(57)【要約】【課題】電極層の導電性の低下を抑制する高分子アクチュエータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】イオン液体１４ｂとポリマー１４ａとの混合体１４を有する電解質層１３と、電解質層１３の一面側に配置された第１電極層１１と、電解質層１３の他面側に配置された第２電極層１２と、を備え、第１電極層１１および第２電極層１２は、混合体１４および導電体１１ａ、１２ａを有し、第１電極層１１および第２電極層１２のうち少なくとも一方は、導電体１１ａ、１２ａが多孔質金属で構成されており、電解質層１３の側の面と、電解質層１３とは反対側の面とが、連続した多孔質金属を介して電気的に接続されている。【選択図】図２
2018117453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン液体（１４ｂ）とポリマー（１４ａ）との混合体（１４）を有する電解質層（１３）と、
前記電解質層の一面側に配置された第１電極層（１１）と、
前記電解質層の他面側に配置された第２電極層（１２）と、を備え、
前記第１電極層および前記第２電極層は、前記混合体および導電体（１１ａ、１２ａ）を有し、
前記第１電極層および前記第２電極層のうち少なくとも一方は、前記導電体が多孔質金属で構成されており、前記電解質層の側の面と、前記電解質層とは反対側の面とが、連続した前記多孔質金属を介して電気的に接続されている高分子アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１電極層と前記第２電極層との間に電位差が生じたとき、前記第１電極層および前記第２電極層のうち電位の低い方の側に凸となるように変形する請求項１に記載の高分子アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１電極層および前記第２電極層のうち、前記導電体が多孔質金属で構成されている電極層において、前記混合体は、該多孔質金属に形成された細孔の内部を通って該電極層を厚さ方向に貫通している請求項１または２に記載の高分子アクチュエータ。
【請求項４】
前記多孔質金属は、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、金、銀、ステンレス鋼、または、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、金、銀、ステンレス鋼のいずれかを主成分とする合金で形成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の高分子アクチュエータ。
【請求項５】
前記第１電極層および前記第２電極層のうち、前記導電体が多孔質金属で構成された電極層の抵抗率は、１×１０−３Ω・ｍ以下である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の高分子アクチュエータ。
【請求項６】
前記電解質層において、前記ポリマーの間に前記イオン液体の移動経路が形成されており、
前記移動経路は、直径が１μｍ以下である請求項１ないし５のいずれか１つに記載の高分子アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１電極層と前記第２電極層に電圧を印加するときの耐電圧が１０Ｖ以上である請求項１ないし６のいずれか１つに記載の高分子アクチュエータ。
【請求項８】
イオン液体（１４ｂ）とポリマー（１４ａ）との混合体（１４）を有する電解質層（１３）と、前記電解質層の一面側に配置された第１電極層（１１）と、前記電解質層の他面側に配置された第２電極層（１２）と、を備える高分子アクチュエータの製造方法であって、
前記第１電極層を形成することと、
前記混合体を含む液体を前記第１電極層の上にキャストし、前記第１電極層の上にキャストされた液体の溶媒を揮発させることにより前記電解質層を形成することと、
前記第２電極層を形成することと、を備え、
前記第１電極層を形成すること、および、前記第２電極層を形成することのうち、少なくともいずれか一方では、前記電解質層の側の面と前記電解質層とは反対側の面とが連続した多孔質金属で構成される導電体（１１ａ、１２ａ）で電気的に接続されるように、前記多孔質金属の内部に前記混合体をキャストし、前記混合体の溶媒を揮発させることにより電極層を形成する高分子アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
イオン液体（１４ｂ）とポリマー（１４ａ）との混合体（１４）を有する電解質層（１３）と、前記電解質層の一面側に配置された第１電極層（１１）と、前記電解質層の他面側に配置された第２電極層（１２）と、を備える高分子アクチュエータの製造方法であって、
第１流路（２１）、第２流路（２２）、および第３流路（２３）が内部に形成され、前記第３流路の流出口（２３ｂ）が前記第１流路の流出口（２１ｂ）と前記第２流路の流出口（２２ｂ）との間に配置されたダイ（２０）を用意することと、
前記第１流路の供給口（２１ａ）に前記第１電極層の材料を供給することと、
前記第２流路の供給口（２２ａ）に前記第２電極層の材料を供給することと、
前記第３流路の供給口（２３ａ）に前記電解質層の材料を供給することと、
前記第１流路、前記第２流路、前記第３流路の供給口から流出口へ向かって前記第１電極層、前記第２電極層、前記電解質層の材料を押し出すことにより、前記第１電極層、前記電解質層、前記第２電極層の積層構造を形成することと、を備え、
前記第１電極層の材料および前記第２電極層の材料のうち少なくともいずれか一方は、前記混合体、および、多孔質金属で構成された導電体（１１ａ、１２ａ）を含み、
前記積層構造を形成することでは、前記第１電極層および前記第２電極層のうち少なくともいずれか一方において、前記電解質層の側の面と前記電解質層とは反対側の面とが連続した前記多孔質金属で電気的に接続されるように、前記第１電極層、前記第２電極層、前記電解質層の材料を押し出す高分子アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子アクチュエータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポリマーおよびイオン液体を含む電解質層と、電解質層を挟んで互いに対向する２つの電極層とを備える高分子アクチュエータが提案されている。２つの電極層の間に電位差が発生すると、イオン液体に含まれる陽イオンがマイナス側の電極層に移動し、陰イオンがプラス側の電極層に移動する。そして、各電極層は、入り込んだイオンの量に応じて膨張する。これにより、高分子アクチュエータが変形させられる。
【０００３】
このような高分子アクチュエータに関して、例えば特許文献１では、電極層に多孔質のポリマー繊維が含まれた高分子アクチュエータが提案されている。このポリマー繊維には導電体材料が含まれており、複数のポリマー繊維が互いに接触することで電極層の導電性が確保される。そして、ポリマー繊維間の空隙や、ポリマー繊維内の孔にイオンを入り込ませることにより、電極層の変形量の増加を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２５０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の高分子アクチュエータでは、複数のポリマー繊維が互いに接触することで電極層の導電性が確保される。そのため、電極層への電圧の印加によりイオンが移動し、ポリマー繊維の間に入り込むと、複数のポリマー繊維が互いに離された状態となり、電極層の導電性が低下する。また、これにより、変位速度が低下する。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、電極層の導電性の低下を抑制する高分子アクチュエータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、イオン液体（１４ｂ）とポリマー（１４ａ）との混合体（１４）を有する電解質層（１３）と、電解質層の一面側に配置された第１電極層（１１）と、電解質層の他面側に配置された第２電極層（１２）と、を備え、第１電極層および第２電極層は、混合体および導電体（１１ａ、１２ａ）を有し、第１電極層および第２電極層のうち少なくとも一方は、導電体が多孔質金属で構成されており、電解質層の側の面と、電解質層とは反対側の面とが、連続した多孔質金属を介して電気的に接続されている。
【０００８】
これによれば、電極層に電圧が印加され、多孔質金属の内部の細孔にイオンが入り込んで多孔質金属が変形しても、電極層のうち電解質層の側の面と電解質層とは反対側の面とが電気的に接続された状態が維持される。したがって、電極層の導電性の低下を抑制することができる。
【０００９】
また、請求項８に記載の発明では、イオン液体（１４ｂ）とポリマー（１４ａ）との混合体（１４）を有する電解質層（１３）と、電解質層の一面側に配置された第１電極層（１１）と、電解質層の他面側に配置された第２電極層（１２）と、を備える高分子アクチュエータの製造方法であって、第１電極層を形成することと、混合体を含む液体を第１電極層の上にキャストし、第１電極層の上にキャストされた液体の溶媒を揮発させることにより電解質層を形成することと、第２電極層を形成することと、を備え、第１電極層を形成すること、および、第２電極層を形成することのうち、少なくともいずれか一方では、電解質層の側の面と電解質層とは反対側の面とが連続した多孔質金属で構成される導電体（１１ａ、１２ａ）で電気的に接続されるように、多孔質金属の内部に混合体をキャストし、混合体の溶媒を揮発させることにより電極層を形成する。
【００１０】
このように、第１電極層の上に電解質層、第２電極層を形成し、少なくともいずれか一方の電極層を、多孔質金属の内部に混合体をキャストし、溶媒を揮発させることで製造することにより、電解質層の側の面と電解質層とは反対側の面とが連続した多孔質金属で電気的に接続された電極層を備える高分子アクチュエータを製造することができる。
【００１１】
そして、このように製造された高分子アクチュエータでは、電極層に電圧が印加され、多孔質金属の内部の細孔にイオンが入り込んで多孔質金属が変形しても、電極層のうち電解質層の側の面と電解質層とは反対側の面とが電気的に接続された状態が維持される。したがって、電極層の導電性の低下を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項９に記載の発明では、イオン液体（１４ｂ）とポリマー（１４ａ）との混合体（１４）を有する電解質層（１３）と、電解質層の一面側に配置された第１電極層（１１）と、電解質層の他面側に配置された第２電極層（１２）と、を備える高分子アクチュエータの製造方法であって、第１流路（２１）、第２流路（２２）、および第３流路（２３）が内部に形成され、第３流路の流出口（２３ｂ）が第１流路の流出口（２１ｂ）と第２流路の流出口（２２ｂ）との間に配置されたダイ（２０）を用意することと、第１流路の供給口（２１ａ）に第１電極層の材料を供給することと、第２流路の供給口（２２ａ）に第２電極層の材料を供給することと、第３流路の供給口（２３ａ）に電解質層の材料を供給することと、第１流路、第２流路、第３流路の供給口から流出口へ向かって第１電極層、第２電極層、電解質層の材料を押し出すことにより、第１電極層、電解質層、第２電極層の積層構造を形成することと、を備え、第１電極層の材料および第２電極層の材料のうち少なくともいずれか一方は、混合体、および、多孔質金属で構成された導電体（１１ａ、１２ａ）を含み、積層構造を形成することでは、第１電極層および第２電極層のうち少なくともいずれか一方において、電解質層の側の面と電解質層とは反対側の面とが連続した多孔質金属で電気的に接続されるように、第１電極層、第２電極層、電解質層の材料を押し出す。
【００１３】
このようなダイ法によっても、電解質層の側の面と電解質層とは反対側の面とが連続した多孔質金属で電気的に接続された電極層を備える高分子アクチュエータを製造することができる。
【００１４】
そして、このように製造された高分子アクチュエータでは、電極層に電圧が印加され、多孔質金属の内部の細孔にイオンが入り込んで多孔質金属が変形しても、電極層のうち電解質層の側の面と電解質層とは反対側の面とが電気的に接続された状態が維持される。したがって、電極層の導電性の低下を抑制することができる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態にかかる高分子アクチュエータの断面図である。
【図２】図１中の領域Ｒの拡大断面模式図である。
【図３】高分子アクチュエータの製造工程を示す断面図である。
【図４】高分子アクチュエータの製造工程を示す断面図である。
【図５】高分子アクチュエータの動作を示す説明図である。
【図６】印加電圧と変位の所要時間との関係を示すグラフである。
【図７】電極層の抵抗値と変位速度との関係を示すグラフである。
【図８】高分子アクチュエータの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態にかかる高分子アクチュエータ１０は、第１電極層１１と、第２電極層１２と、電解質層１３とを備えている。高分子アクチュエータ１０は、例えば一面およびその反対面となる他面を有する板状もしくは短冊状に構成されており、一面側に第１電極層１１が構成され、他面側に第２電極層が構成されている。そして、第１電極層１１と第２電極層１２との間に所望の電位差を発生させることで使用される。高分子アクチュエータ１０は、例えば、自動車の空調装置における空気流の制御ドアに用いられる。
【００１９】
図２に示すように、第１電極層１１および第２電極層１２は、導電体１１ａ、１２ａを備えている。具体的には、第１電極層１１および第２電極層１２は、それぞれ、後述するポリマー１４ａとイオン液体１４ｂとの混合体１４中に、導電体１１ａ、１２ａを配置することで構成されている。
【００２０】
導電体１１ａ、１２ａは、内部に多数の細孔が形成された多孔質金属で構成されている。例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、金、銀、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、または、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、金、銀、ＳＵＳのいずれかを主成分とする合金等でこの多孔質金属を構成することができる。導電体１１ａ、１２ａを構成する多孔質金属の内部の細孔には混合体１４が形成され、この混合体１４中に後述するイオン液体１４ｂが入り込める状態となっている。混合体１４は、多孔質金属に形成された細孔の内部を通って第１電極層１１、第２電極層１２を厚さ方向に貫通している。
【００２１】
なお、イオン液体１４ｂが導電体１１ａ、１２ａにより多く入り込み、高分子アクチュエータ１０の変位や発生力が大きくなるように、導電体１１ａ、１２ａそれぞれにおいて細孔の占める割合を４０％以上とすることが好ましい。
【００２２】
また、細孔の占める割合は、第１電極層１１、第２電極層１２の導電性を確保することも考慮して定められ、導電体１１ａ、１２ａを構成する多孔質金属の材料の導電性が高いほど、細孔の割合を高くすることができる。例えば、多孔質金属を銅で構成した場合、細孔の割合を９９％としても導電性を確保することができる。
【００２３】
このように、導電体１１ａ、１２ａそれぞれにおいて細孔の占める割合は、４０％以上９９％以下であることが好ましい。本実施形態では、導電体１１ａ、１２ａの密度は１０％程度とされており、細孔の占める割合は９０％程度とされている。また、第１電極層１１、第２電極層１２の厚さはそれぞれ０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００２４】
図２に示すように、電解質層１３は、ポリマー１４ａおよびイオン液体１４ｂの混合体１４中に添加剤１３ａが含まれた構成とされている。本実施形態では、電解質層１３の厚さは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とされている。
【００２５】
ポリマー１４ａは、イオン液体１４ｂの移動を可能とする媒体であり、表面が負に帯電している。ポリマー１４ａは、例えば、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロスルホン酸（ナフィオン（登録商標））、ポリビリニデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリマーで構成される。
【００２６】
これらのうち、ナフィオンはＳＯ３−を含むため表面が負に帯電している。一方、ＰＶＤＦ、ＰＭＭＡは負に帯電していないが、ポリマー１４ａをＰＶＤＦ、ＰＭＭＡで構成した場合にも、ナフィオンのＳＯ３−に相当する構成をポリマー１４ａに加えることにより、ポリマー１４ａの表面を負に帯電させることができる。
【００２７】
イオン液体１４ｂは、高分子アクチュエータ１０の駆動に用いられる物質であり、第１電極層１１と第２電極層１２との間に電位差が発生したときにポリマー１４ａと添加剤１３ａとの間の隙間を移動する移動媒体である。本実施形態では、電解質層１３におけるイオン液体１４ｂの体積占有率は、４０％以上７０％以下とされている。
【００２８】
イオン液体１４ｂとしては、例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムチオシアン酸を用いることができる。このようなイオン液体１４ｂは、混合体１４中においてイオン分解された状態で存在し、化学式１で示されるような１−エチル−３−メチルイミダゾリウムにて構成される陽イオンと、化学式２で示されるようなチオシアン酸にて構成される陰イオンとなっている。本実施形態では、イオン液体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウムチオシアン酸を挙げたが、揮発することがない液体であれば材質は問わない。
【００２９】
【化１】
2018117453.tif 000003
【００３０】
【化２】
2018117453.tif 000004
【００３１】
添加剤１３ａは、等電点が７以下の絶縁物であり、本実施形態では、シリカにより構成されている。シリカの等電点は４程度であり、イオン液体１４ｂはｐＨが７程度であるため、添加剤１３ａは、電解質層１３において負に帯電している。また、添加剤１３ａは、直径が１μｍ以上かつ電解質層１３の厚み以下とされている。
【００３２】
添加剤１３ａは、イオン液体１４ｂが移動する経路壁面の負の帯電量を増加させて、後述する電気浸透流を促進する役割を果たすとともに、第１電極層１１と第２電極層１２との間の絶縁を保つ役割を果たす。なお、添加剤１３ａを、等電点がイオン液体１４ｂのｐＨ以下の他の絶縁物で構成してもよい。
【００３３】
ポリマー１４ａと添加剤１３ａとの間には隙間が存在しているため、イオン液体１４ｂは、ポリマー１４ａと添加剤１３ａとの間の隙間を移動経路として移動することが可能となっている。
【００３４】
このような構成の高分子アクチュエータ１０の製造方法について、図３、図４を用いて説明する。
【００３５】
図３（ａ）に示す工程では、テフロン（登録商標）やポリイミドフィルム等の２００℃以上の耐熱性のある樹脂で形成された容器の中に導電体１１ａを置く。
【００３６】
図３（ｂ）に示す工程では、ポリマー１４ａおよびイオン液体１４ｂの混合体１４をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等の溶媒で希釈した溶液を、導電体１１ａの細孔に流し込み、その後、溶媒を揮発させる。これにより、第１電極層１１が形成される。このとき、樹脂で形成された容器を１５０℃以下の温度で加熱して、溶媒の揮発時間を短縮してもよい。
【００３７】
なお、図３（ａ）に示す工程で、容器と導電体１１ａとの間に隙間が生じていると、図３（ｂ）に示す工程で、この隙間に溶液が流れ込み、第１電極層１１の外側に絶縁膜が形成される。この絶縁膜を高分子アクチュエータ１０の保護膜として利用することもできる。容器と導電体１１ａとの間の隙間の距離を制御すれば、保護膜の厚さを制御することができる。
【００３８】
図３（ｃ）に示す工程では、第１電極層１１の上に、ポリマー１４ａおよびイオン液体１４ｂの混合体１４中に添加剤１３ａを混合した液体をキャストし、平坦な膜状となるようにする。その後、溶媒を揮発させることにより、第１電極層１１と電解質層１３が積層された構造が形成される。このとき、樹脂で形成された容器を１５０℃以下の温度で加熱して、溶媒の揮発時間を短縮してもよい。
【００３９】
図４（ａ）に示す工程では、導電体１２ａを電解質層１３の上に置く。図４（ｂ）に示す工程では、ポリマー１４ａおよびイオン液体１４ｂの混合体１４をＩＰＡ等の溶媒で希釈した溶液を導電体１２ａの細孔に流し込み、その後、溶媒を揮発させる。これにより、第１電極層１１と電解質層１３の上に第２電極層１２が積層された構造が形成される。このとき、導電体１２ａの細孔に流し込む溶液の量を細孔の容積より多くすれば、第２電極層１２ａの外側に絶縁膜が形成される。この絶縁膜を高分子アクチュエータ１０の保護膜として利用することもできる。
【００４０】
なお、本実施形態では、混合体１４をＩＰＡ等の溶媒で希釈した溶液を導電体１２ａの細孔に流し込んだ後、ポリマー１４ａの間に形成されるイオン液体１４ｂの移動経路の直径が１μｍ以下となるように、樹脂で形成された容器を１５０℃以下の温度で加熱する。これにより、高分子アクチュエータ１０が後述する電気浸透流によって動作するようになる。
【００４１】
続いて、高分子アクチュエータ１０の動作について説明する。図５に示すように、第１電極層１１および第２電極層１２に対して電圧を印加していない状態においては、高分子アクチュエータ１０は変形することなく平坦な状態となる。
【００４２】
そして、第１電極層１１と第２電極層１２との間に電位差が生じると、高分子アクチュエータ１０は、第１電極層１１および第２電極層１２のうち電位の低い方の側に凸となるように変形する。
【００４３】
例えば、第１電極層１１に対して正電圧を印加すると共に第２電極層１２を接地電位にすると、ポリマー１４ａと添加剤１３ａとの間の隙間を移動経路としてイオン液体１４ｂがマイナス側、すなわち第２電極層１２側に移動する。そして、イオン液体１４ｂが導電体１２ａの内部の細孔に入り込む。なお、本実施形態では、イオン液体１４ｂの移動経路の直径が１μｍ以下とされているため、電気浸透流が発生し、陽イオンおよび陰イオンが第２電極層１２に向かって移動する。
【００４４】
イオン液体１４ｂが入り込んだ分、導電体１２ａが広がって第２電極層１２が膨張するため、第２電極層１２側が凸形状、第１電極層１１側が凹形状となるように高分子アクチュエータ１０が変形する。
【００４５】
同様に、第２電極層１２に対して正電圧を印加すると共に第１電極層１１を接地電位にすると、ポリマー１４ａと添加剤１３ａとの間の隙間を移動経路としてイオン液体１４ｂがマイナス側、すなわち第１電極層１１側に移動する。そして、イオン液体１４ｂが導電体１１ａの内部の細孔に入り込む。なお、本実施形態では、イオン液体１４ｂの移動経路の直径が１μｍ以下とされているため、電気浸透流が発生し、陽イオンおよび陰イオンが第１電極層１１に向かって移動する。
【００４６】
イオン液体１４ｂが入り込んだ分、導電体１１ａが広がって第１電極層１１が膨張するため、第１電極層１１側が凸形状、第２電極層１２側が凹形状となるように高分子アクチュエータ１０が変形する。
【００４７】
このような動作において、高分子アクチュエータ１０の変形量および発生力は、電気浸透流が発生するか否かにより大きく変化する。電気浸透流は、陽イオンおよび陰イオンがマイナス側の電極層に向かって移動する流れである。
【００４８】
電気浸透流が発生しない場合、イオン液体１４ｂのうち陽イオンのみがマイナス側の電極層に移動し、陰イオンはプラス側の電極層に移動する。そして、マイナス側の電極層は、マイナス側の電極層に入り込んだ陽イオンの量に応じて膨張し、プラス側の電極層は、プラス側の電極層に入り込んだ陰イオンの量に応じて膨張する。
【００４９】
したがって、高分子アクチュエータ１０は、２つの電極層のうち、変形量が大きい方が凸形状となるように変形するが、高分子アクチュエータ１０の変形は、変形量が小さい方の電極層の膨張によって妨げられる。
【００５０】
例えば、マイナス側の電極層の変形量がプラス側の電極層の変形量よりも大きい場合、マイナス側の電極層の膨張による高分子アクチュエータ１０の変形は、プラス側の電極層の膨張によって妨げられる。同様に、プラス側の電極層の変形量がマイナス側の電極層の変形量よりも大きい場合、プラス側の電極層の膨張による高分子アクチュエータ１０の変形は、マイナス側の電極層の膨張によって妨げられる。
【００５１】
これに対し、電気浸透流が発生する場合、陽イオンおよび陰イオンがマイナス側の電極層に向かって移動する。そして、マイナス側の電極層は、マイナス側の電極層に入り込んだイオン液体１４ｂの量に応じて膨張し、プラス側の電極層はほとんど膨張しない。したがって、マイナス側の電極層の膨張による高分子アクチュエータ１０の変形がプラス側の電極層の膨張によって妨げられることが抑制され、高分子アクチュエータ１０の変形量および発生力の低下が抑制される。
【００５２】
本実施形態の効果について説明する。例えば、各電極層において導電体として多孔質金属の代わりに複数の金属微粒子を用いると、電極層の膨張により金属微粒子間の距離が長くなるため、平担時と比較して屈曲時の電極層の抵抗値が大きくなる傾向がある。例えば、長さ１０ｍｍの高分子アクチュエータの先端が３ｍｍ変位したとき、凸形状となった電極層の抵抗値が元の２倍以上になる。そして、電極層の抵抗値の増加により、変位速度が低下する。
【００５３】
これに対し、導電体１１ａ、１２ａが多孔質金属で構成された本実施形態では、イオンが電極層に移動し、電極層が膨張しても、電極層の表面側と裏面側とが多孔質金属で電気的に接続された状態が保持される。したがって、電極層の導電性の低下が抑制され、例えば、凸形状となった電極層の抵抗値を元の２倍未満とすることができる。これにより、変位速度の低下を抑制することができる。例えば、高分子アクチュエータ１０を空気流の制御ドアに用いた場合、変位域による変位速度の変化が小さいため、制御性を向上させることができる。
【００５４】
また、導電体１１ａ、１２ａが多孔質金属で構成された本実施形態では、導電体として金属微粒子を用いる場合に比べて、各電極層の膜厚のばらつきを少なくすることができる。したがって、高分子アクチュエータ１０を製造する際の管理項目が減少する。
【００５５】
また、電気浸透流が発生しない場合、第１電極層１１と第２電極層１２との間の電位差を大きくすると、イオン液体１４ｂが電気分解されて、正常な駆動ができなくなるため、印加電圧をある程度小さくする必要がある。例えば、第１電極層１１と第２電極層１２との間の電位差を２Ｖ以下とする必要がある。
【００５６】
これに対し、電気浸透流が発生する本実施形態では、第１電極層１１と第２電極層１２との間の電位差を大きくしてもイオン液体１４ｂが電気分解されないので、電解質層１３の耐圧に応じて大きな電圧を印加することができる。電解質層１３の耐圧は膜厚等によって異なるが、例えば高分子アクチュエータ１０の耐電圧を１０Ｖ以上、あるいは、１００Ｖ以上とすることができる。
【００５７】
また、電気浸透流が発生しない場合、印加電圧を大きくすると高分子アクチュエータ１０の変位量は大きくなるものの、変位速度はあまり変化しない。これに対し、電気浸透流が発生する場合には、イオンの移動速度が印加電圧に依存し、図６に示すように、印加電圧を高くすると変位速度が大きくなる。なお、図６のグラフの縦軸は、高分子アクチュエータ１０を長手方向の一方の端部で保持して電圧を印加したときに、他方の端部が各層の厚さ方向に所定長さ変位するのに要した時間を示している。
【００５８】
前述したように、電気浸透流が発生する本実施形態の高分子アクチュエータ１０では、電気浸透流が発生しない従来の高分子アクチュエータよりも耐電圧を大きくすることができるので、高電圧を印加して変位速度を大きくすることができる。
【００５９】
なお、高分子アクチュエータ１０の変位速度を大きくするには、各電極層の抵抗率がある程度小さいことが好ましい。
【００６０】
各電極層の短手方向の幅を２ｍｍとし、厚さを０．２ｍｍとし、長手方向に１０ｍｍ離れた２つの点の間の抵抗値をテスターで測定したときの測定結果を図７に示す。図７から、抵抗値が２５Ω以下のときに変位速度が大きくなることがわかる。各電極層の幅、厚さに基づいて、この抵抗値を抵抗率に換算すると、１×１０−３Ω・ｍとなる。したがって、各電極層の抵抗率が１×１０−３Ω・ｍ以下であることが好ましい。
【００６１】
例えば銅の抵抗率は１．６８×１０−８Ω・ｍである。そのため、導電体１１ａ、１２ａを銅で構成した場合、導電体１１ａ、１２ａの密度を１％程度としても、すなわち、細孔の占める割合を９９％程度としても、各電極層の抵抗率は１×１０−３Ω・ｍ以下となる。
【００６２】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して高分子アクチュエータ１０の製造方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６３】
第１実施形態では第１電極層１１、電解質層１３、第２電極層１２を順に積層することにより高分子アクチュエータ１０を製造したが、図８に示すように、ダイ２０を用いたダイ法によって高分子アクチュエータ１０を製造してもよい。
【００６４】
ダイ２０の内部には、第１流路２１、第２流路２２、第３流路２３が形成されている。第１、第２流路２１、２２の供給口２１ａ、２２ａには、それぞれ、第１、第２電極層１１、１２の材料、すなわち、多孔質金属で構成された導電体１１ａ、１２ａおよび混合体１４が供給される。第３流路２３の供給口２３ａには、電解質層１３の材料、すなわち、添加剤１３ａおよび混合体１４が供給される。第１、第２、第３流路２１、２２、２３は、それぞれ流路断面が矩形状とされている。
【００６５】
また、第３流路２３の流出口２３ｂは、第１流路２１の流出口２１ｂと第２流路２２の流出口２２ｂとの間に配置されている。具体的には、第１、第２、第３流路２１、２２、２３は、流路断面の長手方向が互いに一致するように配置されており、流路断面の短手方向において、第３流路２３に対して第１流路２１とは反対側に第２流路２２が配置されている。そして、第１、第２流路２１、２２の流出口２１ｂ、２２ｂは、第３流路２３の流出口２３ｂに隣接した状態で配置され、流出口２１ｂ、２２ｂ、２３ｂは、ダイ２０の内部において接続されている。第１、第２、第３流路２１、２２、２３の接続点は、第４流路２４を介してダイ２０の外部に接続されている。
【００６６】
このようなダイ２０を用いたダイ法によって高分子アクチュエータ１０を製造するには、まず、供給口２１ａ、２２ａ、２３ａに第１、第２電極層１１、１２、電解質層１３の材料を供給する。そして、供給口２１ａ、２２ａ、２３ａから流出口２１ｂ、２２ｂ、２３ｂへ向かって第１、第２電極層１１、１２、電解質層１３の材料を押し出す。すると、流出口２１ｂ、２２ｂ、２３ｂから流出した材料によって、第１電極層１１、電解質層１３、第２電極層１２の積層構造が形成される。この積層構造は、図８の矢印で示すように、流路２４を通ってダイ２０の外部に流出する。
【００６７】
本実施形態では、供給口２１ａ、２２ａへの材料の供給量や、流出口２１ｂ、２２ｂの大きさ等を調整することで、第１、第２電極層１１、１２において、電解質層１３側の面と電解質層１３とは反対側の面とが、連続した多孔質金属で電気的に接続される。
【００６８】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６９】
例えば、上記第１、第２実施形態では、導電体１１ａおよび導電体１２ａの両方が多孔質金属で構成されているが、導電体１１ａ、１２ａのうち一方のみが多孔質金属で構成され、他方が例えば金属微粒子で構成されていてもよい。
【００７０】
また、上記第１実施形態では、高分子アクチュエータ１０は電気浸透流によって動作するが、陽イオンがマイナス側の電極層に移動し、陰イオンがプラス側の電極層に移動する電気泳動によって高分子アクチュエータ１０を動作させてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１１    第１電極層
１１ａ  導電体
１２    第２電極層
１２ａ  導電体
１３    電解質層
１４    混合体
１４ａ  ポリマー
１４ｂ  イオン液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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