(57)【要約】【課題】空気中で安定に動作し、安価で変位量及び発生応力が大きいアクチュエータの提供【解決手段】イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質を使用するアクチュエータに用いられる電極であって、アルカリ賦活された活性炭を活物質とする電極、及びイオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、該高分子固体電解質を挟んで位置し、互いに接触していない、いずれも上記条件を備えた一方の電極と他方の電極からなり、電極間に電位差を与えることにより変形を生じさせ得るアクチュエータ。該電極は、上記条件に加え、Ｉｐ／Ｉｏ比、活性炭表面の総官能基量、活性炭のＢＥＴ比表面積、及びミクロ孔総容積／メソ孔総容積比が特定範囲にあることが好ましい。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質を使用するアクチュエータに用いられる電極であって、アルカリ賦活された活性炭を活物質とする電極。
【請求項２】
活性炭の、Ｘ線回折強度曲線の（００２）面の回折ピークにおける黒鉛的結晶性構造パラメータＩｐ／Ｉｏ比が、０．００１〜０．４である請求項１記載の電極。ただし、ＩｐはＸ線回折強度曲線において、（００２）面の回折ピ−クの両裾に接線を引き、その接線から上の部分の強度の最大値であり、Ｉｏは（００２）面の回折強度から空気の散乱強度を差し引いた残りの強度である。
【請求項３】
活性炭表面の総官能基量が、活性炭１ｇ当たり０．６ｍｅｑ／ｇ〜１．５ｍｅｑ／ｇの範囲である請求項１記載の電極。
【請求項４】
活性炭のＢＥＴ比表面積が、８００ｍ２／ｇ〜３５００ｍ２／ｇの範囲である請求項１記載の電極。
【請求項５】
活性炭のメソ孔（細孔径１ｎｍ以上５０ｎｍ以下）の総容積に対するミクロ孔（細孔径１ｎｍ未満）の総容積の比（ミクロ孔総容積／メソ孔総容積）が１．０〜１２である請求項１記載の電極。
【請求項６】
イオン液体が、置換イミダゾリウム塩である、請求項１記載の電極。
【請求項７】
高分子固体電解質が、イオン液体と、高分子成分としての、該イオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）及び該イオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）を有する共重合体（Ｐ）、又は該イオン液体と相溶である重合体（Ｑ）を構成成分として含み、該共重合体又は該重合体が該イオン液体によって含浸された状態にある、請求項１記載の電極。
【請求項８】
高分子固体電解質が、該イオン液体と該共重合体（Ｐ）を構成成分として含むものである請求項７記載の電極。
【請求項９】
電極が、イオン液体、高分子成分、及びアルカリ賦活された活性炭を構成成分とするものである請求項１記載の電極。
【請求項１０】
イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、該高分子固体電解質を挟んで位置し、互いに接触していない、いずれも、請求項１〜９のいずれか１項に記載の一方の電極と他方の電極からなり、電極間に電位差を与えることにより変形を生じさせ得るアクチュエータ。
【請求項１１】
イオン液体が、置換イミダゾリウム塩である、請求項１０記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
高分子固体電解質が、イオン液体と、該イオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）及び該イオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）を有する共重合体（Ｐ）、又は該イオン液体と相溶である重合体（Ｑ）を構成成分として含み、該共重合体又は該重合体が該イオン液体によって含浸された状態にある、請求項１０記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
高分子固体電解質が、該イオン液体と該共重合体（Ｐ）を構成成分として含むものである請求項１２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、イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、活性炭を活物質とする一方の電極と他方の電極からなり、電気刺激により変形し空気中で動作可能なアクチュエータ、及びそれに用いる電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療機器やマイクロマシンなどの分野において、小型かつ軽量なアクチュエータの必要性が高まっている。また産業用ロボットやパーソナルロボットなどの分野においても軽量で柔軟なアクチュエータの必要性が高まっている。【０００３】
アクチュエータを小型化すると慣性力よりも摩擦力や粘性力が支配的となるため、モータやエンジンのような慣性力を利用してエネルギーを運動に変換する機構は、超小型機械用のアクチュエータとして用いることが困難であると言われている。これまでに提案されている超小型アクチュエータの作動原理としては、静電引力型、圧電型、超音波式、形状記憶合金等が知られている。【０００４】
しかし、これらのアクチュエータは金属、セラミック等の無機物質を材料としているため柔軟化及び軽量化に限度があり、また構造が複雑であるため小型化が容易ではないといった問題点を有している。【０００５】
上記問題点を克服できるアクチュエータとして、高分子アクチュエータが近年注目されている。例えば、含水高分子ゲルの温度変化、ｐＨ変化又は電場印加等の刺激による形態変化を利用した高分子アクチュエータが考案されている（特許文献１参照）。しかしながら、含水高分子ゲルの種々の刺激による形態変化は一般に非常に遅く、また含水高分子ゲルの不均一な架橋構造に由来して力学的強度も低いため、実際にアクチュエータとして利用するには更なる改良が必要である。【０００６】
上記の課題を克服すべく、イオン交換樹脂膜とその両面に接合した電極からなり、前記イオン交換樹脂膜の含水状態において、前記イオン交換樹脂膜に電位差をかけて湾曲等の変形を生じさせることを特徴とする高分子アクチュエータが考案されている（特許文献２参照）。しかしながら、上記高分子アクチュエータはその動作に水が必須であるため、空気中で使用する場合には水の蒸発に伴う寿命の問題がある。【０００７】
この課題を克服すべく、イオン液体とフッ素系結晶性高分子からなる高分子固体電解質の両面に、イオン液体、結晶性高分子及び単層カーボンナノチューブからなる電極を貼り合わせた高分子アクチュエータが報告されている（非特許文献１）。また、イオン液体、モノマー及び架橋剤を混合し硬化させることで作製した固体電解質に電極として金箔を貼り合わせた高分子アクチュエータが報告されている（特許文献３参照）。しかしながら、これらのアクチュエータでは、電極として使用されるカーボンナノチューブや金箔がコスト高であるという問題がある。【０００８】
上記課題を克服できる、安価な電極材料を用いたアクチュエータとして、活性炭粉末、イオン液体及びフッ素系結晶性高分子からなる電極を、イオン液体とフッ素系結晶性高分子からなる高分子固体電解質の両面に貼り合わせた高分子アクチュエータが報告されている（非特許文献２）。しかしながらこのアクチュエータでは、変位量が小さく、更なる変位量の向上が望まれていた。
なお、Ｘ線回折強度曲線の（００２）面の回折ピークにおける黒鉛的結晶性構造パラメータＩｐ／Ｉｏを特定範囲に設定した、アルカリ賦活された活性炭が知られている（特許文献４）。
【特許文献１】特開昭６３−３０９２５２号公報
【特許文献２】特許１９６６６４５号公報
【非特許文献１】未来材料、第５号、第１０巻、１４頁、２００５年
【特許文献３】特開２００５−５１９４９号公報
【非特許文献２】文部科学省科学研究費補助金  特定領域研究  「ブレイクスルーを生み出す次世代アクチュエータ研究」  第２回公開シンポジウム資料、１５１頁、２００５年１２月１−２日
【特許文献４】特開２００４−３１１７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、安価な活性炭を活物質とする一方の電極と他方の電極からなるアクチュエータにおいて、変位量が大きいアクチュエータ、及びそれに用いる電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討した結果、イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、活性炭を活物質とする一方の電極と他方の電極からなるアクチュエータにおいて、アルカリ賦活された活性炭、好ましくはアルカリ賦活され、さらに特定の要件を満たす活性炭を使用した場合に、アクチュエータの変位量に加えて発生応力が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。【００１１】
すなわち本発明は、イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質を使用するアクチュエータに用いられる電極であって、アルカリ賦活された活性炭を活物質とする電極、並びにイオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、該高分子固体電解質を挟んで位置し、互いに接触していない、いずれも、アルカリ賦活された活性炭を活物質とする一方の電極と他方の電極からなり、電極間に電位差を与えることにより変形を生じさせ得るアクチュエータに関する。上記活性炭に関し、Ｘ線回折強度曲線の（００２）面の回折ピークにおける黒鉛的結晶性構造パラメータＩｐ／Ｉｏ比が、０．００１〜０．８であることが好ましい。上記活性炭表面の総官能基量が、活性炭１ｇ当たり０．６ｍｅｑ／ｇ〜１．５ｍｅｑ／ｇの範囲であることが好ましい。上記活性炭のＢＥＴ比表面積が、８００ｍ２／ｇ〜３５００ｍ２／ｇの範囲であることが好ましい。上記活性炭のメソ孔（細孔径１ｎｍ以上５０ｎｍ以下）の総容積に対するミクロ孔（細孔径１ｎｍ未満）の総容積の比（ミクロ孔総容積／メソ孔総容積）が１．０〜１２であることが好ましい。イオン液体が、置換イミダゾリウム塩であることが好ましい。該高分子固体電解質が、イオン液体と、該イオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）及び該イオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）を有する共重合体（Ｐ）、又は該イオン液体と相溶である重合体（Ｑ）を構成成分として含み、該共重合体又は該重合体が該イオン液体によって含浸された状態にあることが好ましく、該イオン液体と共重合体（Ｐ）を構成成分として含み、該共重合体が該イオン液体によって含浸された状態にあることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と共に、該高分子固体電解質を挟んで位置し、互いに接触していない、いずれも、アルカリ賦活された活性炭、好ましくはアルカリ賦活され、さらに特定の要件を満たす活性炭を活物質とする一方の電極と他方の電極を使用する。これにより、例えば人工筋肉等のアクチュエータの多様な用途に適用できる、変位量、発生応力が大きく、柔軟で軽量であり、かつ空気中において低電圧で安定的に駆動でき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】
【００１３】
本発明で使用する活性炭は、炭素質材料をアルカリ賦活することによって形成されるものであれば特に制限は無い。炭素質材料としては、例えば、椰子殻、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、コークス、フェノール系樹脂、ポリ塩化ビニルなどを挙げることができる。これらの炭素質材料をアルカリ賦活して活性化することにより活性炭を得ることができるが、アルカリ賦活法としては、例えば、ＤＥＮＫＩ  ＫＡＧＡＫＵ，１２（１９９８）  ｐ．１３１１−１３１７；炭素、１７７（１９９７）、ｐ．７６−７９などに具体的に示されている公知の方法を使用すればよい。【００１４】
具体的な処理方法の一例を以下に示す。賦活収率の観点からは炭素質材料をアルカリ賦活前に窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気中で炭化処理しておくことが望ましい。また、得られた炭化物をアルカリ賦活前に粉砕処理することで賦活効率を向上させることができる。粉砕処理においては、ボールミル、ジェットミル、コーンクラッシャー、ロータリークラッシャー、高速回転ミル（例えばラボカッタミル）等の粉砕機を用いることができる。粉砕後の炭素質材料の平均粒子径は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲に設定することが好ましく、１μｍ〜５０μｍの範囲に設定することがより好ましい。平均粒子径が１００μｍを超えると粒子の内部までアルカリ賦活が進行しにくくなり、また、平均粒子径が０．１μｍ未満であると、アルカリ賦活反応の制御が難しくなる傾向となる。なお、粉砕処理はアルカリ賦活後に行ってもよい。アルカリ賦活処理に用いる処理剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属水酸化物などを例示することができるが、特に水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが好ましい。該処理剤の使用量は、炭化物に対する質量比として１．０〜３．０倍であるのが好ましく、１．２〜２．５倍であるのがより好ましい。該質量比が１．０倍未満では、得られる活性炭の細孔形成の効率が低下する傾向となり、一方、該質量比が３．０倍を超えても、添加効果のさらなる向上が得られず、装置の保守性及び安全性の観点からも好ましくない。また、アルカリ賦活処理は、上記の如き質量比の炭化物と処理剤とを均一に混合した後、窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気中で行う。混合に使用する混合機の種類は特に制限されるものではなく、公知の回転容器型混合機や固定容器型混合機を用いることができるが、均一な混合を行いやすい点で回転容器型混合機を用いるのが好ましい。アルカリ賦活時の加熱温度は６００℃〜１０００℃であるのが好ましく、６５０℃〜９５０℃であるのがより好ましい。加熱温度は６００℃未満であると、賦活による細孔の形成が不十分となり、一方、１０００℃を超えると、結晶化が過剰に進行してしまい、賦活により形成された細孔が収縮してアクチュエータ性能が低下する。また、賦活による安定な細孔形成及び炭素骨格構造の安定化の観点から、アルカリ賦活処理の保持時間は０．５時間〜１０時間に設定するのが好ましく、１時間〜８時間に設定するのがより好ましく、保持温度への昇温時間は５０℃／時間〜１００℃／時間程度であることが好ましい。上記アルカリ賦活処理を行う反応炉としては、バッチ式でも連続式でもよく、例えば、ボックス炉、ベルト炉、プッシャー炉、ロータリーキルン炉などを使用することが可能である。このようにして得られたアルカリ賦活活性炭は、常温に冷却した後に、例えば温水及び／又は温塩酸水などにより洗浄して、未反応のアルカリ金属水酸化物等の処理剤、及び混入する可能性がある装置由来の重金属粉を除去することが好ましい。【００１５】
本発明で使用するアルカリ賦活された活性炭は、Ｘ線回折強度曲線の（００２）面の回折ピークにおける黒鉛的結晶性構造パラメータＩｐ／Ｉｏが０．００１〜０．８であることが好ましく、０．００５〜０．６であることがより好ましく、０．０１〜０．４であることがより一層好ましい。Ｉｐ／Ｉｏが０．８を超える場合は、結晶性が高いためにアルカリ賦活があまり進行しておらず、イオン液体の有機カチオンもしくはアニオンが吸着し得る細孔の形成が不十分であり、比表面積が比較的小さく、その結果、アクチュエータの変位量が低下する。また、メソ孔（細孔径１ｎｍ以上５０ｎｍ以下）の総容積に対するミクロ孔（細孔径１ｎｍ未満）の総容積の比（ミクロ孔総容積／メソ孔総容積）が過大となる傾向があり、その結果、イオン液体の有機カチオンもしくはアニオンが吸着することが物理的に困難となりアクチュエータの変位量が低下する。Ｉｐ／Ｉｏが０．００１未満の場合は、黒鉛的結晶性構造が未発達のため、過賦活状態になり易くアルカリ賦活を均質に行うことが困難となる。
ここで、Ｉｐとは、Ｘ線回折強度曲線において、（００２）面の回折ピ−クの両裾に接線を引き、その接線から上の部分の最大強度値をいい、Ｉｏとは（００２）面の回折強度から空気の散乱強度を差し引いた残りの強度をいう。Ｉｐ／Ｉｏの算出方法としては、特開２００５−２１８５１号公報に具体的に示されている公知の方法を用いればよい。【００１６】
本発明で使用するアルカリ賦活された活性炭は、表面官能基（例えば、カルボキシル基、ラクトン基、水酸基、キノン基等）の総量が、少なすぎる場合にはイオン液体の有機カチオンもしくはアニオンの活性炭表面への静電誘引不足となり吸着量が減少し、一方、多すぎる場合には表面官能基分解によりアクチュエータ内でガス発生する。従って、本発明の活性炭の表面官能基（カルボキシル基、ラクトン基、水酸基及びキノン基）の総量は、活性炭１ｇ当たり０．６ｍｅｑ／ｇ〜１．５ｍｅｑ／ｇの範囲が好ましく、０．７ｍｅｑ／ｇ〜１．２ｍｅｑ／ｇの範囲であることがより好ましい。【００１７】
なお、活性炭の表面官能基量の定量は、一般的に知られている方法により行うことができる（例えば、表面  Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ２（１９９６）参照）。具体的には、活性炭試料各２ｇをそれぞれ１００ｍｌエルレンマイヤーフラスコに取り、Ｎ／１０のアルカリ試薬（（ａ）炭酸水素ナトリウム、（ｂ）炭酸ナトリウム、（ｃ）水酸化ナトリウム又は（ｄ）ナトリウムエトキシド）を５０ｍｌ加え、２４時間振とうした後濾別し、未反応のアルカリ試薬をＮ／１０塩酸で滴定する。カルボキシル基はアルカリ試薬（ａ）〜（ｄ）の全てと、ラクトン基はアルカリ試薬（ｂ）〜（ｄ）と、水酸基はアルカリ試薬（ｃ）〜（ｄ）と、そしてキノン基はアルカリ試薬（ｄ）と反応するので、各滴定量から重複する滴定量を差し引きすることにより、各官能基量ひいては総官能基量を定量することができる。【００１８】
本発明で使用するアルカリ賦活された活性炭は、ＢＥＴ比表面積が８００ｍ２／ｇ〜３５００ｍ２／ｇの範囲にあることが好ましく、１０００ｍ２／ｇ〜３５００ｍ２／ｇの範囲にあることがより好ましい。本発明におけるＢＥＴ比表面積とは、液体窒素温度での窒素ガス吸着等温線によるＢＥＴ法（例えば、株式会社フジ・テクノシステム発行、「超微粒子ハンドブック」、１３８−１４１頁、１９９０年９月５日参照）により求められる比表面積である。ＢＥＴ比表面積が８００ｍ２／ｇ未満の場合、イオン液体の有機カチオンもしくはアニオンの活性炭表面への吸着量が減少するため、アクチュエータの変位量が低下する。一方、３５００ｍ２／ｇを超えると、活性炭質量当たりでは、イオン液体の有機カチオンもしくはアニオンの吸着量は増す傾向にあるものの、逆に容積当たりの吸着量が減少するため、アクチュエータ体積当たりの変位量が低下する。【００１９】
本発明で使用するアルカリ賦活された活性炭において、イオン液体の有機カチオンもしくはアニオンの活性炭表面への吸着量を増すためには、できるだけ微小な細孔を多くして大きな比表面積を得ることが有効となる。しかしながら、細孔が微小すぎると、イオン液体の有機カチオンもしくはアニオンが吸着することが物理的に困難になるため、アクチュエータの性能低下を招く。したがって、細孔径および細孔容積を適切な範囲に設定する必要がある。この観点から、活性炭のメソ孔（細孔径１ｎｍ以上５０ｎｍ以下）の総容積に対するミクロ孔（細孔径１ｎｍ未満）の総容積の比（ミクロ孔総容積／メソ孔総容積）は１．０〜１２．０であることが好ましく、１．２〜１１．０であることがより好ましく、１．５〜１０．０であることがより一層好ましい。なお、本発明においては、活性炭のミクロ孔及びメソ孔は、日本ベル社製・「ＢＥＬＳＯＲＰ  １８」を用い、窒素ガスをプローブガスとして得られた吸着等温線を基に、ミクロ孔はＭＰ法（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｏｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）（例えば、Ｒ．Ｓ．Ｍｉｋｈａｉｌ，Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅ．Ｅ．Ｂｏｄｏｒ，Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉ．，２６，４５（１９６８）参照）、メソ孔の測定はＤＨ法（Ｄｏｌｌｉｍｏｒｅ  ＆  Ｈｅａｌ  Ｍｅｔｈｏｄ）（例えば、ＤＤ．Ｄｏｌｌｉｍｏｒｅ，Ｇ．Ｒ．Ｈｅａｌ，Ｊ．Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍ．，１４，１０９−１１４（１９６４）参照）により算出した。【００２０】
本発明で使用するアルカリ賦活された活性炭の形状は限定されるものではなく、例えば、粒状、（微）粉状、面状などであることができる。面状としては、不織布状、織布状、フェルト状等の織物状；紙状；フィルム状；膜状；シート状などが挙げられる。【００２１】
本発明で使用する電極は、イオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質を使用するアクチュエータ、好ましくはイオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、該高分子固体電解質を挟んで位置し、互いに接触していない、一方の電極と他方の電極（正極とされる電極と負極とされる電極から構成される少なくとも一対の電極）からなり、電極間に電位差を与えることにより変形を生じさせ得るアクチュエータに用いられる電極である。
かかる電極は、一方の電極と他方の電極のいずれにおいても、アルカリ賦活された活性炭及び該活性炭に対し１〜３０質量％程度添加されるポリ四フッ化エチレン等の公知のバインダーから構成される電極；アルカリ賦活された活性炭、イオン液体、及び高分子成分としての共重合体（Ｐ）もしくは重合体（Ｑ）を構成成分とする電極；等であることができるが、イオン液体の溶解性の観点から、アルカリ賦活された活性炭、イオン液体、及び高分子成分としての共重合体（Ｐ）もしくは重合体（Ｑ）を構成成分とする電極であることが好ましい。この好ましい態様の電極における３者の質量分率には大きな制限はないが、アルカリ賦活された活性炭は、得られるアクチュエータの変位量及び発生応力の観点から５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましく、電極成形性の観点から９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。また、イオン伝導率の観点から、イオン液体は５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましく、高分子成分は８０質量％以下が好ましく、７０質量％以下がより好ましい。また、電極強度の観点から、イオン液体は９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましく、高分子成分は５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましい。【００２２】
また、本発明で使用する電極には、該電極の製造段階で、上記成分に加え、必要に応じ、電極活物質間の導電性を確保する観点から、金属微粒子；カーボンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維等の導電性炭素材料；などの導電性物質を添加してもよい。添加する場合、上記した電極構成成分（例えば、アルカリ賦活された活性炭、イオン液体及び高分子成分）の合計質量に対する導電性物質の添加量は、導電性の観点から０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましく、一方、電極成形性の観点から、６０質量％以下が好ましく、５０質量％以下がより好ましい。
上記電極において、アルカリ賦活された活性炭は他の電極材料中に分散されていてもよく、不均一な構成であってもよい。後者の例として、例えば、面状に成形された、アルカリ賦活された活性炭に、イオン液体が含浸している膜状、フィルム状、シート状、板状、織物状、ロッド状、立方体状又は直方体状等に成形された共重合体（Ｐ）もしくは重合体（Ｑ）を少なくとも部分的に含浸させた電極が例示される。本発明で使用する電極の形状については、特に制限はなく、例えば膜状、フィルム状、シート状、板状、織物状、ロッド状、立方体状又は直方体状等であることができる。【００２３】
本発明で使用する、アルカリ賦活された活性炭を活物質とする電極の製造方法には特に制限はなく、例えば、アルカリ賦活された活性炭にポリ四フッ化エチレン等のバインダーとして知られた物質を必要に応じて１〜３０質量％程度加えてよく混合した後金型に入れて加圧成形又は圧延シート化して成形する方法；アルカリ賦活された活性炭、イオン液体、及びイオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）及びイオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）を有する共重合体（Ｐ）又はイオン液体と相溶である重合体（Ｑ）をよく混合した後、金型に入れて加圧成形又は圧延シート化してゲル状電極を得る方法；面状（不織布状、織布状、フェルト状等の織物状；紙状；フィルム状；膜状；シート状など）に成形された、アルカリ賦活された活性炭と膜状、フィルム状、シート状、板状、織物状、ロッド状、立方体状又は直方体状等に成形された、イオン液体が含浸している共重合体（Ｐ）もしくは重合体（Ｑ）とを熱プレス等により貼り合わせて、該活性炭に少なくとも部分的にイオン液体を含浸させた電極とする方法；アルカリ賦活された活性炭、イオン液体、共重合体（Ｐ）もしくは重合体（Ｑ）を与えるモノマー、及び重合開始剤を混合し成形後に、共重合もしくは重合反応させてゲル状電極を得る方法；面状（不織布状、織布状、フェルト状等の織物状；紙状；フィルム状；膜状；シート状など）に成形された、アルカリ賦活された活性炭に、イオン液体、共重合体（Ｐ）もしくは重合体（Ｑ）を与えるモノマー及び重合開始剤の混合液を含浸させた後に、共重合もしくは重合反応させてゲル状電極を得る方法；アルカリ賦活された活性炭に、イオン液体と共重合体（Ｐ）もしくは重合体（Ｑ）からなるゲル状物を含浸させる方法、などを挙げることができ、これらは目的に応じ適宜選択することができる。【００２４】
本発明で用いる高分子固体電解質はイオン液体と高分子成分を構成成分とする。イオン液体と高分子成分は、また、上記した如く、本発明で用いる電極の構成成分ともなり得る。【００２５】
本発明で用いるイオン液体とは、常温溶融塩又は単に溶融塩などとも称されるものであり、Ｓｃｉｅｎｃｅ、３０２号、７９２頁、２００３年によれば、１００℃以下において流動性を有し、完全にイオンからなる液体と定義される。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状態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、常温において液体状態であり、常温におけるイオン伝導率が０．００１Ｓ／ｃｍ以上のものが好ましく用いられる。イオン液体は、蒸気圧がほとんどないため引火性が低く、熱的安定性に優れる。本発明ではイオン液体を高分子固体電解質の構成成分として用いることで、水や有機溶媒を電解液に用いる場合に懸念される、電解液の蒸発の問題を回避できる。またイオン液体は、水や有機溶媒に比べて一般に電位窓が広いため、アクチュエータの駆動電圧を高く設定することが可能となり、アクチュエータから高い変位量又は発生応力を引き出すことが可能となる。【００２６】
本発明において用いられる好適なイオン液体を構成する有機カチオンの例としては、下記一般式（Ｉ）〜（Ｖ）を挙げることができる。【００２７】
【化１】
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【００２８】
［式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基又は炭素数２〜３０のポリオキシアルキレン基を表す］【００２９】
【化２】
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【００３０】
［式中、Ｒ４は水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基又は炭素数２〜３０のポリオキシアルキレン基を表し、Ｒは炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、ｎは０以上５以下の整数を表す。ｎが２以上の場合、各Ｒは同一の基でもよいし、異なる基でもよい。］【００３１】
【化３】
2008123064.tif 000005
【００３２】
［式中、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７及びＲ８は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基、炭素数２〜３０のポリオキシアルキレン基を表すか、又はＲ５〜Ｒ８のうち２つの基が共同して環構造を形成する］【００３３】
【化４】
2008123064.tif 000006
【００３４】
［式中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基、炭素数２〜３０のポリオキシアルキレン基を表すか、又はＲ９〜Ｒ１２のうち２つの基が共同して環構造を形成する］【００３５】
【化５】
2008123064.tif 000007
【００３６】
［式中、Ｒ１３、Ｒ１４及びＲ１５は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基、炭素数２〜３０のポリオキシアルキレン基を表すか、又はＲ１３〜Ｒ１５のうち２つの基が共同して環構造を形成する］【００３７】
上記した有機カチオンの例示における、Ｒ１〜Ｒ１５の定義において、炭素数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルキル基としては、炭素数１〜６のものが好ましく、炭素数１〜４のものがより好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。Ｒ１〜Ｒ１５の定義において、炭素数２〜１０の直鎖状もしくは分岐状アルケニル基としては、炭素数２〜６のものが好ましく、炭素数２〜４のものがより好ましく、具体的には、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基等が挙げられる。Ｒ１〜Ｒ１５の定義において、炭素数６〜１５のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。Ｒ１〜Ｒ１５の定義において、炭素数７〜２０のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。Ｒ１〜Ｒ１５の定義において、炭素数２〜３０のポリオキシアルキレン基としては、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基等が挙げられる。Ｒの定義において、炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。Ｒ５〜Ｒ１５の定義において、２つの基が共同して環構造を形成する場合として、例えば、中心原子のＮと共同して、ピロリジン環やピペリジン環を形成する場合などが挙げられる。【００３８】
このうちでもイオン液体のイオン伝導性及び入手容易性の観点から一般式（Ｉ）で表される非置換もしくは置換イミダゾリウムカチオンが好ましく、置換イミダゾリウムカチオンがより好ましい。このうちでも、イオン液体の融点及び粘度の観点から一般式（Ｉ）におけるＲ１及びＲ２が、それぞれ独立に、炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状アルキル基であることが好ましく、Ｒ１及びＲ２が、それぞれ独立に、炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状アルキル基であってＲ３が水素原子であることがより好ましく、またこれらの場合においてＲ１とＲ２とが異なる基であることが好ましい。もっとも好ましい有機カチオンの例としては、３−エチル−１−メチルイミダゾリウムカチオン（ＥＭＩ＋）を挙げることができる。【００３９】
本発明において用いられる好適なイオン液体を構成するアニオンの例としては、含ハロゲンアニオン、鉱酸アニオン、有機酸アニオン等を挙げることができる。含ハロゲンアニオンもしくは鉱酸アニオンの例としては、具体的にはＰＦ６−、ＣｌＯ４−、ＣＦ３ＳＯ３−、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３−、ＢＦ４−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＡｓＦ６−、ＳＯ４２−、（ＣＮ）２Ｎ−、ＮＯ３−等を挙げることができる。また有機酸アニオンの例としてはＲＳＯ３−、ＲＣＯ２−等を挙げることができる。ここにおいて、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基、炭素数２〜４のアルケニル基、炭素数７〜２０のアラルキル基、炭素数８〜２０のアラルケニル基、炭素数２〜８のアルコキシアルキル基、炭素数３〜８のアシルオキシアルキル基、炭素数１〜４のスルホアルキル基、炭素数６〜１５のアリール基又は炭素数３〜７の芳香族複素環基を表す。これらの中でもイオン液体のイオン伝導率及び入手容易性の観点からＰＦ６−、ＣｌＯ４−、ＣＦ３ＳＯ３−、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３−、ＢＦ４−、（ＣＮ）２Ｎ−並びに（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−等のスルホニルイミド系アニオンが好ましく、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−等のスルホニルイミド系アニオンが特に好ましい。【００４０】
本発明に好適に用いられるイオン液体の例としては上記した有機カチオンとアニオンの組み合わせからなるイオン液体を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。本発明に用いられるイオン液体として特に好ましいのは置換イミダゾリウム塩であり、具体的例としては、エチル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）、エチルメチルイミダゾリウムビス（ペンタフルオロメタンスルホニル）イミド（ＥＭＩＰＦＳＩ）、ブチル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（ＢＭＩＴＦＳＩ）、ブチルメチルイミダゾリウムビス（ペンタフルオロメタンスルホニル）イミド（ＢＭＩＰＦＳＩ）等を挙げることができる。これらの中でも、イオン液体のイオン伝導率の観点からＥＭＩＴＦＳＩ及びＥＭＩＰＦＳＩがより好ましく、さらに入手容易性の観点からＥＭＩＴＦＳＩがより一層好ましい。【００４１】
本発明で用いる高分子固体電解質を構成する高分子成分としては、該高分子固体電解質を構成するイオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）及び該イオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）を有する共重合体（Ｐ）、並びに該イオン液体と相溶である重合体（Ｑ）が好適なものとして挙げられる。上記で共重合体（Ｐ）は重合体ブロック（Ｐａ）及び重合体ブロック（Ｐｂ）をそれぞれ１つもしくは２つ以上有することができる。【００４２】
本発明において、イオン液体と重合体ブロック（Ｐａ）とが相溶であるか否かの判断、及びイオン液体と重合体ブロック（Ｐｂ）とが非相溶であるか否かの判断は、以下の判定基準においてなされる。ブロック共重合体（Ｐ）の動的粘弾性測定又はＤＳＣ測定により測定される各成分のＴα（α分散温度）、Ｔｇ（ガラス転移温度）などの相転移温度のいずれか１つについて、Ｐａ成分に由来するものをＴｐａ、Ｐｂ成分に由来するものをＴｐｂとする。一方、ブロック共重合体（Ｐ）とイオン液体とを必須成分として含む高分子固体電解質の動的粘弾性測定又はＤＳＣ測定により測定される相転移温度について、相（Ｘ）（重合体ブロック（Ｐａ）とイオン液体からなる相）に由来するものをＴｘ、相（Ｙ）（重合体ブロック（Ｐｂ）からなる相）に由来するものをＴｙとして、ΔＴｐａ及びΔＴｐｂをそれぞれ下記式のように定義する。なお、上記において、Ｔｐａ、Ｔｐｂ、Ｔｘ及びＴｙは同じ測定方法で測定されたもの、例えばα分散温度もしくはガラス転移温度であることを要する。
ΔＴｐａ＝｜Ｔｐａ−Ｔｘ｜
ΔＴｐｂ＝｜Ｔｐｂ−Ｔｙ｜
この２つの指標ΔＴｐａ及びΔＴｐｂについて、ΔＴｐａ＞  ２ΔＴｐｂであるときにイオン液体は重合体ブロック（Ｐａ）と相溶で、かつ重合体ブロック（Ｐｂ）とは非相溶であると見なす。【００４３】
共重合体（Ｐ）を構成するイオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）の例としては、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等の酢酸ビニル系重合体ブロック；ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン等のハロゲン含有ビニル系重合体ブロック；ポリ（２−ヒドロキシエチル）（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸の炭素数２〜４のヒドロキシアルキルエステルの重合体のブロック、ポリメチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸の炭素数１〜４のアルキルエステルの重合体のブロックなどの（メタ）アクリレート系重合体ブロック；ポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル等のビニルエーテル系重合体ブロック；ポリメチルビニルケトン、ポリメチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン系重合体ブロック；ポリエチレンオキシド等のポリエーテル系重合体ブロック；ポリ（メタ）アクロレイン等のアクロレイン系重合体ブロック；ポリ（メタ）アクリルアミド等の（メタ）アクリルアミド系重合体ブロック；ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系重合体ブロック；ポリアミド−６、ポリアミド−６，６、ポリアミド−６，１２等のポリアミド系重合体ブロック；ポリジメチルシロキサン等のシロキサン系重合体ブロック：ポリアクリロニトリル等のアクリロニトリル系重合体ブロック等を挙げることができる。またここに列記はしていないが、上述したような重合体ブロックの構成成分が共重合して構成する重合体ブロックも用いることができる。【００４４】
共重合体（Ｐ）を構成するイオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリオクテン、ポリイソブチレン等の炭素数２〜８のアルケンの重合体のブロックなどのオレフィン系重合体ブロック；ポリスチレンブロック、ポリ（４−メチルスチレン）等のベンゼン環やα−位に炭素数１〜４のアルキル基が合計で１もしくは２個置換したスチレンの重合体のブロック等のスチレン系重合体ブロック等を挙げることができる。またここに列記はしていないが、上述したような重合体ブロックの構成成分が他のモノマーと共重合して構成する重合体ブロック、例えばスチレン−ブタジエン重合体ブロック等の、非置換の又はベンゼン環やα−位に炭素数１〜４のアルキル基が合計で１もしくは２個置換したスチレンなどのスチレン系モノマーと炭素数４〜８の共役ジエンとの共重合体ブロックも用いることができる。【００４５】
共重合体（Ｐ）における重合体ブロック（Ｐａ）と重合体ブロック（Ｐｂ）の結合様式には特に制限はなく、共重合体（Ｐ）は重合体ブロック（Ｐａ）及び重合体ブロック（Ｐｂ）をそれぞれ１つ以上含んでいる限り、ブロック共重合体であってもグラフト共重合体であってもよい。これらの中でも製造容易性の観点からブロック共重合体であることが好ましく、得られる高分子固体電解質の機械的強度の観点から重合体ブロック（Ｐｂ）を２つ以上有するブロック共重合体であることが好ましい。【００４６】
共重合体（Ｐ）の分子量に特に制限はないが、数平均分子量で１，０００〜２，０００，０００であることが好ましく、５，０００〜１，０００，０００であることがより好ましく、１０，０００〜５００，０００であることがより一層好ましい。数平均分子量が１，０００未満である場合には、共重合体（Ｐ）ひいては得られる高分子固体電解質の機械的強度が劣る傾向となり、数平均分子量が２，０００，０００を超える場合には、共重合体（Ｐ）ひいては得られる高分子固体電解質の粘度が大きくなり取扱い性に劣る傾向となる。
共重合体（Ｐ）における重合体ブロック（Ｐａ）の質量分率に特に制限はないが、得られる高分子固体電解質の機械的強度の観点から、９５質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましく、８０質量％以下であることがより一層好ましい。一方、得られる高分子固体電解質のイオン伝導率の観点から、重合体ブロック（Ｐａ）の質量分率は１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、３０質量％以上であることがより一層好ましい。【００４７】
本発明で使用される共重合体（Ｐ）の製造方法としては、特に制限はなく、リビング重合法、前駆体として用意したポリマーの末端もしくは側鎖からモノマーを重合する方法、互いに反応し得る官能基を末端に有するポリマー同士を反応させる方法などを挙げることができる。これらは目的とする共重合体（Ｐ）の構造に応じて適宜選択することができる。【００４８】
ブロック共重合体（Ｐ）は、また、ポリウレタンであることができ、その場合の重合体ブロック（Ｐa）の例として、高分子ポリオール成分を主成分とする重合体ブロックを挙げることができる。高分子ポリオールの例としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール等を挙げることができる。この中で、ポリエステルポリオールブロック及びポリエーテルポリオールブロックがイオン液体との相溶性及びイオン伝導性の観点から好ましい。【００４９】
ブロック共重合体（Ｐ）がポリウレタンである場合の重合体ブロック（Ｐb）の例として、二官能イソシアネートもしくは二官能イソシアネートを主体するイソシアネートと鎖延長剤との反応生成物成分である重合体ブロックを挙げることができる。【００５０】
このとき用いられる二官能イソシアネートとしては特に制限はなく、例えば、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート等を挙げることができる。これらの二官能イソシアネートは単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。【００５１】
また用いる鎖延長剤としては特に制限はないが、イソシアナト基と反応し得る活性水素原子を分子中に２個以上有する分子量３００以下の低分子化合物を用いるのが好ましく、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオールなどのジオール類などが挙げられる。これらの低分子化合物は単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。【００５２】
上記した中で、ブロック共重合体（Ｐ）がポリウレタンである場合の重合体ブロック（Ｐb）としては、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートと１，４−ブタンジオールとの反応生成物ブロックがイオン液体との非相溶性及び高分子固体電解質の形状保持性の観点からより好ましい。【００５３】
ブロック共重合体（Ｐ）がポリウレタンである場合の数平均分子量や共重合体（Ｐ）における重合体ブロック（Ｐａ）の質量分率はすでに述べた範囲と同様でよい。【００５４】
ポリウレタンの製造法については特に制限はなく、前記の高分子ポリオール、二官能イソシアネート及び鎖延長剤を使用し、公知のウレタン化反応技術を利用して、プレポリマー法及びワンショット法のいずれで製造してもよい。そのうちでも実質的に溶剤の不存在下に溶融重合することが好ましく、特に多軸スクリュー型押出機を用いる連続溶融重合が好ましい。【００５５】
本発明で用いる高分子固体電解質を構成し得る高分子成分である、イオン液体と相溶である重合体（Ｑ）の例としては、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；ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有ビニル系重合体；ポリ（２−ヒドロキシエチル）（メタ）アクリレート、ポリメチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系重合体；ポリエチレンオキシド等のポリエーテル系重合体；ポリアクリロニトリル等のアクリロニトリル系重合体等を挙げることができる。これらの中で、得られる高分子固体電解質のイオン伝導率の観点から、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；ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有ビニル系重合体；及びポリ（２−ヒドロキシエチル）（メタ）アクリレート、ポリメチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系重合体が好ましい。【００５６】
重合体（Ｑ）の分子量に特に制限はないが、数平均分子量で１，０００〜２，０００，０００であることが好ましく、５，０００〜１，０００，０００であることがより好ましく、１０，０００〜５００，０００であることがより一層好ましい。数平均分子量が１，０００未満である場合には、重合体（Ｑ）ひいては得られる高分子固体電解質の機械的強度が劣る傾向となり、数平均分子量が２，０００，０００を超える場合には、共重合体（Ｐ）ひいては得られる高分子固体電解質の粘度が大きくなり取扱い性に劣る傾向となる。
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におけるヘキサフルオロプロピレン単位の質量分率に特に制限はないが、得られる高分子固体電解質の機械的強度の観点から、９５質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましく、８０質量％以下であることがより一層好ましい。一方、得られる高分子固体電解質の柔軟性の観点から、ヘキサフルオロプロピレン単位の質量分率は５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましく、１５質量％以上であることがより一層好ましい。  【００５７】
本発明で用いる高分子固体電解質を構成する高分子成分としては、共重合体（Ｐ）、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、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（２−ヒドロキシエチル）（メタ）アクリレート及びポリメチル（メタ）アクリレートがより好ましく、得られる高分子固体電解質の機械的強度、及びイオン液体の保液性の観点から、イオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）を１つ以上有し、イオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）を２つ以上有する共重合体（Ｐ）がより一層好ましい。【００５８】
本発明で用いる高分子固体電解質はイオン液体と高分子成分とからなり、高分子成分からなる骨格にイオン液体が含浸した形態となっている。該高分子固体電解質におけるイオン液体と高分子成分との質量比率は特に制限されないが、高分子固体電解質のイオン伝導率及び機械的強度の観点から、０．１：１〜１０：１程度であることが好ましい。また、該高分子固体電解質の形状についても特に制限はなく、例えば膜状、フィルム状、シート状、板状、織物状、ロッド状、立方体状、直方体状等であることができる。【００５９】
本発明で用いる高分子固体電解質の製造方法については特に制限はなく、例えば加熱下においてイオン液体と高分子成分を機械的に混練し、ついで成形する方法；イオン液体及び高分子成分を適当な溶媒に溶解させた後に溶媒を除去し、ついで成形する方法；高分子成分にイオン液体を含浸させ、ついで成形する方法；イオン液体中で高分子成分の製造に用いるモノマーを重合開始剤の存在下に反応させ、ついで成形する方法等が挙げられる。これらは目的に応じ、適宜選択することができる。上記で、イオン液体及び高分子成分を適当な溶媒に溶解させた後に溶媒を除去する方法における溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等を用いることができる。【００６０】
本発明のアクチュエータはイオン液体及び高分子成分を構成成分とする高分子固体電解質と、いずれも、アルカリ賦活された活性炭を活物質とする一方の電極と他方の電極（正極と負極）から構成される。これらの電極は、該高分子固体電解質を挟んでこれに密着し、互いに接触しないように設置される。これらの電極は、また、それぞれ独立に、一体化されていてもよいし、一体化されず、すなわち複数の、固体として別個の電極からなっていてもよい。一体化されていない形態として、例えば特開昭６３−３０９２５２号公報の第８図等に示された形態等が挙げられる。該高分子固体電解質と電極とが重なり合った方向における該高分子固体電解質の厚さといずれか一方の電極の厚さとの比率については特に制限はないが、本発明の特徴を効果的に発揮する観点から０．０１：１〜１０：１程度であることが好ましい。【００６１】
本発明のアクチュエータの形状については特に制限は無く、例えば、膜状、フィルム状、シート状、板状、織物状、ロッド状、立方体状又は直方体状などが挙げられ、これらは使用目的に応じ適宜選択すればよい。またアクチュエータの厚さについても特に制限はないが、例えば形状が膜状である場合には、膜の両面に電極が形成されていることが好ましく、膜自身の抵抗の観点から、厚みが１０−６〜１０−１ｍの範囲にあるのが好ましい。【００６２】
本発明のアクチュエータの製造に際し、高分子固体電解質に、これを挟んで位置し、互いに接触しないように２種の電極を形成させる方法に特に制限はないが、例えば、高分子固体電解質の両面に電極、例えば電極シートを圧着及び／又は溶着により貼り合わせる方法；高分子固体電解質の両面に、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、ポリ四フッ化エチレン等のバインダーに、活性炭又は活性炭と必要に応じ他の導電性物質を分散させた組成物を塗布する方法；高分子固体電解質の両面に、イオン液体と相溶である重合体ブロック（Ｐａ）及びイオン液体と非相溶である重合体ブロック（Ｐｂ）を有する共重合体（Ｐ）又はイオン液体と相溶である重合体（Ｑ）、アルカリ賦活された活性炭及び必要に応じ他の導電性物質を、イオン液体に分散させた分散液を塗布する方法；などを挙げることができる。【００６３】
本発明のアクチュエータは、空気中、水中、真空中、有機溶媒中等において、２種の電極間に電位差を与えることにより作動／駆動させることができる。また使用環境に応じ、適宜封止を施してもよい。封止材料の例としては、特に制限はなく、各種樹脂や金属等を用いることができる。
【実施例】
【００６４】
以下、参考例、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。また以下の参考例、実施例及び比較例において用いた測定機器、測定方法及び使用材料を以下に示す。【００６５】
（１）核磁気共鳴スペクトル（１Ｈ−ＮＭＲ）による共重合体（Ｐ）及びイオン液体の分子構造の解析
機器  ：  日本電子社製核磁気共鳴装置  （ＪＮＭ−ＬＡ  ４００）
溶媒  ：  重クロロホルム（共重合体）又は重ジメチルスルホキシド（イオン液体）
（２）ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）による数平均分子量（Ｍｎ）及び分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）の測定
機器  ：  東ソー社製ゲルパーミエーションクロマトグラフ（ＨＬＣ−８０２０）
カラム  ：  いずれも東ソー社製ＴＳＫｇｅｌであるＧＭＨＸＬ、Ｇ４０００ＨＸＬ及びＧ５０００ＨＸＬを直列に連結
溶離液  ：  テトラヒドロフラン、流量１．０ｍｌ／分
検量線  ：  標準ポリスチレンを用いて作成
検出方法  ：  示唆屈折率（ＲＩ）【００６６】
（３）Ｘ線回折強度曲線の（００２）面の回折ピークにおける黒鉛的結晶性構造パラメータＩｐ／Ｉｏ
装置  ：  リガク製「ＲＩＮＴ−２４００」
算出方法  ：  特開２００５−２１８５１号公報に具体的に示されている方法を用いた。すなわち、Ｘ線回折強度曲線において、（００２）面の回折ピ−クの両裾に接線を引き、その接線から上の部分の最大強度値をＩｐ、（００２）面の回折強度から空気の散乱強度を差し引いた残りの強度をＩｏとし、Ｉｐ／Ｉｏを算出した。
（４）活性炭表面の総官能基量の算出
活性炭試料各２ｇをそれぞれ１００ｍｌエルレンマイヤーフラスコに取り、Ｎ／１０のアルカリ試薬（（ａ）炭酸水素ナトリウム、（ｂ）炭酸ナトリウム、（ｃ）苛性ソーダ又は（ｄ）ナトリウムエトキシド）を５０ｍｌ加え、２４時間振とうした後濾別し、未反応のアルカリ試薬をＮ／１０塩酸で滴定し、カルボキシル基はアルカリ試薬（ａ）〜（ｄ）の全てと、ラクトン基はアルカリ試薬（ｂ）〜（ｄ）と、水酸基はアルカリ試薬（ｃ）〜（ｄ）と、そしてキノン基はアルカリ試薬（ｄ）と反応するので、各滴定量から重複する滴定量を差し引くことにより、各官能基量ひいては総官能基量を定量した。【００６７】
（５）活性炭のＢＥＴ比表面積の測定
日本ベル社製「ＢＥＬＳＯＲＰ  １８」を用い、窒素ガスをプローブガスとして得られた吸着等温線を基に、ＢＥＴ法で測定した。
（６）活性炭のメソ孔（細孔径１ｎｍ以上５０ｎｍ以下）の総容積に対するミクロ孔（細孔径１ｎｍ未満）の総容積の存在比算出
日本ベル社製・「ＢＥＬＳＯＲＰ  １８」を用い、窒素ガスをプローブガスとして得られた吸着等温線を基に、ミクロ孔はＭＰ法（Ｍｉｃｒｏ    Ｐｏｒｅ    Ｍｅｔｈｏｄ）、メソ孔の測定はＤＨ法（Ｄｏｌｌｉｍｏｒｅ    ＆    Ｈｅａｌ    Ｍｅｔｈｏｄ）により算出した。【００６８】
（７）アクチュエータの変位量の測定
１５ｍｍ×５ｍｍの大きさにカットしたアクチュエータについて、図１に従い、長さ方向に１０ｍｍを銅製電極で挟み、アクチュエータ長で５ｍｍ分を空気中に出して測定セルとした。銅製電極をそれぞれ陽極、陰極とし、電池充放電装置（北斗電工製「ＨＪ２０１−Ｂ」）を用いて、３ｍＡの定電流条件のもと電位が０Ｖから１Ｖの範囲で動作試験を行い、アクチュエータの電極固定端から４ｍｍの場所の動作をレーザー変位計（キーエンス製「ＬＫ−Ｇ１５５」）で計測することで変位量の測定を行った。
（８）アクチュエータの発生応力の測定
（７）と同様に１５ｍｍ×５ｍｍの大きさにカットしたアクチュエータについて、長さ方向に１０ｍｍを銅製電極で挟み、アクチュエータ長で５ｍｍ分を空気中に出して測定セルとした。銅製電極をそれぞれ陽極、陰極とし、電池充放電装置（北斗電工製「ＨＪ２０１−Ｂ」）を用いて、３ｍＡの定電流条件のもと電位が０Ｖから１Ｖの範囲で動作試験を行い、アクチュエータの先端部の動作を、ロードセル（ミネベア製「ＵＬ−２ＧＲ」）で計測することで発生応力の測定を行った。【００６９】
参考例１
ポリスチレン−ｂ−ポリメチルアクリレート−ｂ−ポリスチレン（共重合体Ｐ−１）の製造
使用した材料について、臭化銅（Ｉ）、塩化銅（Ｉ）及び塩化銅（ＩＩ）は和光純薬工業社から購入しそのまま用いた。１，１，４，７，１０，１０−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン（ＨＭＴＥＴＡ）はアルドリッチ社から購入しそのまま用いた。トリス（２−ジメチルアミノエチル）アミン（Ｍｅ６−ＴＲＥＮ）は、トリス（２−アミノエチル）アミン、ギ酸及びホルムアルデヒドの混合水溶液を還流して得られた生成物を減圧蒸留して用いた。ジエチル−ｍｅｓｏ−２，５−ジブロモアジペートはアルドリッチ社から購入してそのまま用いた。スチレン及びメチルアクリレートはキシダ化学社より購入し、使用前にゼオラム及びアルミナと接触させて重合禁止剤を除去し、続いて乾燥窒素で十分にバブリングして溶存酸素を除去したものを用いた。アセトニトリルはキシダ化学社より購入し、ゼオラムと接触させて水分を除去し、続いて乾燥窒素で十分にバブリングして溶存酸素を除去したものを用いた。その他の材料については、目的に応じて精製を行い使用した。【００７０】
（１）２Ｌの３つ口フラスコに磁気撹拌子、臭化銅（Ｉ）７．１７ｇ（５０ｍｍｏｌ）、ジエチル−ｍｅｓｏ−２，５−ジブロモアジペート３．６ｇ（１０ｍｍｏｌ）を仕込んだ後、フラスコ内を十分に乾燥窒素で置換した。ここにアセトニトリル９５５ｍｌ及びメチルアクリレート７８５ｍｌを加え、室温で３０分撹拌した。その後５０℃に昇温し、別途調製したＨＭＴＥＴＡのアセトニトリル溶液（濃度  ０．３ｍｏｌ／Ｌ）８．３３ｍｌ（ＨＭＴＥＴＡとして１６．７ｍｍｏｌ）を加えて重合を開始した。重合開始２時間後にＨＭＴＥＴＡのアセトニトリル溶液（濃度  ０．３ｍｏｌ／Ｌ）２．０８ｍｌ（ＨＭＴＥＴＡとして０．６２ｍｍｏｌ）を添加し、さらに６時間重合を行った。
（２）６時間後、フラスコを氷水につけて重合溶液を冷却し重合を停止した。重合停止時の重合率は３８％、数平均分子量Ｍｎは２８７００、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎ＝１．０４であった。
（３）得られた重合溶液をエバポレータで濃縮した後にトルエンで希釈し、続いて水で洗浄を繰り返して残存触媒を除いた。洗浄後、再度エバポレータで濃縮したのちに大過剰のメタノールで再沈して得られる粘ちょうな液状物を７０℃で一晩真空乾燥させて、両末端ブロモ化ポリメチルアクリレートを得た。【００７１】
（４）２Ｌの３つ口フラスコに、両末端ブロモ化ポリメチルアクリレート１７０ｇ及び磁気撹拌子を仕込み十分に乾燥窒素で置換した。続いてスチレン１５２ｍｌを加えて両末端ブロモ化ポリメチルアクリレートを溶解させた。この溶液を４０℃に昇温し、別途調製した、塩化銅（Ｉ）０．５８６ｍｇ（５．９２ｍｍｏｌ）、塩化銅（ＩＩ）０．２３９ｍｇ（１．７８ｍｍｏｌ）及びＭｅ６−ＴＲＥＮのアセトニトリル溶液（濃度  ０．３ｍｏｌ／Ｌ）２９．６ｍｌ（Ｍｅ６−ＴＲＥＮとして８．８９ｍｍｏｌ）の混合物を加えて重合を開始した。
（５）８時間重合を行った後に、フラスコを氷水につけて重合溶液を冷却し重合を停止した。重合停止時の重合率は１０％、数平均分子量Ｍｎは７２０００、分子量分布Ｍｗｎ／Ｍｎ＝１．３１であった。
（６）得られた重合溶液を大過剰のメタノールに再沈し、室温で乾燥した後にトルエンに再溶解し、水洗を繰り返して残存触媒を除いた後に、大過剰のメタノールで再沈して得られる固体を７０℃で一晩乾燥させた。
（７）以上のようにして、重合体ブロック（Ｐａ）がポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）で重合体ブロック（Ｐｂ）がポリスチレン（ＰＳｔ）である共重合体（Ｐ−１）を得た。１Ｈ−ＮＭＲ測定を行ったところ、共重合体（Ｐ−１）中のＰＳｔ含量は４６％、ＰＭＡ含量は５４％であった。【００７２】
参考例２
エチル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（イオン液体）の製造
使用した材料について、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドは東京化成工業社より購入しそのまま用いた。シクロヘキサンはキシダ化学社より購入しそのまま用いた。その他の材料については、目的に応じて精製を行い使用した。【００７３】
（１）５００ｍＬのセパラブルフラスコに、攪拌翼を取り付けたメカニカルスターラー、三方コック及び冷却管を取り付けた。ここにシクロヘキサン２５０ｍＬ及び１−メチルイミダゾール５０ｍＬ（０．５８ｍｏｌ）を仕込んだ。１−メチルイミダゾールはシクロヘキサンには完全に溶解せず、二相に分離した状態であった。この液を攪拌しながら、室温でブロモエタン１３０ｍＬ（１．７４ｍｏｌ）を１時間かけて滴下した。滴下終了後、８０℃まで加熱し２４時間還流を行った。反応の進行と共に、白色固体が析出した。
（２）得られた懸濁液について、過剰のブロモエタン及びシクロヘキサンを減圧留去して得られる白色固体を酢酸エチル／イソプロパノール混合溶媒（１／１  ｖ／ｖ）から再結晶させて精製した。得られた結晶をろ別し、ｎ−ヘキサンで洗浄し、５０℃で一晩真空乾燥させた。収量９１ｇ、収率８３％であった。得られた白色固体の１Ｈ−ＮＭＲ測定から、目的の３−エチル−１−メチルイミダゾリウムブロマイド（ＥＭＩＢｒ）が生成したことを確認した。【００７４】
（３）上記で得られたＥＭＩＢｒ４５ｇ（２３６ｍｍｏｌ）を攪拌翼、メカニカルスターラー及び三方コックを取り付けた５００ｍＬのセパラブルフラスコに仕込んだ。ここに蒸留水１２０ｍＬを仕込み、ＥＭＩＢｒを完全に溶解させた。
（４）リチウム（ビストリフルオロメタンスルホニル）イミド６８ｇ（２３６ｍｍｏｌ）を蒸留水２４０ｍＬに溶解させた水溶液を作製した。この水溶液を上記のＥＭＩＢｒ水溶液に攪拌しながら滴下した。滴下終了後、７０℃で１時間反応を継続した。反応液は二相に分離していた。
（５）該反応液の下相を抜き出し、塩化メチレンで希釈し、蒸留水で３回洗浄した。洗浄後、８０℃で３時間減圧留去を行い、塩化メチレン及び一部の水分を除去した。得られた無色透明の液体を１２０℃で３日間真空乾燥することで、系内の水を完全に除去した。収量６１ｇ、収率６７％であった。得られた無色透明液体の１Ｈ−ＮＭＲ測定から、目的の３−エチルー１−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）が生成していることを確認した。【００７５】
参考例３
ポリスチレン−ｂ−ポリメチルアクリレート−ｂ−ポリスチレン共重合体（Ｐ−１）を用いた高分子固体電解質（Ｅ−１）の製造
共重合体（Ｐ−１）１０ｇをテトラヒドロフラン５００ｍＬに完全に溶解させた。この溶液にＥＭＩＴＦＳＩ１６．１ｇを加え均一な溶液を得た。この溶液をガラス上に広げ乾燥させた。得られた透明、柔軟な固体を５０℃で真空乾燥して高分子固体電解質（Ｅ−１）を得た。【００７６】
参考例４
ポリフッ化ビニリデン−ヘキサプルオロプロピレンランダム共重合体を用いた高分子固体電解質（Ｅ−２）の製造
（１）ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンランダム共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ），アルケマ社製，「カイナー＃２８０１」）１０ｇを計り取り、ここにＥＭＩＴＦＳＩ５０ｇを加え、よく混ぜ合わせてスラリー状の混合物を得た。得られた混合物を１３０℃で１時間加熱することにより、混合物は均一な液状となった。得られた液状物を室温で冷却することにより無色透明なゲル状の高分子固体電解質（Ｅ−２）を得た。
（２）得られた高分子固体電解質を１００℃で所定のサイズに熱プレス成形し、高分子固体電解質シート（Ｅ−２）を得た。【００７７】
実施例１〜６及び比較例１〜６
参考例に従い作製した高分子固体電解質の組成を表１に示す。【００７８】
【表１】
2008123064.tif 000008
【００７９】
実施例１
電極の製造、及びアクチュエータの製造及び性能試験
（１）乳鉢に水酸化カリウムを用いて賦活された活性炭（Ｉｐ／Ｉｏ比＝０．３３、表面総官能基量＝０．７０ｍｅｑ／ｇ、ＢＥＴ比表面積＝１２１０ｍ２／ｇ、ミクロ孔総容積／メソ孔総容積比＝９．１、平均粒径＝１０μｍ）０．１ｇ、アセチレンブラック（電気化学社製「デンカブラック」）０．０６ｇ、ＰＶＤＦ−ＨＦＰ（アルケマ社製「カイナー＃２８０１」）０．０４ｇ及びＥＭＩＴＦＳＩ  ０．３ｇを取り、乳鉢によりすりつぶして塊状の電極材料とした。
（２）得られた塊状の電極材料を、ＰＥＴフィルムに挟み、１３０℃で熱プレスすることで炭素電極フィルムを得た。
（３）続いて高分子固体電解質（Ｅ−１）の膜（膜厚  約１００μｍ）の両側を（２）で得られた炭素電極フィルム（ＰＥＴフィルムを外したもの）で挟み、１０５℃で熱プレスすることで炭素電極フィルム−高分子固体電解質−炭素電極フィルムの構成で積層されたアクチュエータを得た。
（４）このアクチュエータから、幅５ｍｍ、長さ１５ｍｍに切り出し、両側の電極が接触していないことをテスターで確認した。
（５）このアクチュエータについて、動作試験を行った。【００８０】
実施例２
アクチュエータの製造及び性能試験
高分子固体電解質を（Ｅ−２）とした以外は、実施例１と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８１】
実施例３
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭を、アルカリ賦活炭（Ｂ）（Ｉｐ／Ｉｏ比＝０．０１、表面総官能基量＝１．１３ｍｅｑ／ｇ、ＢＥＴ比表面積＝３３１７ｍ２／ｇ、ミクロ孔総容積／メソ孔総容積比＝４．２、平均粒径＝１４μｍ）とした以外は、実施例１と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８２】
実施例４
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭をアルカリ賦活炭（Ｂ）とした以外は、実施例２と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８３】
実施例５
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭を、特開２００４−３１１７９０号公報の実施例３と同様の方法で調製したアルカリ賦活炭（Ｃ）（Ｉｐ／Ｉｏ比＝０．６４、表面総官能基量＝０．９３ｍｅｑ／ｇ、ＢＥＴ比表面積＝９８０ｍ２／ｇ、ミクロ孔総容積／メソ孔総容積比＝６．４、平均粒径＝１０μｍ）とした以外は、実施例１と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８４】
実施例６
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭を、特開２００４−３１１７９０号公報の実施例３と同様の方法で調製したアルカリ賦活炭（Ｃ）とした以外は、実施例２と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８５】
比較例１
電極の製造、及びアクチュエータの製造及び性能試験    
活性炭を（クラレケミカル社製ガス賦活炭「ＹＰ１７Ｄ」、Ｉｐ／Ｉｏ比＝０．１９、表面総官能基量＝０．３５ｍｅｑ／ｇ、ＢＥＴ比表面積＝１７６０ｍ２／ｇ、ミクロ孔総容積／メソ孔総容積比＝６．１、平均粒径＝６μｍ）とした以外は、実施例１と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８６】
比較例２
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭を（クラレケミカル社製ガス賦活炭「ＹＰ１７Ｄ」）とした以外は、実施例２と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８７】
比較例３
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭をガス賦活炭（Ｅ）（Ｉｐ／Ｉｏ比＝０．１１、表面総官能基量＝０．３８ｍｅｑ／ｇ、ＢＥＴ比表面積＝１９９４ｍ２／ｇ、ミクロ孔総容積／メソ孔総容積比＝２．３、平均粒径＝９μｍ）とした以外は、実施例１と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８８】
比較例４
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭をガス賦活炭（Ｅ）とした以外は、実施例２と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００８９】
比較例５
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭、アセチレンブラックの代わりにカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｌｅｘ社製ＡＰグレード。Ｉｐ／Ｉｏ比＝０．８３、表面総官能基量＝０．０２ｍｅｑ／ｇ、ＢＥＴ比表面積＝２７０ｍ２／ｇ、ミクロ孔総容積／メソ孔総容積比＝０．４８）を用いた以外は、実施例１と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００９０】
比較例６
アクチュエータの製造及び性能試験
活性炭、アセチレンブラックの代わりにカーボンナノチューブ（Carbolex社製APグレード）を用いた以外は、実施例２と同様にしてアクチュエータを作製し、動作試験を行った。【００９１】
実施例１〜６及び比較例１〜６のアクチュエータについて、動作試験を行った結果を表２に示す。【００９２】
【表２】
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【００９３】
以上の結果から、本発明のアクチュエータは、ガス賦活された活性炭又はカーボンナノチューブを電極の活物質として使用した場合に比べて、変位量に加えて発生応力が向上し、アクチュエータとして有用に利用できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】アクチュエータ動作試験で用いた装置の概略図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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