボンナノチューブの化学的変性を引き起こすことはなく、カーボンナノチューブの相互のからみ合いを減少させて、その束を細くする物理的形状変化をもたらす。
【００５７】
（２）ゲルの形成は、カーボンナノチューブのからみ合いに因るものではなく、からみ合いの減少したカーボンナノチューブの表面に「カチオン−π」相互作用により結合したイオン液体の分子がイオン結合を介してカーボンナノチューブの束どうしを結びつけることにより、形成される架橋構造（三次元網目構造）に起因するものと推測される。
【００５８】
本発明の第１の導電層および第２の導電層の厚さは１μｍ以上５ｍｍ以下、好ましく５μｍ以上２ｍｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下である。厚さが５ｍｍより大きいと膜の弾性率が大きくなりアクチュエータの屈曲運動を抑制する場合がある。また１μｍ未満だと導電層へ移動・浸透するイオン性物質の量が少なく、屈曲運動が十分に得られない場合がある。
【００５９】
前記厚みが異なる導電層の作製法は、例えば前記導電材分散体をキャストやスピンコートする際の塗布量を変える方法や、前記導電材分散体を製膜・乾燥を繰り返す方法、ホットプレス等によりイオン伝導層と加圧加熱融着する際に重ねる導電層の数を第２の導電層より第１の導電層をより多くする方法等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
【００６０】
本発明の第１の導電層と第２の導電層の厚みは、前記厚みの範囲内であり第１の導電層の厚みが第２の導電層に比べ厚ければよく、好ましくは両層の厚みの差が１μｍ以上である。厚みの差が１μｍ未満だと、有効表面積の差がわずかになり、第２の電極に圧縮応力がかかり、第１の電極に引っ張り応力がかかる方向への屈曲運動時の発生力が十分に得られない場合がある。
【００６１】
前記空隙率が異なる導電層の作製は、例えば導電層に用いる高分子の割合を増加させる方法や、前記導電材分散体に塩化リチウム等の塩や貧溶媒を添加し相分離を起こすことによって多孔質膜を作製する方法などが挙げられるが、これらに特に限定されない。
【００６２】
本発明の導電層における空隙率は、９０体積％以下が好ましい。
また、本発明の第１の導電層と第２の導電層の空隙率は、好ましくは両層の空隙率の差が５体積％以上である。空隙率の差が５体積％未満だと、導電層内に移動し吸着・浸透するイオン量の差が第１の導電層と第２の導電層間でわずかになり、第１の導電層が第２の導電層に比べより伸びる方向への屈曲運動する際の発生力が、十分に得られない場合がある。
【００６３】
本発明のイオン伝導層は、イオン性物質を含有しており、イオン性物質の保持および導電層の機械的強度を保つために高分子を含有することが好ましい。
本発明のイオン伝導層の製造方法としては、イオン性物質がイオン伝導層内に保持されていればよく特に限定されない。例えばイオン性物質および高分子を溶媒に溶解・分散させイオン性組成物を得た後、得られた組成物をキャスト法、スピンコート法、印刷法、スプレー法等によって製膜し、溶媒を蒸発、乾燥する方法、あるいは、高分子を加熱溶融しイオン性物質と混練した後製膜する方法や、押出し法、射出法等も用いることができる。
【００６４】
導電層およびイオン伝導層の作製時に用いられる溶媒としては、導電材やイオン性物質、高分子を良好に分散できればよく、特に限定されないが、例えば、４−メチル−２−ペンタノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルフォルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。これらの溶媒のうち１つを用いてもよいし、２つ以上組み合わせて用いてもよい。
【００６５】
本発明のイオン伝導層の厚さは、１０μｍ以上５００μｍ以下、更には１０μｍ以上４００μｍ以下であることが好ましい。膜厚が５００μｍをこえると膜の弾性率が大きくなりアクチュエータの屈曲運動を抑制する場合がある。また１０μｍ未満だと保持できるイオン性物質量が少なく導電層への供給量が少なくなってしまうため、屈曲運動が十分に得られない場合がある。
【００６６】
本発明の第１の導電層と第２の導電層で、イオン伝導層を挟持した構造を得る方法としては、特に限定されないが、導電層およびイオン伝導層を前記方法でそれぞれ別に作製した後、積層したい順に重ね、ホットプレス等により加圧加熱融着し積層する方法や、あるいは、積層したい順番に、前記方法によって得られた導電材分散体およびイオン性組成物を順次、塗布・製膜・乾燥し繰り返す方法が挙げられる。積層する順番は第１の導電層、イオン伝導層、第２の導電層でも良いし、第１の導電層、イオン伝導層、第２の導電層の順番でもよい。また、前記の方法を組み合わせて用いてもよい。また、第１の導電層と第２の導電層は、いくつかの導電層を重ねて加圧加熱融着して作製してもよいし、前記導電材分散体を塗布・製膜・乾燥を連続して繰り返して作製してもよい。
【００６７】
本発明における前記アクチュエータの駆動方法は、第１の導電層が第２の導電層に比べより伸びる方向へより大きく屈曲し、大きい発生力が得られるように、第１の導電層および第２の導電層間に電圧を印加する方法であれば特に限定されない。例えば、上記に具体的にあげたイオン液体を用いる場合には、前記導電材以外が占める体積Ｖａ、および前記導電層における前記導電材との界面積Ａについて、Ｖａが大きい導電層をカソードとしＶａが小さい導電層をアノード、あるいは、Ａが大きい導電層をカソードとしＡが小さい導電層をアノードとし、両電極間に電圧を印加する駆動方法である。ＶａあるいはＡが大きい導電層をアノード、ＶａあるいはＡが小さい導電層をカソードとした場合、図２を用いて上記で説明した通り、ＶａあるいはＡが大きい導電層に圧縮応力がかかりＶａあるいはＡが小さい導電層に引っ張り応力がかかる方向への屈曲運動が生じる。しかし、イオン半径のより大きいカチオンの移動・吸着・浸透する領域が、アニオンの移動・吸着・浸透する領域に比べ狭くなる。その結果、カチオンが存在する導電層の膨張が抑制されてしまい、変位量・発生力も抑制されてしまう。
【００６８】
また、本発明のアクチュエータにおいて発生力を減少させ、あるいはゼロにし、設置するロボット等のデバイスへの作用を減少あるいはゼロにするために、また、電圧印加により屈曲したアクチュエータの変位量を減少させるために、第１の導電層と第２の導電層に印加する電圧をゼロにするか、あるいはマイナス、すなわちアノードとカソードを入れ替えることによって、作用部に対して発生力・変位量をゼロあるいはマイナスにすることもできる。
【００６９】
本発明において、第１の導電層と第２の導電層の両導電層間にかける電圧は、１０Ｖ以下が好ましく、電圧印加時にイオン性物質が分解しない範囲（電位窓）で用いることが好ましく、さらには４Ｖ以下が好ましい。
【００７０】
本発明のアクチュエータを実際ロボットやマイクロマシン等のデバイスに用いる際、アクチュエータを屈曲運動させデバイスに作用を及ぼし駆動させる。その場合、作用させたい方向で、高い発生力が得られるようにアクチュエータを設置する。本発明のアクチュエータのデバイスに用いる際の構成の一例の概略を図３に示す。本発明のアクチュエータは、第１の導電層２１のＶａ１あるいはＡ１が、第２の導電層２２よりも大きいため電位差を２つの導電層間にかけると、第１の導電層が第２の導電層に比べより伸びる方向への屈曲運動する際の発生力が向上する。以上の屈曲運動がデバイスの作用部に大きな作用を与えることができる方向にアクチュエータを設置する。図３の（ｅ）は作用部１００を押す方向（作用する方向）２００に作用し、図３の（ｆ）は作用部１１０を引っ張る方向（作用する方向）２１０に作用するようにアクチュエータを設置する場合の概略図である。このようにアクチュエータを作用部に対して設置した場合、作用部に大きな作用を与えることが可能となる。これらはアクチュエータのデバイスにおける設置の例であるが、特にこれらに限定されない。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
（イオン性物質）
実施例に用いるイオン性物質は、イオン液体の１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム
テトラフルオロボレート（ＢＭＩＢＦ４）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム  テトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）である（いずれも関東化学社製）。
【００７２】
（高分子）
実施例で用いる高分子は以下で表されるポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ（ＨＦＰ））である。
【００７３】
【化２】
2010158104.tif 000005
【００７４】
（導電材）
実施例に用いる導電剤は、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ、カーボン・ナノテクノロジー・インコーポレッド社製「ＨｉＰｃｏ」）およびアセチレンブラック（電気化学社製「デンカブラック」）である。
【００７５】
（有機溶剤）
実施例で用いられる有機溶剤は、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）である（キシダ化学社製）。
【００７６】
（イオン液体と高分子を含むイオン性組成物の作製）
実施例に用いられるイオン伝導層を作製するために、イオン液体と高分子を含むイオン性組成物を次のように作製する。１００ｍｇのＰＶｄＦ（ＨＦＰ）と１００ｍｇのＢＭＩＢＦ４および１ｍＬのＤＭＡｃを８０℃にて加熱混合することによって、無色透明なイオン液体と高分子を含むイオン性組成物１を得る。
【００７７】
（発生力の評価）
アクチュエータが屈曲している時の発生力は、図４に示す様に、ロードセル３４０（ミネベア社製モデルＵＬ−１０ＧＲ）を用いて測定する。幅１ｍｍ（Ｗ）×長さ１５ｍｍ（Ｌ）に切り取ったアクチュエータ３００において、端３ｍｍの部分を電極付きホルダー３３０でつかみ、空気中で（空気中駆動）、第１の導電層３１０をカソード、第２の導電層３２０をアノードとし、両導電層の間に２．５Ｖの電圧を印加した際の、屈曲の発生力を測定する。
【００７８】
（変位量の評価）
アクチュエータが屈曲している時の発生力は、レーザー変位計を用いて測定する。幅１ｍｍ（Ｗ）×長さ１５ｍｍ（Ｌ）に切り取ったアクチュエータ３００において、端３ｍｍの部分を電極付きホルダーでつかみ、空気中で（空気中駆動）、２．５Ｖの電圧を印加し屈曲させる。その際の固定端から１０ｍｍの位置の変位量を、レーザー変位計を用いて測定する。
【００７９】
実施例１
＜ＳＷＮＴ／ＢＭＩＢＦ４／ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）からなり、厚みの異なる導電層が、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４からなるイオン伝導層を挟持するアクチュエータの作製＞
実施例に用いる導電層を以下のように作製する。導電材として５０ｍｇのＳＷＮＴおよびイオン液体として１００ｍｇのＢＭＩＢＦ４に有機溶剤であるＤＭＡｃを１ｍＬ加え、ジルコニアボール（粒径２ｍｍ）を用いて２００ｒｐｍで３０分間、ボールミル（フリッチェ社製遊星型微粒粉砕機）により分散を行う。次いで８０ｍｇのＰＶｄＦ（ＨＦＰ）を２ｍＬのＤＭＡｃに溶かした溶液を、ボールミルによって得られた組成物に加え、更に５００ｒｐｍで３０分間、ボールミルにて分散する。その結果、高粘度であり、導電材が均一に分散している導電材分散体１が得られる。
【００８０】
次に厚みの異なる第１の導電層および第２の導電層がイオン伝導層を挟持しているアクチュエータを以下のように作製する。まず上記で作製した導電材分散体１を厚さ２００μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって第１の導電層を得る。次に得られた導電層にもう一枚厚さ６０μｍのスペーサーを重ね、上記で得られたＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４／ＤＭＡｃからなるイオン性組成物１を流し込み、スペーサーをガイドに平坦にならした後、室温にて乾燥することによってイオン伝導層得る。さらにもう一枚厚さ８０μｍのスペーサーを重ね、上記で作製した導電材分散体１を流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥下の後、一晩真空乾燥し、アクチュエータが得られる。
【００８１】
得られるアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテク社製Ｓ−４８００）にて観察することによって、第１の導電層および第２の導電層がイオン伝導層を挟持していることが確認される。
【００８２】
実施例２
＜ＳＷＮＴ／ＢＭＩＢＦ４／ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）からなり、厚みの異なる導電層が、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４からなるイオン伝導層を挟持するアクチュエータの作製＞
実施例１において導電材分散体を作製する際に用いられるＢＭＩＢＦ４の重量を１００ｍｇから３００ｍｇに、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）の重量を８０ｍｇから２４０ｍｇに替え、他は同じ条件で作製することにより導電材分散体２を得る。
【００８３】
実施例１において得られる導電材分散体１および本実施例で得られる導電性分散体２を用いて、空隙率の異なる導電層がイオン伝導層を挟持するアクチュエータを以下のように作製する。まず上記で作製した導電材分散体２を厚さ１７０μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって第１の導電層を得る。次に得られた第１の導電層にもう一枚厚さ６０μｍのスペーサーを重ね、上記で得られたＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４／ＤＭＡｃからなるイオン性組成物１を流し込み、スペーサーをガイドに平坦にならした後、室温にて乾燥することによってイオン伝導層得る。さらにもう一枚厚さ８０μｍのスペーサーを重ね、実施例１で作製した導電材分散体１を流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥下の後、一晩真空乾燥しアクチュエータが得られる。
【００８４】
得られるアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテク社製Ｓ−４８００）にて観察することによって、第１の導電層および第２の導電層がイオン伝導層を挟持していることが確認される。
【００８５】
比較例１
＜ＳＷＮＴ／ＢＭＩＢＦ４／ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）からなり厚みの同じ導電層が、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＥＭＩＢＦ４からなるイオン伝導層を挟持するアクチュエータの作製＞
実施例１において得られる導電材分散体１を用いて、導電層の厚みの同じ２つの導電層がイオン伝導層を挟持しているアクチュエータを以下のように作製する。まず上記で作製した導電材分散体１を厚さ８０μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって導電層を得る。次に得られた導電層にもう一枚厚さ６０μｍのスペーサーを重ね、上記で得られたＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４／ＤＭＡｃからなるイオン性組成物１を流し込み、スペーサーをガイドに平坦にならした後、室温にて乾燥することによってイオン伝導層得る。さらにもう一枚厚さ８０μｍのスペーサーを重ね、上記で作製した導電材分散体１を流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥下の後、一晩真空乾燥しアクチュエータが得られる。
【００８６】
得られるアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテク社製Ｓ−４８００）にて観察することによって、２つの導電層がイオン伝導層を挟持していることが確認される。
【００８７】
＜実施例１、実施例２および比較例１のＶａ、Ａ、導電層の厚さの評価＞
実施例１、実施例２および比較例１のアクチュエータにおける導電層の導電材以外が占める体積Ｖａを以下の方法で求める。すなわち、膜作製に使用したイオン液体および高分子の仕込みの重量と密度よりそれぞれの体積を算出し、和をとることにより求める。
【００８８】
また、実施例１、実施例２および比較例１のアクチュエータにおける導電層の界面積Ａを以下の方法で求める。すなわち、作製した導電層について、Ｘ線小角散乱解析装置（リガク社製）を用いてＸ線発生強度５０ｋＶ、１８０ｍＡでグラファイモノクロメータで単色化したＣｕ−Ｋα線を照射し、回折角方向の強度プロファイルを測定する。そしてＰｏｒｏｄ則を適用することによって導電材の単位ｇあたりの界面積（ｍ２／ｇ）を測定し、導電材の仕込み重量との積によってＡ（ｍ２）を算出する。
上記の方法によって評価する。
【００８９】
また、導電層の厚さを下記の通り測定する。すなわち、得られたアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテク社製Ｓ−４８００）にて観察し、厚さを測定すると、表１に示す結果が得られる。
【００９０】
【表１】
2010158104.tif 000006
【００９１】
（注）表中における各項目の数値は、第１の導電層／第２の導電層の順にそれぞれの値を示す。
【００９２】
＜実施例１と比較例１の発生力評価＞
実施例１、実施例２および比較例１のアクチュエータの発生力を上記の通り評価する。
実施例１、実施例２において、第１の導電層をカソード、第２の導電層をアノードとし、両導電層の間に２．５Ｖの電圧を印加する。また、比較例１の２つの導電層のうち一方をカソードと、もう一方をアノードとし、両導電層の間に２．５Ｖの電圧を印加する。すると実施例１、実施例２のアクチュエータにおいて、第１の導電層が第２の導電層に比べより伸びる方向への屈曲することが確認できる。また比較例１のアクチュエータにおいて、カソードの導電層がアノードの導電層に比べより伸びる方向への屈曲することが確認できる。この屈曲の発生力をロードセルによって測定する。その結果、表１に示すとおり、発生力は実施例１、実施例２および比較例１の順に０．０６０、０．０５９および０．０２０（Ｎ）である。
【００９３】
また、実施例１、実施例２および比較例１で得られるアクチュエータにおいて、２．５Ｖの電圧印加を０．１Ｈｚで５０００回、ＯＮ・ＯＦＦを繰り返し行ったが、いずれのアクチュエータにおいても発生力の低下は見られない。
【００９４】
実施例３
＜ＳＷＮＴ／ＢＭＩＢＦ４／ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）からなり厚み、空隙率の異なる導電層が、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４からなるイオン伝導層を挟持するアクチュエータの作製＞
実施例１において導電材分散体を作製する際に用いられるＳＷＭＴの重量を５０ｍｇから５５ｍｇ、ＢＭＩＢＦ４の重量を１００ｍｇから５８ｍｇに、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）の重量を８０ｍｇから１４０ｍｇに替え、他は同じ条件で作製することにより導電材分散体３を得る。
【００９５】
実施例１において得られる導電材分散体１および本実施例で得られる導電性分散体３を用いて、空隙率の異なる導電層がイオン伝導層を挟持するアクチュエータを以下のように作製する。まず上記で作製した導電材分散体３を厚さ８０μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって第１の導電層を得る。次に得られた第１の導電層にもう一枚厚さ６０μｍのスペーサーを重ね、上記で得られたＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４／ＤＭＡｃからなるイオン性組成物１を流し込み、スペーサーをガイドに平坦にならした後、室温にて乾燥することによってイオン伝導層得る。さらにもう一枚厚さ８０μｍのスペーサーを重ね、実施例１で作製した導電材分散体１を流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥下の後、一晩真空乾燥しアクチュエータが得られる。
【００９６】
得られるアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテク社製Ｓ−４８００）にて観察することによって、第１の導電層および第２の導電層がイオン伝導層を挟持していることが確認される。
【００９７】
＜実施例３および比較例１のＶａ、Ａ、導電層の厚さ、空隙率評価＞
実施例３および比較例１のアクチュエータにおける導電層の導電材以外が占める体積Ｖａ、導電層の界面積Ａ、導電層の厚さをそれぞれ、上記の方法によって評価する。また電極層の空隙率も、上記の方法のとおり式（１）を用いて評価すると、表２に示す結果が得られる。
【００９８】
【表２】
2010158104.tif 000007
【００９９】
（注）表中における各項目の数値は、第１の導電層／第２の導電層の順にそれぞれの値を示す。
【０１００】
＜実施例３と比較例１の発生力評価＞
実施例３のアクチュエータの発生力を上記の通り評価する。
第１の導電層をカソード、第２の導電層をアノードとし、両導電層の間に２．５Ｖの電圧を印加する。すると実施例３のアクチュエータにおいて、第１の導電層が第２の導電層に比べより伸びる方向への屈曲することが確認できる。また比較例１のアクチュエータにおいて、カソードの導電層がアノードの導電層に比べより伸びる方向への屈曲することが確認できる。この屈曲の発生力をロードセルによって測定する。その結果、表２に示すとおり、発生力は実施例３および比較例１の順に０．０５７および０．０２０（Ｎ）である。
【０１０１】
また、実施例３で得られるアクチュエータにおいて、２．５Ｖの電圧印加を０．１Ｈｚで５０００回、ＯＮ・ＯＦＦを繰り返し行ったが、いずれのアクチュエータにおいても発生力の低下は見られない。
【０１０２】
実施例４
＜ＳＷＮＴ／ＢＭＩＢＦ４／ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）およびアセチレンブラック（ＡＢ）／ＢＭＩＢＦ４／ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）の、導電材の異なる導電層が、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４からなるイオン伝導層を挟持するアクチュエータの作製＞
実施例１において導電材分散体を作製する際に用いられるＳＷＭＴの重量を５０ｍｇから１５ｍｇ、ＢＭＩＢＦ４の重量を１００ｍｇから１３５ｍｇに、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）の重量を８０ｍｇから８９ｍｇに替え、他は同じ条件で作製することにより導電材分散体４を得る。
【０１０３】
また、実施例１において導電材分散体を作製する際に用いられる５０ｍｇのＳＷＭＴの替わりにアセチレンブラック（ＡＢ、電気化学社製「デンカブラック」）７０ｍｇ、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）の重量を８０ｍｇから８９ｍｇに替え、他は同じ条件で作製することにより導電性分散体５を得る。
【０１０４】
導電材分散体４および導電性分散体５を用いて、導電材が異なる導電層がイオン伝導層を挟持するアクチュエータを以下のように作製する。まず上記で作製した導電材分散体４を厚さ７５μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって第１の導電層を得る。次に得られた第１の導電層にもう一枚厚さ６０μｍのスペーサーを重ね、上記で得られたＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４／ＤＭＡｃからなるイオン性組成物１を流し込み、スペーサーをガイドに平坦にならした後、室温にて乾燥することによってイオン伝導層得る。さらにもう一枚厚さ７５μｍのスペーサーを重ね、上記で作製する導電材分散体５を流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥下の後、一晩真空乾燥しアクチュエータが得られる。
【０１０５】
得られるアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテク社製Ｓ−４８００）にて観察することによって、第１の導電層および第２の導電層がイオン伝導層を挟持していることが確認される。
【０１０６】
比較例２
＜アセチレンブラック（ＡＢ）／ＢＭＩＢＦ４／ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）の、導電材の同じ導電層が、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４からなるイオン伝導層を挟持するアクチュエータの作製＞
実施例４において得られる導電材分散体５を用いて、導電層に含有する導電材の同じ２つの導電層がイオン伝導層を挟持しているアクチュエータを以下のように作製する。まず上記で作製した導電材分散体５を厚さ７５μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって導電層を得る。次に得られた導電層にもう一枚厚さ６０μｍのスペーサーを重ね、上記で得られたＰＶｄＦ（ＨＦＰ）／ＢＭＩＢＦ４／ＤＭＡｃからなるイオン性組成物１を流し込み、スペーサーをガイドに平坦にならした後、室温にて乾燥することによってイオン伝導層得る。さらにもう一枚厚さ７５μｍのスペーサーを重ね、上記で作製した導電材分散体５を流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥下の後、一晩真空乾燥しアクチュエータが得られる。
【０１０７】
得られるアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテク社製Ｓ−４８００）にて観察することによって、２つの導電層がイオン伝導層を挟持していることが確認される。
【０１０８】
＜実施例４および比較例２のＶａ、Ａ、導電層の厚さ評価＞
実施例４および比較例２のアクチュエータにおける導電層の導電材以外が占める体積Ｖａ、導電層の界面積Ａ、導電層の厚さをそれぞれ、上記の方法によって評価すると、表３に示す結果が得られる。
【０１０９】
【表３】
2010158104.tif 000008
【０１１０】
（注）表中における各項目の数値は、第１の導電層／第２の導電層の順にそれぞれの値を示す。
【０１１１】
＜実施例４と比較例２の発生力および変位量評価＞
実施例４および比較例２のアクチュエータの発生力および変位量を上記の通り評価する。
実施例４において、第１の導電層をカソード、第２の導電層をアノードとし、両導電層の間に２．５Ｖの電圧を印加する。また、比較例２の２つの導電層のうち一方をカソードと、もう一方をアノードとし、両導電層の間に２．５Ｖの電圧を印加する。すると実施例４のアクチュエータにおいて、第１の導電層が第２の導電層に比べより伸びる方向への屈曲することが確認できる。また比較例２のアクチュエータにおいて、カソードの導電層がアノードの導電層に比べより伸びる方向への屈曲することが確認できる。この屈曲の発生力をロードセルによって、変位量をレーザー変位計で測定する。その結果、表３に示すとおり、発生力は実施例４および比較例２の順に０．０５０および０．０１０（Ｎ）である。また、変位量は実施例４および比較例２の順に５．２および２．９（ｍｍ）である。
【０１１２】
また、実施例４および比較例２で得られるアクチュエータにおいて、２．５Ｖの電圧印加を０．１Ｈｚで５０００回、ＯＮ・ＯＦＦを繰り返し行ったが、いずれのアクチュエータにおいても発生力の低下は見られない。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明に係るアクチュエータは、柔軟性や安全性が必要な人と接するロボットのアクチュエータ（例えば、ホームロボット、ペットロボット、アミューズメントロボットなどのパーソナルロボットのアクチュエータ）、や各種機械類の駆動源、さらには、手術デバイスやマッスルスーツなどの医療、福祉用ロボット、さらにはマイクロマシーンなどのためのアクチュエータとして最適である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明のアクチュエータの一例の構成の概略および駆動原理を示す図である。
【図２】２つの導電層でイオン伝導層を挟持したアクチュエータの駆動原理を示す図である。
【図３】本発明のアクチュエータをデバイスに用いる際の構成例を示す概略図である。
【図４】本発明のアクチュエータの発生力を測定する方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  第１の導電層
２  第２の導電層
３  イオン伝導層
４  イオン性物質のカチオン
５  イオン性物質のアニオン
６  イオン性物質
１１  導電層
１２  導電層
１３  イオン伝導層
１４  イオン性物質のカチオン
１５  イオン性物質のアニオン
１６  イオン性物質
２１  第１の導電層
２２  第２の導電層
１００  作用部
１１０  作用部
２００  作用する方向
２１０  作用する方向
３００  アクチュエータ
３１０  第１の導電層
３２０  第２の導電層
３３０  電極付きホルダー
３４０  ロードセル
【図１】
2010158104.tif 000009
【図２】
2010158104.tif 000010
【図３】
2010158104.tif 000011
【図４】
2010158104.tif 000012