(57)【要約】  第１導電性高分子膜（２ａ）と板状の第１多孔質部材（３ａ）と第２導電性高分子膜（２ｂ）と板状の第２多孔質部材（３ｂ）とが積層され、かつ、隣接する部材間でいずれかの一方の端部同士が接続されてジクザク状に構成され、第１及び第２多孔質部材は、多孔質部材内にイオン液体が注入して電解質托体層を兼ねて、膨張と収縮の両方で常時テンションを維持して動作でき、収縮及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜とが同じ長さであり、
上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材とが同じ長さであり、
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜との長さは、上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材との長さより短い、請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、請求項１又は２に記載の平板型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項６】
上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さで構成している請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
隣接する少なくとも二つ以上の上記平板型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層により変位を拡大できる平板積層型導電性高分子アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少子高齢化のような社会背景に伴い、家庭用ロボット等の人の近傍にて動作する、或いは、人と協調して作業をする機械に対するニーズは高まっている。その際、複雑な作業へのしなやかな動き、及び、人との衝突時の安全性といった観点から、人間の筋肉のような柔軟な特性を有する人工筋肉アクチュエータへの期待が高まっている。人工筋肉アクチュエータとしては空圧を使用したもの等、種々の材料又は制御方式が提案されている。その中の一つとして近年、導電性高分子を用いたアクチュエータが考案されている。【０００３】
従来の導電性高分子を用いたアクチュエータの一例としては、バイモルフ型の変形を利用しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、上記特許文献１に記載された従来の導電性高分子アクチュエータを示すものである。図１０Ａにおいて、導電性高分子膜であるポリアニリン膜体５０ａ、５０ｂにより固体電解質成形体５１を挟み込む構成となっている。スイッチ５２をオンすることで、電源５３において設定された電位差がポリアニリン膜体５０ａ、５０ｂ間に与えられ、図１０Ｂに示されるように、一方のポリアニリン膜体５０ｂには陰イオン５４が挿入されて伸長し、他方のポリアニリン膜体５０ａからは陰イオン５４が離脱して収縮し、結果としてバイモルフ型の変形が発生するようになる。電位差が逆の場合には、図１０Ｃに示すように、図１０Ｂとは逆方向に変形する。【０００５】
この構成では、電極として作用する二つの導電性高分子膜５０ａ，５０ｂの変位量の差により変形を発生させているが、一方で、電解質托体層を液体もしくはゲル状の物質とすることで、両電極の影響がお互いに影響しないようにし、片方の導電性高分子の変位のみを取り出して伸縮変形を行うアクチュエータとする構成も知られている。この場合、変形に利用しない電極については、導電性高分子である必要はなく、主に金属電極が用いられているが、金属電極上に導電性高分子を設けることも可能である。【０００６】
このような導電性高分子アクチュエータは、１．５Ｖ〜３．０Ｖの比較的低電圧で筋肉に匹敵するような応力を発生することから、人工筋肉としての実用化が期待されている。【０００７】
なお、液体もしくはゲル状の電解質托体層としては、室温で溶融している塩として定義されるイオン液体が使用される。イオン液体は新たな機能性液体として注目されているが、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム又はビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが知られており、陽イオンと陰イオンの電荷が非局在化することで両者間のクーロン力が小さく、室温で液体であり得る。蒸気圧が低く蒸発損失がほとんど無く、難燃性であり、熱及び酸化安定性に優れるものが多く、潤滑性能も高い。このイオン液体を絶縁シートに塗布する、或いは、イオン液体自身をゲル化することで、電解質托体層を形成させる。【０００８】
また、導電性高分子が膜状であることから、導電性高分子膜を筒形状に構成することで導電性高分子膜の座屈を防止し、剛性を持たせることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図１１Ａに示すように、伸長と収縮の２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂを円周方向に交互に並べて、各々がクロスするように、内側筒状部材６１ａと外側筒状部材６１ｂの端部に連結させることにより、２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの導電性高分子膜の一方の導電性高分子膜の伸長時に片方の導電性高分子膜が負荷を負担することで、剛性を持たせている。図１１Ｂには、円周方向の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの配置の一例を示している。さらに、図１１Ｃに示すように、この筒状部材を導電性高分子６２ａ及び６２ｂで構成して、変位量を増大させる方法も示されている。【０００９】
さらに、図１２に示すように、導電性高分子膜７０ａ及び７０ｂをクロスして積層した構成において、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するリンク機構７１により接続することで、予圧を与える必要なく、伸長方向の駆動力と、収縮方向の剛性を持つアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。【００１０】
さらに、図１３Ａ〜図１３Ｂに示すように、伸長と収縮の両方で、伸長方向及び収縮方向の剛性を維持して変位量を拡大できる圧電アクチュエータが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１６９３９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５３９６号公報
【特許文献３】特許第３８１７２５９号公報
【特許文献４】特開昭６３−２８９９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述した構成のアクチュエータにも課題がある。【００１３】
特許文献１の方法では、バイモルフ型の変形を利用するために、さらに導電性高分子膜を積層させることによる変位の拡大、或いは、応力の拡大を自由に変更することが困難である。変位の拡大には、導電性高分子膜の長さを変え、応力の拡大には導電性高分子膜の幅を拡大することは可能であるが、複数枚の導電性高分子膜を積層することは不可能である。隣接する導電性高分子膜の極性が反対のため電気的ショートが生じ、また隣接する導電性高分子膜の伸縮が逆のため摩擦抵抗により応力と変位の低下が生じる等の理由から、積層が困難である構成である。【００１４】
特許文献２の方法では、導電性高分子膜を筒形状にして剛性を持たせた上で、図１１Ａに示すように筒状部材６１ａ，６１ｂの円周方向に伸長と収縮する２種類の膜６０ａ，６０ｂを幅方向に交互に並べた構成となっているため、特許文献１の図１０Ａに示すような導電性高分子膜が厚さ方向に面で対向して配置されている場合と大きく異なり、電解質托体層を介しての効率的なイオンの挿入及び離脱が困難であるという課題を有している。これは、図１１Ｂに示すような配置ではなくて、もっと円周方向に高い密度で配置したと仮定しても、隣接する導電性高分子膜間でのイオンの移動は、高分子膜が面で対向する構成と比し、効率が低下する。従って、アクチュエータとして十分な応力と変位を出力することが困難である。また、図１１Ｃに示された構成では、具体的な筒状部材に相当する支持体に関する記述がないため、導電性高分子膜６２ａ及び６２ｂの座屈が発生するため、アクチュエータとしては機能しない。【００１５】
特許文献３の方法では、図１２に示したように、伸長と収縮の両方で、予圧を与えることなく伸長方向の駆動力と収縮方向の剛性を実現できているが、駆動力の取り出せる方向が垂直に交差する２方向に分散している点、及び積層する導電性高分子の膜７０ａ及び７０ｂの枚数を増加させても変位は増加しないという欠点がある。【００１６】
特許文献４の方法では、図１３Ａと図１３Ｂに示したように、伸長と収縮の両方で、伸長方向および収縮方向の剛性を維持して変位量を拡大できている。しかし。これは圧電と呼ばれる固体を使用して場合であり、もし導電性高分子膜を用いて構成した場合には、図１３Ｃに示したように、座屈するという欠点がある。導電性高分子膜が固体ではなく、膜状のため、両端から引張時はテンションが掛かるが、逆に両端から圧縮応力が掛かる場合には座屈してしまうためである。つまり、図１３Ａの構成では、伸張方向も収縮方向も剛性を維持できない。【００１７】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決するもので、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により、変位を拡大することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。【００１９】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。【００２０】
本発明の第５態様によれば、電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。【００２１】
本構成によって、変位の収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の平板積層型導電性高分子アクチュエータによれば、変位の収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの第１固定部材の構成を示した正面図であり、
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線断面側面図であり、
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の上記第１実施形態における上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの第２固定部材の構成を示した正面図であり、
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１ＣのＤ−Ｄ線断面側面図であり、
【図１Ｅ】図１Ｄは、本発明の上記第１実施形態における上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した正面図であり、
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１ＥのＦ−Ｆ線断面側面図であり、
【図１Ｇ】図１Ｇは、図１ＥのＧ−Ｇ線断面側面図であり、
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を説明するための図であり、
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を説明するための図であり、
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を示した図であり、
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を示した図であり、
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５ＡのＢ−Ｂ線断面側面図であり、
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５ＣのＤ−Ｄ線断面側面図であり、
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５ＥのＦ−Ｆ線断面側面図であり、
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図９Ｄ】図９Ｄは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図１０Ａ】図１０Ａは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、
【図１１Ａ】図１１Ａは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、
【図１２】図１２は、従来の導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図１３Ａ】図１３Ａは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図であり、
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図であり、
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【００２５】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００２７】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２８】
本発明の第２態様によれば、上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜とが同じ長さであり、
上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材とが同じ長さであり、
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜との長さは、上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材との長さより短い、第１の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２９】
本発明の第３態様によれば、上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、第１又は２の態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３０】
本発明の第４態様によれば、第１〜３のいずれかの態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３１】
本発明の第５態様によれば、電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３２】
本発明の第６態様によれば、上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さで構成している第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３３】
本発明の第７態様によれば、第５又は６の態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
隣接する少なくとも二つ以上の上記平板型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３４】
（第１実施形態）
図１Ａ〜図１Ｇは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ１４の構成を示した図である。
【００３５】
図１Ａ〜図１Ｇにおいて、前記平板積層型導電性高分子アクチュエータ１４は、図１Ａと図１Ｂの大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成される第１固定部材１ａと、図１Ｃと図１Ｄの大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成される第２固定部材１ｂと、第１導電性高分子膜２ａと、第２導電性高分子膜２ｂと、電解質托体層３とで構成されている。
【００３６】
第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとは、それぞれ、酸化還元反応に伴って膨張収縮変形する導電性高分子製の矩形、例えば長方形の伸縮体で、膜状の部材である。
【００３７】
導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みはそれぞれ５μｍから３０μｍ程度であるのが望ましい。材質にも大きく依存するが、導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みは、５μｍより薄いと強度的に弱く、３０μｍより厚いと内部までイオンの出入りが困難となるため発生変位が小さくなり、同時に動作速度も低下するため、適切ではない。第１実施形態の１つの実例では、厚さ１５μｍ、長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。また、前記実例において、電解質托体層３は厚さ４０μｍであり、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂは各々の厚さが１００μｍのテフロン（登録商標）シートを使用した。さらに後述するが、数十μｍ程度の余裕が必要となることから、前記実例において、図１の構成で厚さは２９０μｍであった。
【００３８】
図１Ｅ〜図１Ｇにおいて、上記電解質托体層３を介して第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが対面するように配置されている。ここで、図１Ｅ〜図１Ｇに示すように、図１Ｅ〜図１Ｇの上部側で、第１導電性高分子膜２ａの第１端部２ａ−１と第２導電性高分子膜２ｂの第１端部２ｂ−１が上記電解質托体層３を介して対向している。図１Ｅ〜図１Ｇの下部側で、第１導電性高分子膜２ａの第２端部２ａ−２と第２導電性高分子膜２ｂの第２端部２ｂ−２が上記電解質托体層３を介して対向している。
【００３９】
第１固定部材１ａは、図１Ａと図１Ｂに示すように、大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成されており、上端の横長の矩形の第１端部１ａ−１と、下端の横長の矩形の第２端部１ａ−２と、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とを連結する縦長の矩形の連結部１ａ−３とを有している。第１固定部材１ａは、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２と連結部１ａ−３とが同一平面に含まれる平面的な構造ではなく、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とは異なる平面内に位置し、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とを連結部１ａ−３で連結して構成している。より詳しくは、第１固定部材１ａは、第１端部１ａ−１を含む平面よりも、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけ、第１固定部材１ａの厚さ方向に異なる平面に第２端部１ａ−２が位置し、かつ、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とを連結部１ａ−３で連結するように立体的に構成されている。一例として、ΔＴは後述するように、数十μｍ程度が好ましい。
【００４０】
さらに、図１Ｅ〜図１Ｇにおいて、上端側の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１は、上記第１導電性高分子膜２ａの上記第１端部２ａ−１の外面に接着剤１０を介して固定されている。下端側の第１固定部材１ａの第２端部１ａ−２は、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３と第２導電性高分子膜２ｂとの積層体の側部を乗り越えて、上記第２導電性高分子膜２ｂの上記第２端部２ｂ−２の外面に接着剤１３を介して固定されている。
【００４１】
同様に、第２固定部材１ｂは、図１Ｃと図１Ｄに示すように、第１固定部材１ａとは逆方向に向いた大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成されており、上端の横長の矩形の第１端部１ｂ−１と、下端の横長の矩形の第２端部１ｂ−２と、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とを連結する縦長の矩形の連結部１ｂ−３とを有している。第２固定部材１ｂは、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２と連結部１ｂ−３とが同一平面に含まれる平面的な構造ではなく、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とは異なる平面内に位置し、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とを連結部１ｂ−３で連結して構成している。より詳しくは、第２固定部材１ｂは、第１端部１ｂ−１を含む平面よりも、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけ、第２固定部材１ｂの厚さ方向に異なる平面に第２端部１ｂ−２が位置し、かつ、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とを連結部１ｂ−３で連結するように立体的に構成されている。一例として、ΔＴは後述するように、数十μｍ程度が好ましい。
【００４２】
さらに、図１Ｅ〜図１Ｇにおいて、上端側の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１は、上記第２導電性高分子膜２ｂの上記第１端部２ｂ−１の外面に接着剤１２を介して固定されている。下端側の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ−２は、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３と第２導電性高分子膜２ｂとの積層体の側部を乗り越えて、上記第１導電性高分子膜２ａの上記第２端部２ａ−２の外面に接着剤１１を介して固定されている。
【００４３】
上記したように、第１固定部材１ａ及び第２固定部材１ｂは、それぞれ、第１端部１ａ−１，１ｂ−１の内面（導電性高分子膜固定側の面）と第２端部１ａ−２，１ｂ−２の内面（導電性高分子膜固定側の面）との間の距離は、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけの間隔を確保するようにしている。その理由は、上記距離が上記合計寸法Ｔ以下の場合には、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとにより、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３とに圧力が加わった状態で、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３とが接することになり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがそれぞれ伸縮する際の抵抗が急増して、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのそれぞれの変位量が低下することが発生する。それを防止するために、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３との間及び第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３との間に、それぞれ又は合計数十μｍ程度の微小な間隙が存在する程度の接触が実現するように構成するのが望ましい。
【００４４】
ここで、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用することが多い。
【００４５】
図２Ａには、第１導電性高分子膜２ａの一端（例えば上端）及び他端（例えば下端）と、第２導電性高分子膜２ｂの一端（例えば上端）及び他端（例えば下端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３を備えて、アクチュエータ１４を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間に電位差を付与可能に構成している。アクチュエータ１４の駆動前においては、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとのそれぞれの剛性により、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがそれぞれ大略伸張された状態で保持されている。そのため、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂは座屈することなく、また第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの長手方向に対して垂直な方向（第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの厚み方向）からの外力Ｆ（図１Ｇ参照）に対しても、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの張力により一定に保持されている。
【００４６】
このような構成では、図２Ｂ及び図２Ｃのように、スイッチ３２をオンにすることにより、酸化還元反応により第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの変位により、アクチュエータ１４の外部へ駆動力を出力することができる。例えば、図２Ｂでは、図２Ａの状態と比較して、第１導電性高分子膜２ａがその長手方向沿いに膨張するとともに第２導電性高分子膜２ｂが長手方向沿いに収縮して、第１固定部材１ａが上昇する一方、第２固定部材１ｂが下降している。逆に、図２Ｃでは、図２Ａの状態と比較して、第１導電性高分子膜２ａがその長手方向沿いに収縮するとともに第２導電性高分子膜２ｂが長手方向沿いに膨張して、第１固定部材１ａが下降する一方、第２固定部材１ｂが上昇している。よって、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの上昇又は下降による変位により、アクチュエータ１４の外部へ駆動力を出力することができる。
【００４７】
なお、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとは、それぞれ絶縁材料であることが望ましく、ピーク材又はテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）が適しており、後述する第２実施形態のように、複数のアクチュエータ１４が隣接配置する構成を含めると、接触して動作する際の摩擦抵抗が小さいテフロン（登録商標）が最適である。また、後述するイオン液体に溶ける性質を持つアクリル等は、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの材料としては不適である。
【００４８】
また、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとは、それぞれ、膨張収縮の変位量が大きいことから、ポリピロールが使用することが多いが、長期的には空気中の酸素で酸化して導電性能が低下することが懸念されるので、ポリピロールよりも、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等のチオフェン系材料が望ましい。チオフェン系材料の場合、成膜プロセスとしては、キャスティングと電解重合との２種類が存在する。前者ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（スチレンスルホン酸のポリマー）を用いて水溶性の状態から乾燥することで成膜可能であり、後者ではＥＤＯＴ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）分子を含めた溶液中にて電気化学プロセスで合成して成膜が可能である。
【００４９】
また、接着剤１０，１１，１２，１３には、普及しているエポキシ系接着剤が多用できる。
【００５０】
また、電解質托体層３として、セパレータには電気二重層キャパシタ等に使用されるセルロースをベースにしたものを使用できる。また、電解質托体層３のイオン液体としては、ＢＭＩＭ・ＴＦＳＩ、つまり、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドがあるが、ポリピロール又はＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）での伸縮性能を向上するため、ＥＭＩ・ＴＦＳＩ、つまり、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドを使用することができる。
【００５１】
また、可変直流電源３３では、電解質托体層３の上記イオン液体の電位窓の関係で、±１．５Ｖ程度で使用することができる。この電圧は、使用する導電性高分子膜又はイオン液体の種類によって、その耐久性を加味して変えるべきものである。
【００５２】
なお、以上の材料は、一例であって、本発明は、これらに限定するものではない。
【００５３】
上記した第１実施形態の構成によれば、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの両端を第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとで固定していることにより、膨張と収縮の両方で常時にテンションを維持しつつ動作することができており、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの変位に関して、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することを可能とすることができる。
【００５４】
なお、第１実施形態において、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとを同じ長さで構成しているが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの厚さ又は材料が異なる組み合わせによって、酸化還元反応による第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と収縮の変位が等しくなるように構成されていることとしても良い。
【００５５】
なお、第１実施形態において、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの接続には、接着剤１０，１１，１２，１３を使用しているが、別途、接着剤を使用するのではなく、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのそれぞれの生成時のキャスティングプロセスにおける硬化時に、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとを接続するか、或いは、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの電気化学重合プロセスにおける析出時に、これらの接続を行うこととしても良い。或いは、別途部材を設けて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとを挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。
【００５６】
なお、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用すると説明したが、ビーズを混入させて潤滑性を維持しつつ電気的短絡を防止したり、或いはゲル化したイオン液体を使用して、セパレータを省略したりする方法でも良い。ゲル化にはＰＤＶＦ（ポリフッ化ビニリデン）を混入させる方法等が存在する。
【００５７】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１６の構成を示した図である。図３において、図１Ａ〜図１Ｇ及び図２Ａ〜図２Ｃと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５８】
図３Ａにおいて、第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１６は、以下のような構成としている。
【００５９】
すなわち、第１実施形態に記載の平板型導電性高分子アクチュエータ１４を１個の構成単位として、複数個のアクチュエータ１４を並列的に配置して、アクチュエータ１６を構成している。そして、複数個のアクチュエータ１４の各々を、上記電解質托体層３と同じ構成の連結用電解質托体層３Ａを介して接続している。さらに、隣接する少なくとも二つ以上の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の一方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１の外面と他方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とを接着剤１７にて接続する。また、一方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ−２の外面と他方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第２端部１ａ−２の外面とを接着剤１７にて接続する。この接着剤１７は、一例として、上記接着剤１０〜１３と同じ接着剤である。
【００６０】
図３Ａには、各平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａの他端（例えば下端）と第２導電性高分子膜２ｂの一端（例えば上端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３を備えて、各アクチュエータ１４、従ってアクチュエータ１６を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間のそれぞれに電位差を付与可能に構成している。
【００６１】
このような構成では、図３Ｂ及び図３Ｃのように、スイッチ３２をオンにすることにより、酸化還元反応により第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂの変位により、アクチュエータ１６の外部へ駆動力を出すことができる点は、第１実施形態と同様であるが、新しく隣接して、接着剤１７にて接続することにより、電解質托体層３Ａを介して対面する、隣接する２つのアクチュエータ１４のうちの一方のアクチュエータ１４の第２導電性高分子膜２ｂと他方のアクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａとの間でも電位差による酸化還元反応が生じることによって、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と伸縮の変位量を増加させることができる。ここでは、１つのアクチュエータ１４の一対の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの変位をδとし、その４対のアクチュエータ１４を接着剤１７でそれぞれ接続したことによって、δ×４＝４δに増加した変位が得られている。
【００６２】
図４Ａ及び図４Ｂには、増加した変位をアクチュエータ１６の外部へ駆動力として出すために、出力部４ａを設けたケーシング３４に、又は、出力部４ａと４ｂとを設けたケーシング３４に、それぞれアクチュエータ１６を収納した場合を示している。変位の大きさは、出力部４ａ、４ｂを設ける第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとにより異なる。
【００６３】
図４Ａでは、アクチュエータ１６の一端部（図４Ａでは左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ１６の他端部（図４Ａでは右端部）のアクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ−２の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ１６が駆動されると、アクチュエータ１６の変位により、出力部４ａがケーシング３４に対して図４Ａの上下方向に自在に移動する。
【００６４】
また、図４Ｂでは、アクチュエータ１６の一端部（図では左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ１６の他端部（図では右端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第２端部１ａ−２の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。また、アクチュエータ１６の一端部（図では左端部）から２番目のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｂを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ１６が駆動されると、アクチュエータ１６の変位により、出力部４ａと出力部４ｂとがケーシング３４に対してそれぞれ図４Ｂの上下方向に自在に移動する。
【００６５】
なお、図４Ｃには、１つのアクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの間に与える電位差の極性を、積層したアクチュエータ１８の全体のうちの半分の位置で、変えた組み合わせの事例である。すなわち、アクチュエータ１８は、上記したアクチュエータ１４と、電位差の極性を変えたアクチュエータ１４Ａとで構成されている。アクチュエータ１８の一端部（図４Ｃでは左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定している。アクチュエータ１８の他端部（図４Ｃでは右端部）のアクチュエータ１４Ａの第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定している。また、図４Ｃの左側の３個のアクチュエータ１４と右側の３個のアクチュエータ１４との連結部分である、左側から３番目のアクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１の外面と左側から４番目のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面との接続部分に固定された出力部４ｃを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に長手方向沿いに突出させている。このように構成して、ケーシング３４に対して上下方向に自在に移動可能としている。図４Ｃに設けた全ての第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの枚数が図４Ａと比して２倍ではあるが、変位の増加効果はその半分（すなわち、１倍）となり、変位は図４Ａの出力部４ａと同様である。しかし、出力部４ｃでの駆動力は出力部４ａの２倍である。このような使い方も可能である事例である。
【００６６】
かかる構成によれば、接着剤１７で接続することによって、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂの個々の変位が加算されることにより、全体の変位量が増加することとなり、大きな変位を有する平板積層型導電性高分子アクチュエータ１８を提供することができる。
【００６７】
なお、第２実施形態において、１つの構成単位のアクチュエータ１４同士を接続するための接着剤１７として、接着剤を使用しているが、別途部材を設けて挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。すなわち、接着剤の変形例としては、第１実施形態で説明したような変形例を第２実施形態にも適用することが可能である。
【００６８】
なお、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用したが、ビーズを混入させて潤滑性を維持しつつ電気的短絡を防止したり、或いはゲル化したイオン液体を使用してセパレータを省略したりする方法でも良い。
【００６９】
（第３実施形態）
図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６の構成を示した図である。図５Ａ〜図５Ｆにおいて、図１Ａ〜図４Ｃと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７０】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄにおいて、第１実施形態にて設けた第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとが矩形板状の第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂでそれぞれ構成され、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの中にイオン液体がそれぞれ注入することによって電解質托体層３と同様な役割をそれぞれ果たす構成となっている。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの周辺部（例えば、長手方向沿いの長辺部分（図５Ａと図５Ｃの両側縁部分））３ａｓ、３ｂｓには硬化剤をそれぞれ含ませて強度を増加させて、座屈等を防ぐ構成となっている。ここで、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄに示した、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの幅方向の周辺部（例えば、幅方向沿いの短辺部分（図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄの上端部分））３ａｄと３ｂｄには硬化剤を含ませており、この硬化剤については、後述する。
【００７１】
次に、図５Ｆのように、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのジクザク状の接続には、接着剤４０、４１、４２を使用し、特に、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａの接続では、その間隔を維持するために、スペーサ５を介して、接着剤４３で接続している。すなわち、図５Ｆにおいて、第１導電性高分子膜２ａの下端部の内面と第１多孔質部材３ａの下端部の外面とを接着剤４０を介して接続している。第１多孔質部材３ａの上端部の硬化剤含有の幅方向の周辺部３ａｄの内面と第２導電性高分子膜２ｂの上端部の対向面とを接着剤４１を介して接続している。第２導電性高分子膜２ｂの下端部の外面と第２多孔質部材３ｂの下端部の内面とを接着剤４２を介して接続している。スペーサ５と、第１多孔質部材３ａの上端と第２導電性高分子膜２ｂの上端との間に隙間１９を確保した上で、スペーサ５の一方の外面に第１導電性高分子膜２ａの上端部の内面を接着剤４３を介して接続している。スペーサ５の他方の外面に第２多孔質部材３ｂの上端部の内面を接着剤４４を介して接続している。よって、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとは長手方向の寸法が大略同じであり、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａとは長手方向の寸法が大略同じであり、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとの長手方向の寸法は、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａとの長手方向の寸法より短く構成されている。第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法は同じであり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの幅方向の寸法は同じであり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの幅方向の寸法は、第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法より小さく構成している。スペーサ５の幅方向の寸法は第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法と同じに構成している。スペーサ５の厚さは、第１多孔質部材３ａの厚さと第２導電性高分子膜２ｂの厚さと接着剤４０，４１，４２の厚さとの合計厚さと大略同じか、それ以上（例えば、数十μｍ程度だけ大きい寸法）としている。これについては、後述する。
【００７２】
また、図５Ｆにおいて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの変位量が等しいことが重要である。そのために、各々の部材の材料、膜の厚さも、変位量に影響を受けるパラメータであるが、最も大きく影響するのは、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂとの接触している長さである。図５Ｆに２本の破線Ｄで示した間隔ＤＤが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが伸縮する部分（言い換えれば、接着剤で接着固定されてる部分を除く伸縮可能な部分）の長さを示している。接着剤４０、４１、４２の存在する部分では、イオン液体の通過が困難であり、かつ、固定されているために伸縮も不可能である。また、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの、硬化剤を含む両側縁部分３ａｓ、３ｂｓには、イオン液体が存在し得ない。そこで、間隔ＤＤ以外の部分での伸縮を防止するために、第１多孔質部材３ａにおける第２導電性高分子膜２ｂとの接着剤４１による接続部分（すなわち、第１多孔質部材３ａの上端部の幅方向の周辺部）３ａｄ内には、硬化剤を含ませている。その結果、間隔ＤＤのみが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがイオン液体と接して伸縮することが可能な長さであり、この長さの部分の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの変位量で、第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６が駆動することができるようになる。
【００７３】
さらに、この間隔ＤＤでの伸縮作用を、後述する図７Ａ〜図７Ｃに示すように複数のアクチュエータ４６を隣接して配置して１つのアクチュエータ４７を構成する場合にも有効とするために、図５Ｆに示すように、第２多孔質部材３ｂにおける、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとを接着剤４１で接続する部分（第２導電性高分子膜２ｂの上端部分）に対向する部分３ｂｄ内に硬化剤を含ませている。なお、図７Ａ〜図７Ｃに示すように複数のアクチュエータ４６を隣接して配置しない場合には、図６Ａなどに示すように、部分３ｂｄ内に硬化剤を含ませる必要は無い。
【００７４】
図６Ａには、スイッチ３２と可変直流電源３３とを備えて、図５Ｆのアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間に電位差を付与可能な構成を示している。すなわち、平板型導電性高分子アクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの長手方向の両端（例えば上下端）と第２導電性高分子膜２ｂの長手方向の両端（例えば上下端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３とを備えて、アクチュエータ４６を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間のそれぞれに電位差を付与可能に構成している。
【００７５】
このような構成では、図６Ｂ及び図６Ｃのように、酸化還元反応により、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、図６Ａ〜図６Ｃに示したように、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの変位により、アクチュエータ４６の外部へ駆動力を出力することができる点は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
【００７６】
また、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、複数のアクチュエータ４６を並列して隣接して配置し、板状の剛性のあるリンク部材６にて、隣接する一対のアクチュエータ４６のうちの一方のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂと他方のアクチュエータ４６の第１多孔質部材３ａとを接続するように構成することもできる。
【００７７】
このような構成によっては、隣接する一対のアクチュエータ４６のうちの一方のアクチュエータ４６（例えば、左端のアクチュエータ４６）の第２多孔質部材３ｂを介して対面する、一方のアクチュエータ４６（例えば、左端のアクチュエータ４６）第２導電性高分子膜２ｂと、他方のアクチュエータ４６（例えば、左端から２番目のアクチュエータ４６）の第１導電性高分子膜２ａとの間でも電位差による酸化還元反応が生じる。このことによって、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と伸縮の変位量は増加する。ここでは、１つのアクチュエータ４６の一対の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの変位をδとし、その４対のアクチュエータ４６をリンク部材６でそれぞれ接続したことによって、δ×４＝４δに増加した変位が得られている。
【００７８】
なお、図７Ａ〜図７Ｃの可変直流電源３３からの配線においては、図６Ａ〜図６Ｃの場合と異なり、各アクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの長手方向の一端（例えば上端）と各アクチュエータ４６の第２導電性高分子膜２ｂの長手方向の他端（例えば下端）との片方のみに、スイッチ３２と可変直流電源３３とを接続している。これは配線が増加することにより、＋或いは−の各配線の短絡を防止するために行っているが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが十分な導電性を有するため、変位量への影響は小さい。
【００７９】
なお、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂのそれぞれの材料としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等をベースにした、０．１μｍ〜０．５μｍの開口率を有するフィルタ材料等が使用可能である。ここでは、一例として、０．４５μｍの開口率のものを使用することができる。また、同様なフィルタ材料としてはテフロン（登録商標）も存在するが、後述する硬化剤又は接着剤の選択が困難となってくる。
【００８０】
また、硬化剤を含む両側縁部分３ａｓ、３ｂｓを形成するための硬化剤としては、接着剤４０、４１、４２、４３と同様に、前述した接着剤１０，１１，１２，１３と同じように、普及しているエポキシ系接着剤を使用することができる。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの幅方向の周辺部３ａｄと３ｂｄの硬化剤も同様に、エポキシ系接着剤を使用することができる。
【００８１】
また、接着剤４４も同様に、エポキシ系接着剤を使用することができる。
【００８２】
また、スペーサ５及びリンク部材６としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）の板材を使用することができるが、多孔質のフィルタでも代用可能である。
【００８３】
なお、第１実施形態と同じ材料については省略している。
【００８４】
以上の材料は、一例であって、本発明は、これらに限定するものではない。
【００８５】
かかる構成によれば、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとが第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂでそれぞれ構成され、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂが電解質托体層３を兼ねることによって、電解質托体層３を無くすことできて、構成部品が減少することにより、アクチュエータ全体の厚さが減少することとなり、積層して大きな変位を有する構成でも、全体の厚さを薄くすることができる平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６を提供することができる。さらに、隣接する平板積層型導電性高分子アクチュエータを増加させることにより、個々の変位が加算されることにより、全体の変位量が増加することとなり、大きな変位を有する平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６を提供することができる。
【００８６】
その結果、第３実施形態での平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６の駆動力をアクチュエータ４６の外部へ出す構成として図８Ａ〜図８Ｃに示す。すなわち、図８Ａ〜図８Ｃには、上記した大きな変位をアクチュエータ４６の外部へ駆動力として出すために、出力部４ａ又は４ｂ又は４ｃを設けたケーシング３４に、それぞれアクチュエータ４６を収納した場合を示している。変位の大きさは、出力部４ａを設ける第２多孔質部材３ａと、出力部４ａ及び４ｂを設ける第２多孔質部材３ａと、出力部４ｃを設けるリンク部材６とにより異なる。
【００８７】
図８Ａでは、アクチュエータ４７の一端部（図８Ａでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ａでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの他端部（下端部）の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ４６が駆動されると、アクチュエータ４６の変位により、出力部４ａがケーシング３４に対して図８Ａの上下方向に自在に移動する。
【００８８】
また、図８Ｂでは、アクチュエータ４６の一端部（図８Ｂでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ｂでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの他端部（下端部）の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。また、アクチュエータ４７の一端部（図８Ｂでは左端部）から２番目のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの一端部（図８Ｂでは上端）に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｂを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ４７が駆動されると、アクチュエータ４７の変位により、出力部４ａと出力部４ｂとがケーシング３４に対してそれぞれ図８Ｂの上下方向に自在に移動する。
【００８９】
図８Ｃには、アクチュエータ４６の一端部（図８Ｂでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ｂでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定している。また、アクチュエータ４７の一端部（図８Ｂでは左端部）から３番目のアクチュエータ４６のリンク部材６に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｃを、ケーシング３４の開口３４ｃからケーシング３４の外部に下向きに突出させている。よって、アクチュエータ４７が駆動されると、アクチュエータ４７の変位により、出力部４ｃがケーシング３４に対してそれぞれ図８Ｃの上下方向に自在に移動する。
【００９０】
このように構成することにより、前述の第２実施形態における図４Ａ〜図４Ｃとは異なり、平板積層型導電性高分子アクチュエータ全体の厚さが薄くなっていることによって、ケーシング３４も薄くなっていることも大きな特徴である。
【００９１】
なお、第３実施形態において、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの接続には、接着剤４０、４１、４２、４３を使用しているが、別途、接着剤を使用するのではなく、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの生成時のキャスティングプロセスにおける硬化時に接続するか、或いは第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気化学重合プロセスにおける析出時に接続することとしても良い。或いは、別途部材を設けて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂとを挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。
【００９２】
また、図５Ｄに示したスペーサ５の厚さに関して記載するが、図５Ｆの構成において、第１導電性高分子膜２ａと第２多孔質部材３ｂとの間に存在する第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとの合計厚さ以上が望ましい。その合計厚さ未満の場合には、第１導電性高分子膜２ａと、第１多孔質部材３ａと、第２導電性高分子膜２ｂと、第２多孔質部材３ｂとが、圧力が加わった状態で接することになり、伸縮する際の抵抗が急増して変位量が低下することが発生する。それを防止するために、各々の間隙として数十μｍ程度の微小な間隙が存在する程度の接触が実現するように構成するのが望ましい。
【００９３】
第３実施形態の１つの実例では、第１実施形態と同様に、厚さ１５μｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。また、多孔質部材３ａ、３ｂには多孔質のテフロン（登録商標）材料を用いることで、厚さは約１００μｍである。つまり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍである。さらに上記の数十μｍ程度の微小な間隙が存在するように配慮することから、図５Ｅの構成で厚さは２３０μｍに２０μｍ加えて、２５０μｍである。
【００９４】
なお、第１及び第２多孔質部材３ａ，３ｂの周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含ませて構成しているが、強度の向上による座屈の防止のために、別部材を第１若しくは第２多孔質部材３ａ若しくは３ｂの表面に設けた構成としても良い。
【実施例１】
【００９５】
図９Ａには、ロボットハンド９０に関する特許第３７２３８１８号における図３Ａを引用したものである。駆動源となるアクチュエータ３−１、３−２、３−３が記載されているが、これらのアクチュエータの部品として、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの一例である前述の図４Ａから図４Ｃで示したような構成、特に図４Ｃの組み合わせを基本的な構成で使用することで、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、大きな応力を提供することが省スペースで実現可能である。【００９６】
具体的には、図９Ｂ及び図９Ｃに示した平面型多関節駆動機構のようにアクチュエータ３−１、３−２が伸縮することにより、指１００を曲げたり伸ばしたり可能となる。この構成において、後述するように平板積層型導電性高分子アクチュエータとして応力又は変位量の増加が必要であるが、さらにここでは骨材１−１、１−２、１−３と、連結部材２を有しており、その厚さ方向のトルクにより、指１００を屈曲させている。【００９７】
より詳細な説明として、図９Ｄに示したように、図９Ｂ及び図９Ｃの平面型多関節駆動機構をモデル化して実寸を記入している。このモデルにおいて、実際の設計数値の一例について説明する。このロボットハンドにより、軽重量物として１００ｇｆのものを把持するとする。この際に必要な把持力は、ロボットハンドの表面素材にも依存するが、約２０ｇｒと想定した。その結果、荷重と支点間の距離５０ｍｍに対して、厚さ方向の支点間の距離２．５ｍｍから平面型多関節駆動機構における変位拡大率は、２０倍とみなせる。よって、応力は２０分の一になるため、把持力２０ｇｆを出力するには、アクチュエータ３−２からは、４００ｇｆの応力が必要となる。逆に、把持するための必要変位量を１関節当たり１０ｍｍ程度と仮定し、アクチュエータ３−２の変位量は２０分の一の０．５ｍｍだけでよい。【００９８】
一方、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、図４Ｃの構成を用いた。ただし、把持に必要な応力と変位量のために、図４Ｃにおいては図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ３個を図３Ａの構成で、それら２組を図４Ｃの構成にすることで、変位量３倍、応力２倍にしていたが、図９Ｄにおいては、図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１０個を図３Ａの構成で、その５組を図４Ｃの構成にすることで、変位量１０倍の０．５ｍｍ、応力は５倍の４００ｇｆに設計した。なお、ここで導電性高分子膜の一例としての応力は幅５ｍｍにて約４０ｇｆは得られるので、今回の図９Ａでは幅が２倍の１０ｍｍを適用し約８０ｇｆとし、さらに電圧印加時の発生変位は約２．０％とし、図１の長さ２５ｍｍの場合にδは約５００μｍの変位量、つまり図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータが一組で、変位量はδの０．０５ｍｍの変位量が得られるものとした。なお、変位量に関しては、加えられる外力としての応力、および電圧印加する時間に依存するが、ここでは主に電圧印加する時間に大きく影響を受けたので、その時間は１秒以上１分以内で許容しつつ所定の変位量に達成した時間で制御することとして行った。【００９９】
以上の一例において、使用される平板積層型導電性高分子アクチュエータの概寸は、幅は１０ｍｍ、長手方向は約５０ｍｍ強であるが、厚さ方向は１４ｍｍ程度となる。厚さに関しては、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍ、電解質托体層３は厚さ４０μｍであり、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂは各々の厚さが１００μｍのテフロン（登録商標）シートを使用し、前述の数十μｍ程度の余裕を加えてたことから、図１の構成で厚さは２９０μｍであった。その構成の厚さ２９０μｍのもの１０個を５組、つまり５０個使用するので、トータルの厚さは約１５ｍｍとなっている。人の手のサイズと比し、少し長く太い指１００にて、ロボットハンド９０が実現できた。【０１００】
また、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、図５Ｅの構成を用いた場合には、厚さ方向は薄くできた。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂには多孔質のテフロン（登録商標）材料を用いることで、厚さは約１００μｍである。つまり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍである。さらに前述した数十μｍ程度の微小な間隙が存在するように配慮することから、図５Ｅの構成で厚さは２３０μｍに２０μｍ加えて、２５０μｍであった。その構成の厚さ２５０μｍのもの１０個を５組、つまり５０個使用するので、トータルの厚さは約１３ｍｍとなった。【０１０１】
さらに、図９Ａにおいて指１００は２本が対面して計４本の構成であるが、人間の手のように親指と概略対面して４本の指が並んでおり、親指が変位は小さいが応力が必要となり、概略対面する４本は変位量は大きい場合が考えられる。この構成では、親指に応力重視の平板積層型導電性高分子アクチュエータを使用し、他の指は応力は４分の一で良いので変位量を４倍にして、手として全体をバランスさせることも考えられる。その場合にも、親指に概略対面する他の４本すべてが必ずしも同時に動作する必要性もなく、電圧制御により人差し指から小指に向けて順に電圧を印加することも可能である。さらに、各々の指においても関節があり、根元から順に先端を変位させることなども容易に実現可能である。【０１０２】
なお、親指等で指の幅に余裕があり、かつ非常に大きな応力が必要な場合には、平板積層型導電性高分子アクチュエータを、単純に導電性高分子膜の幅の方向に並列に設置することで、応力は設置数に応じ比例して増大できることは言うまでもない。【０１０３】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータは、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により変位を拡大、或いは応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により省エネ、省スペースな効率的駆動が可能なアクチュエータを得ることができるものであり、人工筋肉アクチュエータ等として有用であるとともに、それを用いてロボットのロボットアーム又はロボットハンドの駆動部等として有用である。また、前述の特性に加えて、静音、軽量、省電力であることから、ノートパソコン又は携帯電話の冷却用ポンプの駆動部として、或いはモバイル端末機器のレンズアクチュエータ等の用途にも応用できる。【０１０５】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１Ａ】
2011036861.tif 000003
【図１Ｂ】
2011036861.tif 000004
【図１Ｃ】
2011036861.tif 000005
【図１Ｄ】
2011036861.tif 000006
【図１Ｅ】
2011036861.tif 000007
【図１Ｆ】
2011036861.tif 000008
【図１Ｇ】
2011036861.tif 000009
【図２Ａ】
2011036861.tif 000010
【図２Ｂ】
2011036861.tif 000011
【図２Ｃ】
2011036861.tif 000012
【図３Ａ】
2011036861.tif 000013
【図３Ｂ】
2011036861.tif 000014
【図３Ｃ】
2011036861.tif 000015
【図４Ａ】
2011036861.tif 000016
【図４Ｂ】
2011036861.tif 000017
【図４Ｃ】
2011036861.tif 000018
【図５Ａ】
2011036861.tif 000019
【図５Ｂ】
2011036861.tif 000020
【図５Ｃ】
2011036861.tif 000021
【図５Ｄ】
2011036861.tif 000022
【図５Ｅ】
2011036861.tif 000023
【図５Ｆ】
2011036861.tif 000024
【図６Ａ】
2011036861.tif 000025
【図６Ｂ】
2011036861.tif 000026
【図６Ｃ】
2011036861.tif 000027
【図７Ａ】
2011036861.tif 000028
【図７Ｂ】
2011036861.tif 000029
【図７Ｃ】
2011036861.tif 000030
【図８Ａ】
2011036861.tif 000031
【図８Ｂ】
2011036861.tif 000032
【図８Ｃ】
2011036861.tif 000033
【図９Ａ】
2011036861.tif 000034
【図９Ｂ】
2011036861.tif 000035
【図９Ｃ】
2011036861.tif 000036
【図９Ｄ】
2011036861.tif 000037
【図１０Ａ】
2011036861.tif 000038
【図１０Ｂ】
2011036861.tif 000039
【図１０Ｃ】
2011036861.tif 000040
【図１１Ａ】
2011036861.tif 000041
【図１１Ｂ】
2011036861.tif 000042
【図１１Ｃ】
2011036861.tif 000043
【図１２】
2011036861.tif 000044
【図１３Ａ】
2011036861.tif 000045
【図１３Ｂ】
2011036861.tif 000046
【図１３Ｃ】
2011036861.tif 000047
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月2日(2011.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層により変位を拡大できる平板積層型導電性高分子アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少子高齢化のような社会背景に伴い、家庭用ロボット等の人の近傍にて動作する、或いは、人と協調して作業をする機械に対するニーズは高まっている。その際、複雑な作業へのしなやかな動き、及び、人との衝突時の安全性といった観点から、人間の筋肉のような柔軟な特性を有する人工筋肉アクチュエータへの期待が高まっている。人工筋肉アクチュエータとしては空圧を使用したもの等、種々の材料又は制御方式が提案されている。その中の一つとして近年、導電性高分子を用いたアクチュエータが考案されている。
【０００３】
従来の導電性高分子を用いたアクチュエータの一例としては、バイモルフ型の変形を利用しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、上記特許文献１に記載された従来の導電性高分子アクチュエータを示すものである。図１０Ａにおいて、導電性高分子膜であるポリアニリン膜体５０ａ、５０ｂにより固体電解質成形体５１を挟み込む構成となっている。スイッチ５２をオンすることで、電源５３において設定された電位差がポリアニリン膜体５０ａ、５０ｂ間に与えられ、図１０Ｂに示されるように、一方のポリアニリン膜体５０ｂには陰イオン５４が挿入されて伸長し、他方のポリアニリン膜体５０ａからは陰イオン５４が離脱して収縮し、結果としてバイモルフ型の変形が発生するようになる。電位差が逆の場合には、図１０Ｃに示すように、図１０Ｂとは逆方向に変形する。
【０００５】
この構成では、電極として作用する二つの導電性高分子膜５０ａ，５０ｂの変位量の差により変形を発生させているが、一方で、電解質托体層を液体もしくはゲル状の物質とすることで、両電極の影響がお互いに影響しないようにし、片方の導電性高分子の変位のみを取り出して伸縮変形を行うアクチュエータとする構成も知られている。この場合、変形に利用しない電極については、導電性高分子である必要はなく、主に金属電極が用いられているが、金属電極上に導電性高分子を設けることも可能である。
【０００６】
このような導電性高分子アクチュエータは、１．５Ｖ〜３．０Ｖの比較的低電圧で筋肉に匹敵するような応力を発生することから、人工筋肉としての実用化が期待されている。
【０００７】
なお、液体もしくはゲル状の電解質托体層としては、室温で溶融している塩として定義されるイオン液体が使用される。イオン液体は新たな機能性液体として注目されているが、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム又はビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが知られており、陽イオンと陰イオンの電荷が非局在化することで両者間のクーロン力が小さく、室温で液体であり得る。蒸気圧が低く蒸発損失がほとんど無く、難燃性であり、熱及び酸化安定性に優れるものが多く、潤滑性能も高い。このイオン液体を絶縁シートに塗布する、或いは、イオン液体自身をゲル化することで、電解質托体層を形成させる。
【０００８】
また、導電性高分子が膜状であることから、導電性高分子膜を筒形状に構成することで導電性高分子膜の座屈を防止し、剛性を持たせることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図１１Ａに示すように、伸長と収縮の２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂを円周方向に交互に並べて、各々がクロスするように、内側筒状部材６１ａと外側筒状部材６１ｂの端部に連結させることにより、２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの導電性高分子膜の一方の導電性高分子膜の伸長時に片方の導電性高分子膜が負荷を負担することで、剛性を持たせている。図１１Ｂには、円周方向の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの配置の一例を示している。さらに、図１１Ｃに示すように、この筒状部材を導電性高分子６２ａ及び６２ｂで構成して、変位量を増大させる方法も示されている。
【０００９】
さらに、図１２に示すように、導電性高分子膜７０ａ及び７０ｂをクロスして積層した構成において、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するリンク機構７１により接続することで、予圧を与える必要なく、伸長方向の駆動力と、収縮方向の剛性を持つアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
さらに、図１３Ａ〜図１３Ｂに示すように、伸長と収縮の両方で、伸長方向及び収縮方向の剛性を維持して変位量を拡大できる圧電アクチュエータが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１６９３９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５３９６号公報
【特許文献３】特許第３８１７２５９号公報
【特許文献４】特開昭６３−２８９９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述した構成のアクチュエータにも課題がある。
【００１３】
特許文献１の方法では、バイモルフ型の変形を利用するために、さらに導電性高分子膜を積層させることによる変位の拡大、或いは、応力の拡大を自由に変更することが困難である。変位の拡大には、導電性高分子膜の長さを変え、応力の拡大には導電性高分子膜の幅を拡大することは可能であるが、複数枚の導電性高分子膜を積層することは不可能である。隣接する導電性高分子膜の極性が反対のため電気的ショートが生じ、また隣接する導電性高分子膜の伸縮が逆のため摩擦抵抗により応力と変位の低下が生じる等の理由から、積層が困難である構成である。
【００１４】
特許文献２の方法では、導電性高分子膜を筒形状にして剛性を持たせた上で、図１１Ａに示すように筒状部材６１ａ，６１ｂの円周方向に伸長と収縮する２種類の膜６０ａ，６０ｂを幅方向に交互に並べた構成となっているため、特許文献１の図１０Ａに示すような導電性高分子膜が厚さ方向に面で対向して配置されている場合と大きく異なり、電解質托体層を介しての効率的なイオンの挿入及び離脱が困難であるという課題を有している。これは、図１１Ｂに示すような配置ではなくて、もっと円周方向に高い密度で配置したと仮定しても、隣接する導電性高分子膜間でのイオンの移動は、高分子膜が面で対向する構成と比し、効率が低下する。従って、アクチュエータとして十分な応力と変位を出力することが困難である。また、図１１Ｃに示された構成では、具体的な筒状部材に相当する支持体に関する記述がないため、導電性高分子膜６２ａ及び６２ｂの座屈が発生するため、アクチュエータとしては機能しない。
【００１５】
特許文献３の方法では、図１２に示したように、伸長と収縮の両方で、予圧を与えることなく伸長方向の駆動力と収縮方向の剛性を実現できているが、駆動力の取り出せる方向が垂直に交差する２方向に分散している点、及び積層する導電性高分子の膜７０ａ及び７０ｂの枚数を増加させても変位は増加しないという欠点がある。
【００１６】
特許文献４の方法では、図１３Ａと図１３Ｂに示したように、伸長と収縮の両方で、伸長方向および収縮方向の剛性を維持して変位量を拡大できている。しかし。これは圧電と呼ばれる固体を使用して場合であり、もし導電性高分子膜を用いて構成した場合には、図１３Ｃに示したように、座屈するという欠点がある。導電性高分子膜が固体ではなく、膜状のため、両端から引張時はテンションが掛かるが、逆に両端から圧縮応力が掛かる場合には座屈してしまうためである。つまり、図１３Ａの構成では、伸張方向も収縮方向も剛性を維持できない。
【００１７】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決するもので、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により、変位を拡大することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１９】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２０】
本発明の第５態様によれば、電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２１】
本構成によって、変位の収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の平板積層型導電性高分子アクチュエータによれば、変位の収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの第１固定部材の構成を示した正面図であり、
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線断面側面図であり、
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の上記第１実施形態における上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの第２固定部材の構成を示した正面図であり、
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１ＣのＤ−Ｄ線断面側面図であり、
【図１Ｅ】図１Ｄは、本発明の上記第１実施形態における上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した正面図であり、
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１ＥのＦ−Ｆ線断面側面図であり、
【図１Ｇ】図１Ｇは、図１ＥのＧ−Ｇ線断面側面図であり、
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を説明するための図であり、
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を説明するための図であり、
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を示した図であり、
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を示した図であり、
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５ＡのＢ−Ｂ線断面側面図であり、
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５ＣのＤ−Ｄ線断面側面図であり、
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５ＥのＦ−Ｆ線断面側面図であり、
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図９Ｄ】図９Ｄは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、
【図１０Ａ】図１０Ａは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、
【図１１Ａ】図１１Ａは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、
【図１２】図１２は、従来の導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、
【図１３Ａ】図１３Ａは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図であり、
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図であり、
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【００２５】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００２７】
本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２８】
本発明の第２態様によれば、上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜とが同じ長さであり、
上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材とが同じ長さであり、
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜との長さは、上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材との長さより短い、第１の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００２９】
本発明の第３態様によれば、上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、第１又は２の態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３０】
本発明の第４態様によれば、第１〜３のいずれかの態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３１】
本発明の第５態様によれば、電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３２】
本発明の第６態様によれば、上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さで構成している第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３３】
本発明の第７態様によれば、第５又は６の態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
隣接する少なくとも二つ以上の上記平板型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【００３４】
（第１実施形態）
図１Ａ〜図１Ｇは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ１４の構成を示した図である。
【００３５】
図１Ａ〜図１Ｇにおいて、前記平板積層型導電性高分子アクチュエータ１４は、図１Ａと図１Ｂの大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成される第１固定部材１ａと、図１Ｃと図１Ｄの大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成される第２固定部材１ｂと、第１導電性高分子膜２ａと、第２導電性高分子膜２ｂと、電解質托体層３とで構成されている。
【００３６】
第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとは、それぞれ、酸化還元反応に伴って膨張収縮変形する導電性高分子製の矩形、例えば長方形の伸縮体で、膜状の部材である。
【００３７】
導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みはそれぞれ５μｍから３０μｍ程度であるのが望ましい。材質にも大きく依存するが、導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みは、５μｍより薄いと強度的に弱く、３０μｍより厚いと内部までイオンの出入りが困難となるため発生変位が小さくなり、同時に動作速度も低下するため、適切ではない。第１実施形態の１つの実例では、厚さ１５μｍ、長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。また、前記実例において、電解質托体層３は厚さ４０μｍであり、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂは各々の厚さが１００μｍのテフロン（登録商標）シートを使用した。さらに後述するが、数十μｍ程度の余裕が必要となることから、前記実例において、図１の構成で厚さは２９０μｍであった。
【００３８】
図１Ｅ〜図１Ｇにおいて、上記電解質托体層３を介して第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが対面するように配置されている。ここで、図１Ｅ〜図１Ｇに示すように、図１Ｅ〜図１Ｇの上部側で、第１導電性高分子膜２ａの第１端部２ａ−１と第２導電性高分子膜２ｂの第１端部２ｂ−１が上記電解質托体層３を介して対向している。図１Ｅ〜図１Ｇの下部側で、第１導電性高分子膜２ａの第２端部２ａ−２と第２導電性高分子膜２ｂの第２端部２ｂ−２が上記電解質托体層３を介して対向している。
【００３９】
第１固定部材１ａは、図１Ａと図１Ｂに示すように、大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成されており、上端の横長の矩形の第１端部１ａ−１と、下端の横長の矩形の第２端部１ａ−２と、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とを連結する縦長の矩形の連結部１ａ−３とを有している。第１固定部材１ａは、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２と連結部１ａ−３とが同一平面に含まれる平面的な構造ではなく、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とは異なる平面内に位置し、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とを連結部１ａ−３で連結して構成している。より詳しくは、第１固定部材１ａは、第１端部１ａ−１を含む平面よりも、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけ、第１固定部材１ａの厚さ方向に異なる平面に第２端部１ａ−２が位置し、かつ、第１端部１ａ−１と第２端部１ａ−２とを連結部１ａ−３で連結するように立体的に構成されている。一例として、ΔＴは後述するように、数十μｍ程度が好ましい。
【００４０】
さらに、図１Ｅ〜図１Ｇにおいて、上端側の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１は、上記第１導電性高分子膜２ａの上記第１端部２ａ−１の外面に接着剤１０を介して固定されている。下端側の第１固定部材１ａの第２端部１ａ−２は、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３と第２導電性高分子膜２ｂとの積層体の側部を乗り越えて、上記第２導電性高分子膜２ｂの上記第２端部２ｂ−２の外面に接着剤１３を介して固定されている。
【００４１】
同様に、第２固定部材１ｂは、図１Ｃと図１Ｄに示すように、第１固定部材１ａとは逆方向に向いた大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成されており、上端の横長の矩形の第１端部１ｂ−１と、下端の横長の矩形の第２端部１ｂ−２と、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とを連結する縦長の矩形の連結部１ｂ−３とを有している。第２固定部材１ｂは、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２と連結部１ｂ−３とが同一平面に含まれる平面的な構造ではなく、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とは異なる平面内に位置し、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とを連結部１ｂ−３で連結して構成している。より詳しくは、第２固定部材１ｂは、第１端部１ｂ−１を含む平面よりも、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけ、第２固定部材１ｂの厚さ方向に異なる平面に第２端部１ｂ−２が位置し、かつ、第１端部１ｂ−１と第２端部１ｂ−２とを連結部１ｂ−３で連結するように立体的に構成されている。一例として、ΔＴは後述するように、数十μｍ程度が好ましい。
【００４２】
さらに、図１Ｅ〜図１Ｇにおいて、上端側の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１は、上記第２導電性高分子膜２ｂの上記第１端部２ｂ−１の外面に接着剤１２を介して固定されている。下端側の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ−２は、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３と第２導電性高分子膜２ｂとの積層体の側部を乗り越えて、上記第１導電性高分子膜２ａの上記第２端部２ａ−２の外面に接着剤１１を介して固定されている。
【００４３】
上記したように、第１固定部材１ａ及び第２固定部材１ｂは、それぞれ、第１端部１ａ−１，１ｂ−１の内面（導電性高分子膜固定側の面）と第２端部１ａ−２，１ｂ−２の内面（導電性高分子膜固定側の面）との間の距離は、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけの間隔を確保するようにしている。その理由は、上記距離が上記合計寸法Ｔ以下の場合には、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとにより、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３とに圧力が加わった状態で、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３とが接することになり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがそれぞれ伸縮する際の抵抗が急増して、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのそれぞれの変位量が低下することが発生する。それを防止するために、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３との間及び第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３との間に、それぞれ又は合計数十μｍ程度の微小な間隙が存在する程度の接触が実現するように構成するのが望ましい。
【００４４】
ここで、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用することが多い。
【００４５】
図２Ａには、第１導電性高分子膜２ａの一端（例えば上端）及び他端（例えば下端）と、第２導電性高分子膜２ｂの一端（例えば上端）及び他端（例えば下端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３を備えて、アクチュエータ１４を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間に電位差を付与可能に構成している。アクチュエータ１４の駆動前においては、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとのそれぞれの剛性により、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがそれぞれ大略伸張された状態で保持されている。そのため、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂは座屈することなく、また第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの長手方向に対して垂直な方向（第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの厚み方向）からの外力Ｆ（図１Ｇ参照）に対しても、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの張力により一定に保持されている。
【００４６】
このような構成では、図２Ｂ及び図２Ｃのように、スイッチ３２をオンにすることにより、酸化還元反応により第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの変位により、アクチュエータ１４の外部へ駆動力を出力することができる。例えば、図２Ｂでは、図２Ａの状態と比較して、第１導電性高分子膜２ａがその長手方向沿いに膨張するとともに第２導電性高分子膜２ｂが長手方向沿いに収縮して、第１固定部材１ａが上昇する一方、第２固定部材１ｂが下降している。逆に、図２Ｃでは、図２Ａの状態と比較して、第１導電性高分子膜２ａがその長手方向沿いに収縮するとともに第２導電性高分子膜２ｂが長手方向沿いに膨張して、第１固定部材１ａが下降する一方、第２固定部材１ｂが上昇している。よって、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの上昇又は下降による変位により、アクチュエータ１４の外部へ駆動力を出力することができる。
【００４７】
なお、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとは、それぞれ絶縁材料であることが望ましく、ピーク材又はテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）が適しており、後述する第２実施形態のように、複数のアクチュエータ１４が隣接配置する構成を含めると、接触して動作する際の摩擦抵抗が小さいテフロン（登録商標）が最適である。また、後述するイオン液体に溶ける性質を持つアクリル等は、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの材料としては不適である。
【００４８】
また、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとは、それぞれ、膨張収縮の変位量が大きいことから、ポリピロールが使用することが多いが、長期的には空気中の酸素で酸化して導電性能が低下することが懸念されるので、ポリピロールよりも、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等のチオフェン系材料が望ましい。チオフェン系材料の場合、成膜プロセスとしては、キャスティングと電解重合との２種類が存在する。前者ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（スチレンスルホン酸のポリマー）を用いて水溶性の状態から乾燥することで成膜可能であり、後者ではＥＤＯＴ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）分子を含めた溶液中にて電気化学プロセスで合成して成膜が可能である。
【００４９】
また、接着剤１０，１１，１２，１３には、普及しているエポキシ系接着剤が多用できる。
【００５０】
また、電解質托体層３として、セパレータには電気二重層キャパシタ等に使用されるセルロースをベースにしたものを使用できる。また、電解質托体層３のイオン液体としては、ＢＭＩＭ・ＴＦＳＩ、つまり、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドがあるが、ポリピロール又はＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）での伸縮性能を向上するため、ＥＭＩ・ＴＦＳＩ、つまり、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドを使用することができる。
【００５１】
また、可変直流電源３３では、電解質托体層３の上記イオン液体の電位窓の関係で、±１．５Ｖ程度で使用することができる。この電圧は、使用する導電性高分子膜又はイオン液体の種類によって、その耐久性を加味して変えるべきものである。
【００５２】
なお、以上の材料は、一例であって、本発明は、これらに限定するものではない。
【００５３】
上記した第１実施形態の構成によれば、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの両端を第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとで固定していることにより、膨張と収縮の両方で常時にテンションを維持しつつ動作することができており、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの変位に関して、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することを可能とすることができる。
【００５４】
なお、第１実施形態において、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとを同じ長さで構成しているが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの厚さ又は材料が異なる組み合わせによって、酸化還元反応による第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と収縮の変位が等しくなるように構成されていることとしても良い。
【００５５】
なお、第１実施形態において、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの接続には、接着剤１０，１１，１２，１３を使用しているが、別途、接着剤を使用するのではなく、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのそれぞれの生成時のキャスティングプロセスにおける硬化時に、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとを接続するか、或いは、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの電気化学重合プロセスにおける析出時に、これらの接続を行うこととしても良い。或いは、別途部材を設けて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとを挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。
【００５６】
なお、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用すると説明したが、ビーズを混入させて潤滑性を維持しつつ電気的短絡を防止したり、或いはゲル化したイオン液体を使用して、セパレータを省略したりする方法でも良い。ゲル化にはＰＤＶＦ（ポリフッ化ビニリデン）を混入させる方法等が存在する。
【００５７】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１６の構成を示した図である。図３において、図１Ａ〜図１Ｇ及び図２Ａ〜図２Ｃと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５８】
図３Ａにおいて、第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１６は、以下のような構成としている。
【００５９】
すなわち、第１実施形態に記載の平板型導電性高分子アクチュエータ１４を１個の構成単位として、複数個のアクチュエータ１４を並列的に配置して、アクチュエータ１６を構成している。そして、複数個のアクチュエータ１４の各々を、上記電解質托体層３と同じ構成の連結用電解質托体層３Ａを介して接続している。さらに、隣接する少なくとも二つ以上の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の一方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１の外面と他方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とを接着剤１７にて接続する。また、一方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ−２の外面と他方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第２端部１ａ−２の外面とを接着剤１７にて接続する。この接着剤１７は、一例として、上記接着剤１０〜１３と同じ接着剤である。
【００６０】
図３Ａには、各平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａの他端（例えば下端）と第２導電性高分子膜２ｂの一端（例えば上端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３を備えて、各アクチュエータ１４、従ってアクチュエータ１６を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間のそれぞれに電位差を付与可能に構成している。
【００６１】
このような構成では、図３Ｂ及び図３Ｃのように、スイッチ３２をオンにすることにより、酸化還元反応により第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂの変位により、アクチュエータ１６の外部へ駆動力を出すことができる点は、第１実施形態と同様であるが、新しく隣接して、接着剤１７にて接続することにより、電解質托体層３Ａを介して対面する、隣接する２つのアクチュエータ１４のうちの一方のアクチュエータ１４の第２導電性高分子膜２ｂと他方のアクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａとの間でも電位差による酸化還元反応が生じることによって、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と伸縮の変位量を増加させることができる。ここでは、１つのアクチュエータ１４の一対の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの変位をδとし、その４対のアクチュエータ１４を接着剤１７でそれぞれ接続したことによって、δ×４＝４δに増加した変位が得られている。
【００６２】
図４Ａ及び図４Ｂには、増加した変位をアクチュエータ１６の外部へ駆動力として出すために、出力部４ａを設けたケーシング３４に、又は、出力部４ａと４ｂとを設けたケーシング３４に、それぞれアクチュエータ１６を収納した場合を示している。変位の大きさは、出力部４ａ、４ｂを設ける第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとにより異なる。
【００６３】
図４Ａでは、アクチュエータ１６の一端部（図４Ａでは左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ１６の他端部（図４Ａでは右端部）のアクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ−２の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ１６が駆動されると、アクチュエータ１６の変位により、出力部４ａがケーシング３４に対して図４Ａの上下方向に自在に移動する。
【００６４】
また、図４Ｂでは、アクチュエータ１６の一端部（図では左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ１６の他端部（図では右端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第２端部１ａ−２の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。また、アクチュエータ１６の一端部（図では左端部）から２番目のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｂを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ１６が駆動されると、アクチュエータ１６の変位により、出力部４ａと出力部４ｂとがケーシング３４に対してそれぞれ図４Ｂの上下方向に自在に移動する。
【００６５】
なお、図４Ｃには、１つのアクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの間に与える電位差の極性を、積層したアクチュエータ１８の全体のうちの半分の位置で、変えた組み合わせの事例である。すなわち、アクチュエータ１８は、上記したアクチュエータ１４と、電位差の極性を変えたアクチュエータ１４Ａとで構成されている。アクチュエータ１８の一端部（図４Ｃでは左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定している。アクチュエータ１８の他端部（図４Ｃでは右端部）のアクチュエータ１４Ａの第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定している。また、図４Ｃの左側の３個のアクチュエータ１４と右側の３個のアクチュエータ１４との連結部分である、左側から３番目のアクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ−１の外面と左側から４番目のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ−１の外面との接続部分に固定された出力部４ｃを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に長手方向沿いに突出させている。このように構成して、ケーシング３４に対して上下方向に自在に移動可能としている。図４Ｃに設けた全ての第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの枚数が図４Ａと比して２倍ではあるが、変位の増加効果はその半分（すなわち、１倍）となり、変位は図４Ａの出力部４ａと同様である。しかし、出力部４ｃでの駆動力は出力部４ａの２倍である。このような使い方も可能である事例である。
【００６６】
かかる構成によれば、接着剤１７で接続することによって、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂの個々の変位が加算されることにより、全体の変位量が増加することとなり、大きな変位を有する平板積層型導電性高分子アクチュエータ１８を提供することができる。
【００６７】
なお、第２実施形態において、１つの構成単位のアクチュエータ１４同士を接続するための接着剤１７として、接着剤を使用しているが、別途部材を設けて挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。すなわち、接着剤の変形例としては、第１実施形態で説明したような変形例を第２実施形態にも適用することが可能である。
【００６８】
なお、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用したが、ビーズを混入させて潤滑性を維持しつつ電気的短絡を防止したり、或いはゲル化したイオン液体を使用してセパレータを省略したりする方法でも良い。
【００６９】
（第３実施形態）
図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６の構成を示した図である。図５Ａ〜図５Ｆにおいて、図１Ａ〜図４Ｃと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７０】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄにおいて、第１実施形態にて設けた第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとが矩形板状の第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂでそれぞれ構成され、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの中にイオン液体がそれぞれ注入することによって電解質托体層３と同様な役割をそれぞれ果たす構成となっている。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの周辺部（例えば、長手方向沿いの長辺部分（図５Ａと図５Ｃの両側縁部分））３ａｓ、３ｂｓには硬化剤をそれぞれ含ませて強度を増加させて、座屈等を防ぐ構成となっている。ここで、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄに示した、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの幅方向の周辺部（例えば、幅方向沿いの短辺部分（図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄの上端部分））３ａｄと３ｂｄには硬化剤を含ませており、この硬化剤については、後述する。
【００７１】
次に、図５Ｆのように、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのジクザク状の接続には、接着剤４０、４１、４２を使用し、特に、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａの接続では、その間隔を維持するために、スペーサ５を介して、接着剤４３で接続している。すなわち、図５Ｆにおいて、第１導電性高分子膜２ａの下端部の内面と第１多孔質部材３ａの下端部の外面とを接着剤４０を介して接続している。第１多孔質部材３ａの上端部の硬化剤含有の幅方向の周辺部３ａｄの内面と第２導電性高分子膜２ｂの上端部の対向面とを接着剤４１を介して接続している。第２導電性高分子膜２ｂの下端部の外面と第２多孔質部材３ｂの下端部の内面とを接着剤４２を介して接続している。スペーサ５と、第１多孔質部材３ａの上端と第２導電性高分子膜２ｂの上端との間に隙間１９を確保した上で、スペーサ５の一方の外面に第１導電性高分子膜２ａの上端部の内面を接着剤４３を介して接続している。スペーサ５の他方の外面に第２多孔質部材３ｂの上端部の内面を接着剤４４を介して接続している。よって、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとは長手方向の寸法が大略同じであり、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａとは長手方向の寸法が大略同じであり、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとの長手方向の寸法は、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａとの長手方向の寸法より短く構成されている。第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法は同じであり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの幅方向の寸法は同じであり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの幅方向の寸法は、第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法より小さく構成している。スペーサ５の幅方向の寸法は第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法と同じに構成している。スペーサ５の厚さは、第１多孔質部材３ａの厚さと第２導電性高分子膜２ｂの厚さと接着剤４０，４１，４２の厚さとの合計厚さと大略同じか、それ以上（例えば、数十μｍ程度だけ大きい寸法）としている。これについては、後述する。
【００７２】
また、図５Ｆにおいて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの変位量が等しいことが重要である。そのために、各々の部材の材料、膜の厚さも、変位量に影響を受けるパラメータであるが、最も大きく影響するのは、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂとの接触している長さである。図５Ｆに２本の破線Ｄで示した間隔ＤＤが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが伸縮する部分（言い換えれば、接着剤で接着固定されてる部分を除く伸縮可能な部分）の長さを示している。接着剤４０、４１、４２の存在する部分では、イオン液体の通過が困難であり、かつ、固定されているために伸縮も不可能である。また、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの、硬化剤を含む両側縁部分３ａｓ、３ｂｓには、イオン液体が存在し得ない。そこで、間隔ＤＤ以外の部分での伸縮を防止するために、第１多孔質部材３ａにおける第２導電性高分子膜２ｂとの接着剤４１による接続部分（すなわち、第１多孔質部材３ａの上端部の幅方向の周辺部）３ａｄ内には、硬化剤を含ませている。その結果、間隔ＤＤのみが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがイオン液体と接して伸縮することが可能な長さであり、この長さの部分の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの変位量で、第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６が駆動することができるようになる。
【００７３】
さらに、この間隔ＤＤでの伸縮作用を、後述する図７Ａ〜図７Ｃに示すように複数のアクチュエータ４６を隣接して配置して１つのアクチュエータ４７を構成する場合にも有効とするために、図５Ｆに示すように、第２多孔質部材３ｂにおける、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとを接着剤４１で接続する部分（第２導電性高分子膜２ｂの上端部分）に対向する部分３ｂｄ内に硬化剤を含ませている。なお、図７Ａ〜図７Ｃに示すように複数のアクチュエータ４６を隣接して配置しない場合には、図６Ａなどに示すように、部分３ｂｄ内に硬化剤を含ませる必要は無い。
【００７４】
図６Ａには、スイッチ３２と可変直流電源３３とを備えて、図５Ｆのアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間に電位差を付与可能な構成を示している。すなわち、平板型導電性高分子アクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの長手方向の両端（例えば上下端）と第２導電性高分子膜２ｂの長手方向の両端（例えば上下端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３とを備えて、アクチュエータ４６を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間のそれぞれに電位差を付与可能に構成している。
【００７５】
このような構成では、図６Ｂ及び図６Ｃのように、酸化還元反応により、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、図６Ａ〜図６Ｃに示したように、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの変位により、アクチュエータ４６の外部へ駆動力を出力することができる点は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
【００７６】
また、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、複数のアクチュエータ４６を並列して隣接して配置し、板状の剛性のあるリンク部材６にて、隣接する一対のアクチュエータ４６のうちの一方のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂと他方のアクチュエータ４６の第１多孔質部材３ａとを接続するように構成することもできる。
【００７７】
このような構成によっては、隣接する一対のアクチュエータ４６のうちの一方のアクチュエータ４６（例えば、左端のアクチュエータ４６）の第２多孔質部材３ｂを介して対面する、一方のアクチュエータ４６（例えば、左端のアクチュエータ４６）第２導電性高分子膜２ｂと、他方のアクチュエータ４６（例えば、左端から２番目のアクチュエータ４６）の第１導電性高分子膜２ａとの間でも電位差による酸化還元反応が生じる。このことによって、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と伸縮の変位量は増加する。ここでは、１つのアクチュエータ４６の一対の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの変位をδとし、その４対のアクチュエータ４６をリンク部材６でそれぞれ接続したことによって、δ×４＝４δに増加した変位が得られている。
【００７８】
なお、図７Ａ〜図７Ｃの可変直流電源３３からの配線においては、図６Ａ〜図６Ｃの場合と異なり、各アクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの長手方向の一端（例えば上端）と各アクチュエータ４６の第２導電性高分子膜２ｂの長手方向の他端（例えば下端）との片方のみに、スイッチ３２と可変直流電源３３とを接続している。これは配線が増加することにより、＋或いは−の各配線の短絡を防止するために行っているが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが十分な導電性を有するため、変位量への影響は小さい。
【００７９】
なお、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂのそれぞれの材料としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等をベースにした、０．１μｍ〜０．５μｍの開口率を有するフィルタ材料等が使用可能である。ここでは、一例として、０．４５μｍの開口率のものを使用することができる。また、同様なフィルタ材料としてはテフロン（登録商標）も存在するが、後述する硬化剤又は接着剤の選択が困難となってくる。
【００８０】
また、硬化剤を含む両側縁部分３ａｓ、３ｂｓを形成するための硬化剤としては、接着剤４０、４１、４２、４３と同様に、前述した接着剤１０，１１，１２，１３と同じように、普及しているエポキシ系接着剤を使用することができる。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの幅方向の周辺部３ａｄと３ｂｄの硬化剤も同様に、エポキシ系接着剤を使用することができる。
【００８１】
また、接着剤４４も同様に、エポキシ系接着剤を使用することができる。
【００８２】
また、スペーサ５及びリンク部材６としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）の板材を使用することができるが、多孔質のフィルタでも代用可能である。
【００８３】
なお、第１実施形態と同じ材料については省略している。
【００８４】
以上の材料は、一例であって、本発明は、これらに限定するものではない。
【００８５】
かかる構成によれば、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとが第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂでそれぞれ構成され、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂが電解質托体層３を兼ねることによって、電解質托体層３を無くすことできて、構成部品が減少することにより、アクチュエータ全体の厚さが減少することとなり、積層して大きな変位を有する構成でも、全体の厚さを薄くすることができる平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６を提供することができる。さらに、隣接する平板積層型導電性高分子アクチュエータを増加させることにより、個々の変位が加算されることにより、全体の変位量が増加することとなり、大きな変位を有する平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６を提供することができる。
【００８６】
その結果、第３実施形態での平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６の駆動力をアクチュエータ４６の外部へ出す構成として図８Ａ〜図８Ｃに示す。すなわち、図８Ａ〜図８Ｃには、上記した大きな変位をアクチュエータ４６の外部へ駆動力として出すために、出力部４ａ又は４ｂ又は４ｃを設けたケーシング３４に、それぞれアクチュエータ４６を収納した場合を示している。変位の大きさは、出力部４ａを設ける第２多孔質部材３ａと、出力部４ａ及び４ｂを設ける第２多孔質部材３ａと、出力部４ｃを設けるリンク部材６とにより異なる。
【００８７】
図８Ａでは、アクチュエータ４７の一端部（図８Ａでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ａでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの他端部（下端部）の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ４６が駆動されると、アクチュエータ４６の変位により、出力部４ａがケーシング３４に対して図８Ａの上下方向に自在に移動する。
【００８８】
また、図８Ｂでは、アクチュエータ４６の一端部（図８Ｂでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ｂでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの他端部（下端部）の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。また、アクチュエータ４７の一端部（図８Ｂでは左端部）から２番目のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの一端部（図８Ｂでは上端）に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｂを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ４７が駆動されると、アクチュエータ４７の変位により、出力部４ａと出力部４ｂとがケーシング３４に対してそれぞれ図８Ｂの上下方向に自在に移動する。
【００８９】
図８Ｃには、アクチュエータ４６の一端部（図８Ｂでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ｂでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定している。また、アクチュエータ４７の一端部（図８Ｂでは左端部）から３番目のアクチュエータ４６のリンク部材６に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｃを、ケーシング３４の開口３４ｃからケーシング３４の外部に下向きに突出させている。よって、アクチュエータ４７が駆動されると、アクチュエータ４７の変位により、出力部４ｃがケーシング３４に対してそれぞれ図８Ｃの上下方向に自在に移動する。
【００９０】
このように構成することにより、前述の第２実施形態における図４Ａ〜図４Ｃとは異なり、平板積層型導電性高分子アクチュエータ全体の厚さが薄くなっていることによって、ケーシング３４も薄くなっていることも大きな特徴である。
【００９１】
なお、第３実施形態において、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの接続には、接着剤４０、４１、４２、４３を使用しているが、別途、接着剤を使用するのではなく、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの生成時のキャスティングプロセスにおける硬化時に接続するか、或いは第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気化学重合プロセスにおける析出時に接続することとしても良い。或いは、別途部材を設けて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂとを挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。
【００９２】
また、図５Ｄに示したスペーサ５の厚さに関して記載するが、図５Ｆの構成において、第１導電性高分子膜２ａと第２多孔質部材３ｂとの間に存在する第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとの合計厚さ以上が望ましい。その合計厚さ未満の場合には、第１導電性高分子膜２ａと、第１多孔質部材３ａと、第２導電性高分子膜２ｂと、第２多孔質部材３ｂとが、圧力が加わった状態で接することになり、伸縮する際の抵抗が急増して変位量が低下することが発生する。それを防止するために、各々の間隙として数十μｍ程度の微小な間隙が存在する程度の接触が実現するように構成するのが望ましい。
【００９３】
第３実施形態の１つの実例では、第１実施形態と同様に、厚さ１５μｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。また、多孔質部材３ａ、３ｂには多孔質のテフロン（登録商標）材料を用いることで、厚さは約１００μｍである。つまり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍである。さらに上記の数十μｍ程度の微小な間隙が存在するように配慮することから、図５Ｅの構成で厚さは２３０μｍに２０μｍ加えて、２５０μｍである。
【００９４】
なお、第１及び第２多孔質部材３ａ，３ｂの周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含ませて構成しているが、強度の向上による座屈の防止のために、別部材を第１若しくは第２多孔質部材３ａ若しくは３ｂの表面に設けた構成としても良い。
【実施例１】
【００９５】
図９Ａには、ロボットハンド９０に関する特許第３７２３８１８号における図３Ａを引用したものである。駆動源となるアクチュエータ３−１、３−２、３−３が記載されているが、これらのアクチュエータの部品として、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの一例である前述の図４Ａから図４Ｃで示したような構成、特に図４Ｃの組み合わせを基本的な構成で使用することで、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、大きな応力を提供することが省スペースで実現可能である。
【００９６】
具体的には、図９Ｂ及び図９Ｃに示した平面型多関節駆動機構のようにアクチュエータ３−１、３−２が伸縮することにより、指１００を曲げたり伸ばしたり可能となる。この構成において、後述するように平板積層型導電性高分子アクチュエータとして応力又は変位量の増加が必要であるが、さらにここでは骨材１−１、１−２、１−３と、連結部材２を有しており、その厚さ方向のトルクにより、指１００を屈曲させている。
【００９７】
より詳細な説明として、図９Ｄに示したように、図９Ｂ及び図９Ｃの平面型多関節駆動機構をモデル化して実寸を記入している。このモデルにおいて、実際の設計数値の一例について説明する。このロボットハンドにより、軽重量物として１００ｇｆのものを把持するとする。この際に必要な把持力は、ロボットハンドの表面素材にも依存するが、約２０ｇｒと想定した。その結果、荷重と支点間の距離５０ｍｍに対して、厚さ方向の支点間の距離２．５ｍｍから平面型多関節駆動機構における変位拡大率は、２０倍とみなせる。よって、応力は２０分の一になるため、把持力２０ｇｆを出力するには、アクチュエータ３−２からは、４００ｇｆの応力が必要となる。逆に、把持するための必要変位量を１関節当たり１０ｍｍ程度と仮定し、アクチュエータ３−２の変位量は２０分の一の０．５ｍｍだけでよい。
【００９８】
一方、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、図４Ｃの構成を用いた。ただし、把持に必要な応力と変位量のために、図４Ｃにおいては図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ３個を図３Ａの構成で、それら２組を図４Ｃの構成にすることで、変位量３倍、応力２倍にしていたが、図９Ｄにおいては、図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１０個を図３Ａの構成で、その５組を図４Ｃの構成にすることで、変位量１０倍の０．５ｍｍ、応力は５倍の４００ｇｆに設計した。なお、ここで導電性高分子膜の一例としての応力は幅５ｍｍにて約４０ｇｆは得られるので、今回の図９Ａでは幅が２倍の１０ｍｍを適用し約８０ｇｆとし、さらに電圧印加時の発生変位は約２．０％とし、図１の長さ２５ｍｍの場合にδは約５００μｍの変位量、つまり図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータが一組で、変位量はδの０．０５ｍｍの変位量が得られるものとした。なお、変位量に関しては、加えられる外力としての応力、および電圧印加する時間に依存するが、ここでは主に電圧印加する時間に大きく影響を受けたので、その時間は１秒以上１分以内で許容しつつ所定の変位量に達成した時間で制御することとして行った。
【００９９】
以上の一例において、使用される平板積層型導電性高分子アクチュエータの概寸は、幅は１０ｍｍ、長手方向は約５０ｍｍ強であるが、厚さ方向は１４ｍｍ程度となる。厚さに関しては、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍ、電解質托体層３は厚さ４０μｍであり、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂは各々の厚さが１００μｍのテフロン（登録商標）シートを使用し、前述の数十μｍ程度の余裕を加えてたことから、図１の構成で厚さは２９０μｍであった。その構成の厚さ２９０μｍのもの１０個を５組、つまり５０個使用するので、トータルの厚さは約１５ｍｍとなっている。人の手のサイズと比し、少し長く太い指１００にて、ロボットハンド９０が実現できた。
【０１００】
また、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、図５Ｅの構成を用いた場合には、厚さ方向は薄くできた。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂには多孔質のテフロン（登録商標）材料を用いることで、厚さは約１００μｍである。つまり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍである。さらに前述した数十μｍ程度の微小な間隙が存在するように配慮することから、図５Ｅの構成で厚さは２３０μｍに２０μｍ加えて、２５０μｍであった。その構成の厚さ２５０μｍのもの１０個を５組、つまり５０個使用するので、トータルの厚さは約１３ｍｍとなった。
【０１０１】
さらに、図９Ａにおいて指１００は２本が対面して計４本の構成であるが、人間の手のように親指と概略対面して４本の指が並んでおり、親指が変位は小さいが応力が必要となり、概略対面する４本は変位量は大きい場合が考えられる。この構成では、親指に応力重視の平板積層型導電性高分子アクチュエータを使用し、他の指は応力は４分の一で良いので変位量を４倍にして、手として全体をバランスさせることも考えられる。その場合にも、親指に概略対面する他の４本すべてが必ずしも同時に動作する必要性もなく、電圧制御により人差し指から小指に向けて順に電圧を印加することも可能である。さらに、各々の指においても関節があり、根元から順に先端を変位させることなども容易に実現可能である。
【０１０２】
なお、親指等で指の幅に余裕があり、かつ非常に大きな応力が必要な場合には、平板積層型導電性高分子アクチュエータを、単純に導電性高分子膜の幅の方向に並列に設置することで、応力は設置数に応じ比例して増大できることは言うまでもない。
【０１０３】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータは、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により変位を拡大、或いは応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により省エネ、省スペースな効率的駆動が可能なアクチュエータを得ることができるものであり、人工筋肉アクチュエータ等として有用であるとともに、それを用いてロボットのロボットアーム又はロボットハンドの駆動部等として有用である。また、前述の特性に加えて、静音、軽量、省電力であることから、ノートパソコン又は携帯電話の冷却用ポンプの駆動部として、或いはモバイル端末機器のレンズアクチュエータ等の用途にも応用できる。
【０１０５】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜とが同じ長さであり、
上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材とが同じ長さであり、
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜との長さは、上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材との長さより短い、請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、請求項１又は２に記載の平板型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項６】
上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さで構成している請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
隣接する少なくとも二つ以上の上記平板型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2011036861.tif 000048
【図１Ｂ】
2011036861.tif 000049
【図１Ｃ】
2011036861.tif 000050
【図１Ｄ】
2011036861.tif 000051
【図１Ｅ】
2011036861.tif 000052
【図１Ｆ】
2011036861.tif 000053
【図１Ｇ】
2011036861.tif 000054
【図２Ａ】
2011036861.tif 000055
【図２Ｂ】
2011036861.tif 000056
【図２Ｃ】
2011036861.tif 000057
【図３Ａ】
2011036861.tif 000058
【図３Ｂ】
2011036861.tif 000059
【図３Ｃ】
2011036861.tif 000060
【図４Ａ】
2011036861.tif 000061
【図４Ｂ】
2011036861.tif 000062
【図４Ｃ】
2011036861.tif 000063
【図５Ａ】
2011036861.tif 000064
【図５Ｂ】
2011036861.tif 000065
【図５Ｃ】
2011036861.tif 000066
【図５Ｄ】
2011036861.tif 000067
【図５Ｅ】
2011036861.tif 000068
【図５Ｆ】
2011036861.tif 000069
【図６Ａ】
2011036861.tif 000070
【図６Ｂ】
2011036861.tif 000071
【図６Ｃ】
2011036861.tif 000072
【図７Ａ】
2011036861.tif 000073
【図７Ｂ】
2011036861.tif 000074
【図７Ｃ】
2011036861.tif 000075
【図８Ａ】
2011036861.tif 000076
【図８Ｂ】
2011036861.tif 000077
【図８Ｃ】
2011036861.tif 000078
【図９Ａ】
2011036861.tif 000079
【図９Ｂ】
2011036861.tif 000080
【図９Ｃ】
2011036861.tif 000081
【図９Ｄ】
2011036861.tif 000082
【図１０Ａ】
2011036861.tif 000083
【図１０Ｂ】
2011036861.tif 000084
【図１０Ｃ】
2011036861.tif 000085
【図１１Ａ】
2011036861.tif 000086
【図１１Ｂ】
2011036861.tif 000087
【図１１Ｃ】
2011036861.tif 000088
【図１２】
2011036861.tif 000089
【図１３Ａ】
2011036861.tif 000090
【図１３Ｂ】
2011036861.tif 000091
【図１３Ｃ】
2011036861.tif 000092
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月10日(2011.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜とが同じ長さであり、
上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材とが同じ長さであり、
上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜との長さは、上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材との長さより短い、請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項６】
上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さで構成している請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
隣接する少なくとも二つ以上の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
特許文献４の方法では、図１３Ａと図１３Ｂに示したように、伸長と収縮の両方で、伸長方向および収縮方向の剛性を維持して変位量を拡大できている。しかし、これは圧電と呼ばれる固体を使用している場合であり、もし導電性高分子膜を用いて構成した場合には、図１３Ｃに示したように、座屈するという欠点がある。導電性高分子膜が固体ではなく、膜状のため、両端から引張時はテンションが掛かるが、逆に両端から圧縮応力が掛かる場合には座屈してしまうためである。つまり、図１３Ａの構成では、伸張方向も収縮方向も剛性を維持できない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
本発明の第３態様によれば、上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、第１又は２の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明の第４態様によれば、第１〜３のいずれかの態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。なお、第１〜第４態様は、第３実施形態において詳述している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
本発明の第５態様によれば、電解質托体層と、
上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。なお、第５態様は、第１実施形態において詳述している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明の第７態様によれば、第５又は６の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
隣接する少なくとも二つ以上の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。なお、第６，７態様は、第２実施形態において詳述している。
【国際調査報告】
2011036861.tif 000093
2011036861.tif 000094