(57)【要約】【課題】  優れたエネルギー効率を示す高分子アクチュエータ及びその駆動方法を提供する。【解決手段】  導電性高分子及びドーパントを含有する第一の導電体1aと、第二の導電体1bと、第一及び第二の導電体1a，1bに接触したイオン供給体２と、第一及び第二の導電体1a，1bに電圧を印加する回路４と、第一及び第二の導電体1a，1b間で電流を短絡させる回路５とを具備することを特徴とする高分子アクチュエータ。【選択図】  図１
2006246659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性高分子及びドーパントを含有する第一の導電体と、第二の導電体と、前記第一及び第二の導電体に接触したイオン供給体と、前記第一及び第二の導電体に電圧を印加する回路と、前記第一及び第二の導電体間で電流を短絡させる回路とを具備することを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の高分子アクチュエータにおいて、前記第二の導電体が酸化還元能を有する化合物からなることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高分子アクチュエータにおいて、前記第二の導電体が導電性高分子及びドーパントからなることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記導電性高分子がポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記イオン供給体が溶液、ゾル、ゲル又はこれらの組合せであることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記第一及び第二の導電体が膜状であり、前記第一の導電体と前記第二の導電体との間に固体及び／又はゲル状のイオン供給体が挟まれていることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記第一及び第二の導電体の少なくとも一方が、導電性高分子及びドーパントを含有する導電性粉末からなる圧粉体であることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記イオン供給体が入れられた一対のセルを具備し、前記第一の導電体と第二の導電体とが各セルに収容されており、各セルに入れられた前記イオン供給体が電気的に接続されていることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の高分子アクチュエータを駆動させる方法であって、前記電圧を印加する回路によって、前記第一及び第二の導電体の一方が正極で他方が負極となるように電圧を印加し、前記短絡させる回路によって両導電体間に電流を短絡させた後、前記第一及び第二の導電体に逆向きに電圧を印加することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れたエネルギー効率を有する高分子アクチュエータ及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性高分子ゲルを用いたゲルアクチュエータ、導電性高分子膜を用いた高分子膜アクチュエータ等の高分子アクチュエータは、小型軽量化が可能であるため、近年、注目を集めている。導電性高分子膜アクチュエータの例として、導電性高分子膜とその表面に接合した金属電極とからなるものが挙げられる。金属電極は化学めっき、電気めっき、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着等の方法によって導電性高分子膜の表面に形成される。導電性高分子膜と金属電極の接合体を含水状態にして電位差をかけると、導電性高分子膜に湾曲及び変形が生じるので、これを駆動力として利用することができる。
【０００３】
特開2004-197069号（特許文献１）には、作動部、対極及び電解質を含むアクチュエータであって、作動部が所定の電解重合法により製造された導電性高分子からなるものが記載されている。このアクチュエータに通電すると、作動部が電気化学的酸化還元によって伸縮する。しかし、実施例に記載のような白金プレートを対極としたアクチュエータは、通電時に水素を発生してしまうため、危険を伴う上、密封容器内に収容することはできないという問題がある。
【０００４】
特開2004-350495号（特許文献２）には、対向する一対の導電性高分子層を具備するアクチュエータが記載されている。両導電性高分子層間に電圧を印加すると一方は伸長し、他方は収縮するので、このアクチュエータは屈曲運動を生じる。このアクチュエータは白金電極を対極としたものではないので、通電時に水素を発生するおそれがない。しかしながら、このアクチュエータを駆動させるには大きな印加電圧を要する。つまり、このアクチュエータは良好なエネルギー効率を示すものではないという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開2004-197069号公報
【特許文献２】特開2004-350495号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、優れたエネルギー効率を示す高分子アクチュエータ及びその駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、高分子アクチュエータを一方向に駆動させた後、逆向きに通電して逆向きの駆動をさせる前に、電極間で電流を短絡させることにより、高分子アクチュエータのエネルギー効率を向上させることができることを発見し、本発明に想到した。
【０００８】
すなわち本発明の高分子アクチュエータは、導電性高分子及びドーパントを含有する第一の導電体と、第二の導電体と、前記第一及び第二の導電体に接触したイオン供給体と、前記第一及び第二の導電体に電圧を印加する回路と、前記第一及び第二の導電体間で電流を短絡させる回路とを具備することを特徴とする。
【０００９】
前記第二の導電体は、酸化還元能を有する化合物からなるのが好ましく、導電性高分子及びドーパントからなるのがより好ましい。
【００１０】
第一の導電体、又は第一及び第二の導電体に含まれる導電性高分子は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。イオン供給体は溶液、ゾル、ゲル又はこれらの組合せであるのが好ましい。
【００１１】
導電体は膜状であっても良いし、導電性高分子及びドーパントを含有する導電性粉末からなる圧粉体であっても良い。また(a) 第一の導電体と第二の導電体との間に固体又はゲル状のイオン供給体が挟まれていても良いし、(b) 溶液、ゾル等の流動性のイオン供給体に、両導電体が浸漬されていても良い。
【００１２】
第一の導電体と第二の導電体とは一つのセル内に収容されていても良いし、別々のセルに収容されていても良い。別々のセルに収容されている場合、各セルにイオン供給体が入れられ、両イオン供給体が電気的に接続されている必要がある。
【００１３】
本発明の高分子アクチュエータの駆動方法は、前記電圧を印加する回路によって、前記第一及び第二の導電体の一方が正極で他方が負極となるように電圧を印加し、前記短絡させる回路によって両導電体間に電流を短絡させた後、前記第一及び第二の導電体に逆向きに電圧を印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高分子アクチュエータは、駆動によって蓄電した導電体を放電させるための短絡回路を有する。したがって、逆方向の駆動をする際に、蓄電状態の導電体に逆向きの電圧を印加する必要が無いので、良好なエネルギー効率を示す。また好ましい高分子アクチュエータは、対極に導電性高分子及びドーパントからなる導電体又は酸化還元能を有する化合物からなる電極を有する。したがって、金属電極を有する高分子アクチュエータのように、駆動時に対極上で水素や酸素が発生して、電気エネルギーの一部が化学エネルギーとして消費されてエネルギー効率の低下を招くことがない。また気体を発生しないため、危険性がない上、密封容器に収容することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の高分子アクチュエータの一例を示す。図１に示す高分子アクチュエータは、セル３内に長手方向に並設された第一及び第二の導電性膜1a，1bと、導電性膜1a，1bの間に挟まれたイオン供給体２と、導電性膜1a，1bに接続された回路４と、回路４の途中に設けられた短絡回路５とを有する。
【００１６】
第一及び第二の導電性膜1a，1bの固定端部には、回路４の両端がそれぞれ接続されている。可動端側には、それぞれ駆動部材6a，6bが取り付けられている。駆動部材6a，6bは、セル３の開口部31，31を貫通しており、開口部31，31に設けられたベアリングにより移動自在に支持されている。通電により導電性膜1a，1bが伸縮されると、駆動部材6a，6bも同様に駆動される。従って、駆動部材6a，6bの一端を駆動部とすることができる。
【００１７】
第一及び第二の導電性膜1a，1bは酸化されると伸長し、還元されると収縮する。なお導電性膜1a，1bの収縮の仕方は、導電性高分子やイオン供給体２の種類、及びこれらの組合わせによって変わることがある。つまり導電性膜1a，1bに含まれる導電性高分子の種類やイオン供給体２中の電解質の種類によっては、導電性膜1a，1bが還元されると伸長し、酸化されると収縮する場合もある。
【００１８】
導電性膜1a，1bの厚さは、0.1μm〜１mm程度であるのが好ましい。0.1μm未満であると、高分子アクチュエータの駆動力が小さすぎる。１mm超の膜は作製に非常に時間がかかる上、均一に成膜し難過ぎる。導電性膜1a，1bは導電性高分子及びドーパントを含有する。導電性高分子は共役構造を有するのが好ましい。具体的にはポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種であるのが好ましく、ポリピロールであるのがより好ましい。
【００１９】
ドーパントはp型でもn型でも良く、一般的なものを使用することができる。p型ドーパントとしてはCl2、Br2、I2、ICl、ICl3、IBr、IF3等のハロゲンや、PF5、PF6、BF4、
AsF5、SbF5等のルイス酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、有機酸（p-トルエンスルホン酸等）、及び三塩化鉄、四塩化チタン、硫酸鉄、硝酸鉄、過塩素酸鉄、リン酸鉄、スルホン酸鉄、臭化鉄、水酸化鉄、硝酸銅、硫酸銅、塩化銅等の遷移金属塩が挙げられる。n型ドーパントとしてはLi、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属や、Be、Mg、Ca、Sc、Ba、Ag、Eu、Yb等のアルカリ土類金属が挙げられる。
【００２０】
膜状の導電性高分子は電解重合によって作製することができる。導電性高分子のモノマーとドーパントとを含む電解液に板状の電極を浸漬し、電圧を印加することによって、電極上にドーパントを含有する導電性高分子膜を形成させることができる。電解重合法は特に限定されず、定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれに依ってもよい。使用する電極も特に限定されず、Pt電極、Ti電極、Ni電極等、一般的なものでよい。
【００２１】
イオン供給体２は電解質板21と、潤滑性電解質層22とからなる。電解質板21の両面に潤滑性電解質層22が設けられており、潤滑性電解質層22に導電性膜1a，1bが接触している。電解質板21上に潤滑性電解質層22を介して導電性膜1a，1bが設けられているために、導電性膜1a，1bは、大きな摩擦を生じることなく電解質板21に沿って伸縮することができる。
【００２２】
電解質板21の厚さは0.1μm〜100 mmであるのが好ましい。100 mm超であると、抵抗が大き過ぎて、印加すべき電圧が大き過ぎる。0.1μm未満であると、電流が短絡し易すぎる。潤滑性電解質層22は、駆動時に生じる摩擦が大き過ぎない程度に設けられていればよい。具体的には、厚さ10 nm〜１μmであるのが好ましい。
【００２３】
電解質板21及び潤滑性電解質層22は、電解質及び／又は高分子を含有する。電解質としては塩化ナトリウム、NaPF6、p-トルエンスルホン酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム等が挙げられる。好ましい高分子の例として、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸等が挙げられる。電解質板21は固体又はゲル状であり、潤滑性電解質層22はゲル状、ゾル状又はこれらの組合せである。好ましいゲル電解質の例として、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、寒天にスルホン酸塩等の塩を分散させたものが挙げられる。
【００２４】
回路４は、並列に設けられた第一及び第二のスイッチ4a，4bを有する。第一のスイッチ4aは外部電極７の正極と回路４とを接続するものであり、第二のスイッチ4bは負極と回路４とを接続するものである。第一及び第二の導電性膜1a，1bのいずれを正極にするかは、スイッチ4a，4bによって適宜設定できる。
【００２５】
短絡回路５は、第一及び第二のスイッチ4a，4bに並列に設けられている。スイッチ4a，4bを開いた状態で短絡回路５のスイッチ50を閉じると、第一の導電性膜1aと第二の導電性膜1bとは電気的に直接繋がる。
【００２６】
図２(a)は、回路４を閉じた高分子アクチュエータを示す。図中の細い矢印は、電流の流れを表す。図２(a) に示すように、第一のスイッチ4aを第一の導電性膜1a側に接続し、第二のスイッチ4bを第二の導電性膜1b側に接続すると、第一の導電性膜1aは酸化され、イオン供給体２を取り込んで伸長する。一方、第二の導電性膜1bは還元され、イオン供給体２を放出して収縮する。第一の導電性膜1aの伸長によって駆動部材6aは図中右側に移動し、第二の導電性膜1bの収縮によって駆動部材6bは図中左側に移動する。この間に、導電性膜1a，1bには電荷が蓄えられ、コンデンサー（二次電池）の状態になる。
【００２７】
図２(b) に示すように、スイッチ4a，4bを開いて短絡回路５のスイッチ50を閉じると、第二の導電性膜1bに溜まった電荷が短絡回路５を通って第一の導電性膜1aに流れる。このように電流が短絡することによって、両導電性膜1a，1bが電気的に中和される。中和によって、第一の導電性膜1aが収縮するとともに、第二の導電性膜1bは伸長し、導電性膜1a，1bはほぼ元の長さに戻る。
【００２８】
電流の短絡によって両導電性膜1a，1bを中和した後で、外部電極７によって逆向きに通電する。図２(c) に示すように、第二のスイッチ4bを第一の導電性膜1a側に接続し、第一のスイッチ4aを第二の導電性膜1b側に接続すると、第一の導電性膜1aは収縮し、第二の導電性膜1bは伸長する。図１及び２に示す高分子アクチュエータのように、両極が導電性膜からなる場合、通電時に両極で起こる反応は導電性高分子の酸化還元反応である。したがって、水素や酸素等を発生しないので、与えた電気エネルギーが化学エネルギーとして消費されず、良好なエネルギー効率を示す。
【００２９】
図３は、本発明の高分子アクチュエータの別の例を示す。図３に示す高分子アクチュエータは、第一及び第二の導電性膜1a，1bが流動性イオン供給体20に浸漬されている以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。
【００３０】
第一及び第二の導電性膜1a，1bはセル３の長手方向に、平行に支持されている。導電性膜1a，1bは導電性高分子、ドーパント及び弾性体からなる複合体であるのが好ましい。高分子と弾性体からなる複合体は大きな機械的強度を示すので、導電性膜1a，1bの伸長時に、駆動部材6a，6bに駆動力を伝え易い。弾性体の例としては、膜状又は網状のゴム、形状記憶合金等からなるバネが挙げられる。例えばゴムに導電性膜を巻きつけたり、金属製のバネを電極としてモノマーを電解重合させたりすることによって、弾性体と導電性高分子との複合体を作製可能である。
【００３１】
イオン供給体20は、導電性膜1a，1bの伸張及び収縮を妨げない程度の流動性を有する必要がある。流動性イオン供給体20は溶液、ゾル、ゲル、溶液とゾルの混合物、ゾルとゲルの混合物、又は溶液とゾルの混合物であるのが好ましい。イオン供給体20がゾル又はゲル若しくはこれらの混合物であると、液漏れのおそれが無いので好ましい。イオン供給体20が含有する溶媒及び／又は分散媒は、水、極性有機溶剤又はイオン性液体であるのが好ましい。溶媒及び／又は分散媒が水、極性有機溶剤又はイオン性液体であると、イオン供給体20は大きな導電性を示す。溶媒が水の場合、電解質水溶液の濃度は0.01〜５mol/L程度であるのが好ましい。
【００３２】
図４は、図３に示す高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流と、導電性膜1a，1bの伸縮を概略的に示す。イオン供給体20には参照電極Rが浸漬されている。参照電極Rは銀／塩化銀電極等、一般的なものを使用することができる。電圧計A及び電流計Vは、外部電極７によって印加された電圧及び電流を測定するように接続されている。導電性膜1a，1bに通電していない状態（区間I）では、電圧値は自然電位を示す。導電性膜1a，1bの長さは、自然長である。
【００３３】
第一の導電性膜1aが正極になって第二の導電性膜1bが負極とようにスイッチ4a，4bを入れると、回路４及び導電性膜1a，1bを通ってイオン供給体20に電流が流れる（区間II）。通電した直後に、電流値は大きな値を示すものの、すぐに減少する。これは第一の導電性膜1aに電荷が蓄積し、充電量が飽和に達したためであると考えられる。
【００３４】
導電性膜1a，1bが蓄電した状態で、スイッチ4a，4bを開くとともに短絡回路５を閉じると、導電性膜1a，1bに溜められた電荷が短絡回路５を流れる（区間III）。電流の短絡によって導電性膜1a，1bは電気的に中性になり、イオン供給体20を吸収又は放出して元の長さに戻る。
【００３５】
第一の導電性膜1aが負極になって、第二の導電性膜1bが正極とようにスイッチ4a，4bを入れると、区間IIとは逆向きの電流が回路４を通ってイオン供給体２に流れる（区間IV）。この間に第一の導電性膜1aは還元されて収縮し、第二の導電性膜1bは酸化されて伸長する。スイッチ4a，4bを切って短絡回路５のスイッチ50を入れると、導電性膜1a，1bに溜まった電荷が短絡し、導電性膜1a，1bは再び元の長さに戻る（区間V）。このように、逆向きの電圧を印加する前に、短絡回路５によって蓄電した導電性膜1a，1bを予め放電させておくことによって、無駄な電力消費を避け、高分子アクチュエータを効率的に駆動させることができる。
【００３６】
図５は、本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す。図５に示す高分子アクチュエータは、第二の導電性膜1bの代わりに金属電極71を有している以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。金属電極71は電解質板21に接触している。外部電極７を回路４に繋ぐと、第一の導電性膜1aと金属電極71との間に電流が流れる。金属電極71はとしては特に限定されず、白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス、カーボン等、一般的な電極材料からなるものを使用することができる。
【００３７】
図６は、図５に示す高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流と、導電性膜1aの伸縮との関係を概略的に示す。導電性膜1aと金属電極71との間に通電していない状態（区間I）では、導電性膜1aは自然長である。第一の導電性膜1aを正極とし、金属電極71を負極とするようにスイッチ4a，4bを入れると、回路４に電流が流れ（区間II）、第一の導電性膜1aが酸化されて伸長する。この間に導電性膜1aには、電荷が溜まる。金属電極71側では、還元反応が起こる。
【００３８】
導電性膜1a及び金属電極71に蓄電した状態で回路４を開くとともに短絡回路５を閉じると、電荷が短絡回路５を流れる（区間III）。電流の短絡によって導電性膜1a及び金属電極71には電気的に中性になり、導電性膜1aはほぼ元の長さに戻る。放電後に、第一の導電性膜1aを負極とし、金属電極71を正極とするようにスイッチ4a，4bを入れると、区間IIとは逆向きの電流が回路４に流れる（区間IV）。この間に第一の導電性膜1aは還元されて収縮する。
【００３９】
図７は、本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す。図７に示す高分子アクチュエータは、導電性粉末からなる圧粉体11を含む導電性積層体10a，10bを有し、セル内に流動性イオン供給体20が充填されている以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。
【００４０】
積層電極12、圧粉体11及び多孔質スペーサ13がこの順に３組み積層され、固定端側にさらに多孔質スペーサ13が重ねられて導電性積層体10a，10bを形成している。図７に示す例では、積層電極12及び圧粉体11が３組み重ねられているが、本発明はこれに限定されるものではない。積層電極12及び圧粉体11が２組積層されていても良いし、４組以上積層されていても良い。積層電極12と圧粉体11の固定端部、圧粉体11の駆動端と多孔質スペーサ13、及び多孔質スペーサ13と積層電極12は接着されている。
【００４１】
圧粉体11は板状であるのが好ましく、厚さ0.1〜20 mmであるのが好ましい。厚さ0.1 mm未満であると、割れ易く取扱いが難しすぎるので好ましくない。厚さ20 mm超であると、イオン供給体２から電解質等を吸収及び放出するのが遅過ぎて、圧粉体11の応答性が悪化し過ぎる。圧粉体11は円板状でもよいし、角板状でもよい。
【００４２】
圧粉体11は、導電性粉末を圧縮することにより形成される。例えば錠剤用製錠器に導電性粉末を入れた後、製錠器内を減圧し、700〜900 MPaで３〜10分程度加圧することにより作製できる。導電性粉末を圧粉体にすることにより、通電した時に起こる導電性粉末の膨張及び収縮をアクチュエータの変位として利用可能になる。導電性粉末の電気抵抗は、10-4Ω〜１MΩであるのが好ましい。本明細書中、導電性粉末の電気抵抗は、電極間隔1.5 mmの４端子法によって測定した値とする。電気抵抗が１MΩ超であると、導電性が小さすぎてアクチュエータの効率が悪すぎる。電気抵抗が10-4Ω未満のものは作製困難である。
【００４３】
導電性粉末は導電性高分子及びドーパントを含有する。好ましい導電性高分子及びドーパントの例は、上述の導電性膜1a，1bと同じである。導電性粉末中の導電性高分子の含有量は１〜99.9質量％であるのが好ましく、30〜70質量％であるのがより好ましい。導電性高分子が１質量％未満であると、導電性粉末が吸収及び放出する電解質や水の量が少な過ぎて、高分子アクチュエータの変位量が小さ過ぎる。99.9質量％超であると、金属塩の含有量が少な過ぎるために導電性が小さ過ぎる。導電性高分子の平均粒径は10 nm〜１mmであるのが好ましい。平均粒径１mm超であると、導電性高分子が電解液５に接触している面積が小さすぎるため、高分子アクチュエータの応答性が低過ぎるので好ましくない。平均粒径10 nm未満のものは、作製及び取扱いが困難である。
【００４４】
導電性粉末は導電性高分子及びドーパントの外に、金属、金属塩及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有するのが好ましい。金属、金属塩及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有することにより、導電性粉末の導電性が向上する。金属としては鉄、銅、ニッケル、チタン、亜鉛、クロム、アルミニウム、コバルト、金、白金、銀、マンガン、タングステン、パラジウム、ルテニウム、ジルコニウム等が好ましい。金属塩としては、三塩化鉄、塩化銅等が挙げられる。
【００４５】
導電性高分子、ドーパント及び金属塩を含有する場合を例にとって、導電性粉末を作製する方法を説明する。粉末状の導電性高分子は、酸化重合により効率的に合成することができる。ドーパント及び金属塩を含む水溶液中にモノマーを滴下して撹拌することにより、モノマーがドーパント及び金属塩を取り込みながら重合する。これにより、導電性高分子中にドーパント及び金属塩を含有する導電性粉末を作製することができる。塩化銅、三塩化鉄等の金属塩は酸化重合触媒としても機能する。金属塩／モノマーのモル比が10／1〜1／100程度となるように、水溶液、極性有機溶液又はイオン性溶液中に金属塩を溶解しておくのが好ましい。
【００４６】
積層電極12の厚さは0.1μm〜10 mm程度である。積層電極12は接着剤で圧粉体11に接合されても良いし、化学めっき、電気めっき、真空蒸着等によって圧粉体11上に形成されても良い。圧粉体11上に積層電極12を形成する方法としては、化学めっき、電気めっき、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着等が挙げられる。積層電極12は白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス、カーボンからなるのが好ましい。
【００４７】
駆動端側の多孔質スペーサ13には、可動板61a，61bと、可動板61a，61bに垂直に接続された駆動バー62a，62bとからなる駆動部材6a，6bが取り付けられている。流動性イオン供給体20が開口部31，31から漏出しないように、開口部31，31はシールされている。イオン供給体20は圧粉体11の伸張及び収縮を妨げない程度の流動性を有する必要がある。流動性イオン供給体20の好ましい例は、図３に示す例と同じである。
【００４８】
圧粉体11は酸化されるとイオン供給体20を吸収して膨らみ、還元されるとイオン供給体20を放出して縮むので、外部電極７によって電圧を印加することによって導電性積層体10a，10bを伸縮させ、駆動部材6a，6bを左右に変位させることができる。
【００４９】
図８に示す高分子アクチュエータは一対のセル３，３を有し、一方のセル３に第一の導電性膜1aが収容され、他方のセル３に第二の導電性膜1bが収容されている以外、図１及び２に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。
【００５０】
セル３，３にはそれぞれ電解質板21，21が収容されており、各電解質板21，21の一面に潤滑性電解質層22，22を介して第一の導電性膜1a及び第二の導電性膜1bがそれぞれ設けられている。電解質板21，21は塩橋23によって接続されている。塩橋23は柔軟性を有するのが好ましい。
【００５１】
図９に示す高分子アクチュエータは、一対のセル３，３にそれぞれ導電性積層体10a，10bがそれぞれ収容されている以外、図８に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。導電性積層体10a，10bは、図７に示す高分子アクチュエータと同じでよい。セル３，３内には、それぞれ流動性イオン供給体20，20が入れられている。イオン供給体20，20は塩橋23によって接続されている。
【００５２】
図10に示す高分子アクチュエータは、電解質板21，21に接触するように設けられたレドックス電極72，72を有する以外、図８に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。レドックス電極72，72は、導電性膜1a，1bとは反対側の面に設けられている。レドックス電極72，72は導線24で接続されている。
【００５３】
レドックス電極72，72は酸化還元能を有する電極であれば良いので、高分子化合物からなっても良いし、低分子化合物からなっても良い。酸化還元能を有する高分子化合物の例としてポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン及びこれらの誘導体が挙げられる。無機化合物の例としては鉄、ニッケル、コバルト、ルテニウム、金等の遷移金属元素のシアノ錯体やエチレンジアミン四酢酸錯体、クロロ錯体、及び沃素や臭素等のハロゲンが挙げられる。有機化合物の例としては、ビヨローゲン類、ポルフィリン類、フタロシアニン類、キノン類、チオレート化合物が挙げられる。
【００５４】
図11に示す高分子アクチュエータは、一対のセル３，３にそれぞれレドックス電極72，72が収容されている以外、図９に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。レドックス電極72，72は、セル３，３に入れられたイオン供給体20，20に浸漬されている。レドックス電極72，72の例は、図10に示す高分子アクチュエータと同じである。
【００５５】
図12は、本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す。図12に示す高分子アクチュエータは、セル３，３内にそれぞれ第一及び第二の導電性膜1a，1bが長手方向に設けられており、セル３，３内に流動性のイオン供給体20が充填されている以外、図10に示す高分子アクチュエータとほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。
【００５６】
第一及び第二の導電性膜1a，1bの固定端部は、セル３，３の内面に接着されている。第一及び第二の導電性膜1a，1bの可動端部には、駆動部材6a，6bの可動板61a，61bが取り付けられている。可動板61a，61bとセル３，３の内壁との間に弾性体8a，8bが張設されており、第一及び第二の導電性膜1a，1bは弾性体８，８によって引っ張られた状態になっている。図12に示すように、通電していない状態では、可動板61a，61bは第一及び第二の導電性膜1a，1bと弾性体8a，8bとの弾性力がつりあう位置で静止している。弾性体8a，8bの好ましい例として、ひも状、膜状又は網状のゴム、形状記憶合金からなるバネ、形状記憶合金以外の金属からなるバネが挙げられる。
【００５７】
図13(a) に示すように、第一の導電性膜1aが正極となるように電圧を印加すると、第一の導電性膜1aは酸化されて伸長するので、弾性体8aの弾性力によって可動板61aは図中右側へ移動する。一方、第二の導電性膜1bは還元されて、弾性体8bに逆らって収縮する。そのため可動板61bは、図中左側に移動する。スイッチ4a，4bを開いて短絡回路５のスイッチ50を閉じると、可動板61a，61bは、導電性膜1a，1b及び弾性体8a，8bの弾性力がつりあう位置に戻る（図13(b) ）。次いで逆向きに通電すると、図13(c) に示すように、第一の導電性膜1aが還元されて収縮して可動板61aは左側へ移動し、第二の導電性膜1bが伸長され、可動板61bは右側へ移動する。
【実施例】
【００５８】
本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００５９】
実施例１
電解重合によって、ドーパントとしてBF4-を含有するポリピロール膜（膜厚20μm）を得た。このポリピロール膜を第一の導電性膜1a及び第二の導電性膜1b（長さ10 mm、幅５mm）とし、イオン供給体20として1.0 M のNaPF6水溶液を用いて、図３に示す高分子アクチュエータを組立てた。この時、導電性膜1a，1bにかかる負荷（外部負荷）は、それぞれ５gであった。参照電極Rとしては、銀電極を用いた。表１に示すように外部電極７から電圧を印加し、回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。印加電圧は、第一の導電性膜1aの変位量がほぼ最大に達したところで、切り替えた。結果を表１及び図14に示す。なお図14中の変位量は、第一の導電性膜1aに接続された駆動部材6aの変位量を示す。
【００６０】
【表１】
2006246659.tif 000003
【数１】
2006246659.tif 000004
【００６１】
実施例２
第二の導電性膜1bの代わりに白金電極を用いた以外、実施例１と同様にして高分子アクチュエータを組み立て、電圧を印加して回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。結果を表１及び図15に示す。図15中の変位量は、第一の導電性膜1aの伸縮量を示す。
【００６２】
比較例１
実施例１と同じ高分子アクチュエータを用い、表１に示すように、短絡工程を経ないように電圧を印加して、回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。結果を表１及び図16に示す。
【００６３】
比較例２
実施例２と同じ高分子アクチュエータを用い、表１に示すように、短絡工程を経ないように電圧を印加して、回路４の電流値及び電圧値、並びに第一の導電性膜1aの伸縮量を測定した。結果を表１及び図17に示す。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の高分子アクチュエータの一例を示す断面図である。
【図２】高分子アクチュエータの変位を示す断面図であり、(a) は第一の導電性膜が正極となるように通電した状態を示し、(b) は放電した状態を示し、(c) 第一の導電成膜が負極となるように通電した状態を示す。
【図３】本発明の高分子アクチュエータの別の例を示す断面図である。
【図４】印加電圧の変化に対する電流変化を示すグラフと、高分子アクチュエータの変位を示すフロー図である。
【図５】本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す断面図である。
【図６】印加電圧の変化に対する電流変化を示すグラフと、高分子アクチュエータの変位を示すフロー図である。
【図７】本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す断面図である。
【図８】本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す断面図である。
【図９】本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の高分子アクチュエータのさらに別の例を示す断面図である。
【図１３】高分子アクチュエータの変位を示す断面図であり、(a) は第一の導電性膜が正極となるように通電した状態を示し、(b) は放電した状態を示し、(c) 第一の導電成膜が負極となるように通電した状態を示す。
【図１４】実施例１の高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流値及び変位量を示すグラフである。
【図１５】実施例２の高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流値及び変位量を示すグラフである。
【図１６】比較例１の高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流値及び変位量を示すグラフである。
【図１７】比較例２の高分子アクチュエータにおける印加電圧に対する電流値及び変位量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
1a，1b・・・導電性膜
２・・・イオン供給体
20・・・流動性イオン供給体
21・・・電解質板
22・・・潤滑性電解質層
23・・・塩橋
24・・・導線
３・・・セル
４・・・回路
５・・・短絡回路
6a，6b・・・駆動部材
61a，61b・・・可動板
72・・・レドックス電極
8a，8b・・・弾性体
10a，10b・・・導電性積層体
11・・・圧粉体
12・・・積層電極
13・・・多孔質スペーサ
【図１】
2006246659.tif 000005
【図２】
2006246659.tif 000006
【図３】
2006246659.tif 000007
【図４】
2006246659.tif 000008
【図５】
2006246659.tif 000009
【図６】
2006246659.tif 000010
【図７】
2006246659.tif 000011
【図８】
2006246659.tif 000012
【図９】
2006246659.tif 000013
【図１０】
2006246659.tif 000014
【図１１】
2006246659.tif 000015
【図１２】
2006246659.tif 000016
【図１３】
2006246659.tif 000017
【図１４】
2006246659.tif 000018
【図１５】
2006246659.tif 000019
【図１６】
2006246659.tif 000020
【図１７】
2006246659.tif 000021