(57)【要約】【課題】  水溶液中だけでなく、空気中でも駆動することができ、且つ変位量が大きく、応答の速い高分子アクチュエータを得る。【解決手段】  本発明の高分子アクチュエータは、イオン交換膜５の両面の表面層に、イオン交換膜５の官能基と同じ極性の官能基を多数個有するデキストラン化合物８a、８bを固定化させ、且つ多量の水分を保持できるヒアルロン酸からなる保水層６a、６bをイオン交換膜５の両面に薄く、均一に塗布したものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリスチレンまたはフッ素系高分子から形成されたイオン交換成形体と、前記イオン交換成形体の両面に接合された電極と、前記電極に接続された電源4とを備え、前記電極に電圧を印加することにより前記イオン交換成形体を変形させる高分子アクチュエータにおいて、
前記イオン交換成形体をイオン交換膜とし、前記イオン交換膜と前記電極との間に多量の水分子を効率よく保持できるヒアルロン酸から形成された保水層を設けたことを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項２】
前記保水層は、前記イオン交換膜の表面にアリルアミン、アリルアルコール、アリル酢酸、アリルマロン酸などのアリル化合物が固定化されるとともに、前記アリル化合物の末端側には、デキストランヒドロキシプロピルトリモニウムクロライド、カルボキシメチルデキストランナトリウムなどのカチオン系又はアニオン系デキストランから形成されたデキストラン化合物が固定化されていることを特徴とする請求項１記載の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、高分子材料を用いたアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高分子アクチュエータとして、図３に示すようなものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図３は従来の高分子アクチュエータを示す側断面図である。図において、１はイオン交換樹脂成形品、２は電極、４は電源である。イオン交換樹脂成形品１は細長い矩形平板状をしており、その表面に絶縁状態で形成された電極２a、２bが設けられ、リード線３a、３bを介して電源４に接続されている。
この高分子アクチュエータは、つぎのように動作する。
イオン交換樹脂成形品１の含水状態において、電源４から２つの電極間に0.1〜3Vの直流電圧を印加すると、イオン交換樹脂形成品１中のプラス（＋）イオンが陰極側に移動し、そのプラスイオンに伴われて水分子が膜内で移動するため、陰極側において含水率が高まることにより成形品が膨潤して伸びる。一方、陽極側では含水率が低下して収縮することにより、イオン交換樹脂成形品１が湾曲および変形を生じさせている。
【特許文献１】特開平１１−２３５０６４号公報（第２〜５項、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の高分子アクチュエータは、作動時に、イオン交換樹脂成形品１が含水状態である必要があるため、水溶液中でしか作動できないという問題があった。また、数V程度の直流電圧を印加した場合には、イオン交換樹脂成形品１の湾曲および変形に数秒程度の時間が要すなどの問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、水中だけでなく空気中でも作動できるとともに、直流電圧を印加した場合でも短時間に湾曲および変形できる応答性のよい高分子アクチュエータ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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ポリスチレンまたはフッ素系高分子から形成されたイオン交換成形体と、前記イオン交換成形体の両面に接合された電極と、前記電極に接続された電源4とを備え、前記電極に電圧を印加することにより前記イオン交換成形体を変形させる高分子アクチュエータにおいて、前記イオン交換成形体をイオン交換膜とし、前記イオン交換膜と前記電極との間に多量の水分子を効率よく保持できるヒアルロン酸から形成された保水層を設けたものである。
請求項２に記載の発明は、前記保水層を、アリルアミン、アリルアルコール、アリル酢酸、アリルマロン酸などのアリル化合物が固定化されるとともに、前記アリル化合物の末端側には、デキストランヒドロキシプロピルトリモニウムクロライド、カルボキシメチルデキストランナトリウムなどのカチオン系又はアニオン系デキストランから形成されたデキストラン化合物が固定化したものである。
イオン交換膜５の両面に、イオン交換膜５中に含有している水分子を高効率に保持できる保水層６a、６bを薄く、且つ均一に塗布したものである。また、請求項２記載の発明は、イオン交換膜５の両面の表面に、イオン交換膜５の交換基と同じ極性のデキストラン化合物９a、９bを固定化させることで、
膜中を移動するイオン数を増加させたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、ヒアルロン酸からなる保水層の機能により、イオン交換膜に含まれた水分子を膜外に排出させることなく、膜中に保持できるので、水溶液中だけでなく、空気中で作動することが可能となる。
請求項２に記載の発明によると、化学架橋法、光架橋法、放射線架橋法、プラズマ架橋法などにより、イオン交換膜の官能基（陽イオンまたは陰イオン）と同じ極性の官能基を多数個有するデキストラン化合物をイオン交換膜５の両面全体に固定化しているので、膜中を移動するプラスまたはマイナスイオンの数が非常に多くなるので、数V程度の直流電圧を印加した場合においても、短時間に膨潤または収縮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の高分子アクチュエータの構造を示す側断面図である。図において、５はイオン交換膜、６は保水層である。
イオン交換膜５の拡大を図２に示す。図２はイオン交換膜５の詳細を示す拡大模式図である。
イオン交換膜５は、矩形状で陽イオンまたは陰イオンを有しており、その両面には、水分子を保持するヒアルロン酸からなる保水層６a、６bが薄く、均一にコーティングされ、その保水層６a、６bの表面には、金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）、白金（Pt）などの金属素材から形成され、ワイヤー状、シート状、網目状のいずれかの形状を有した電極２a、２bが接合されている。また、電極２a、２bにはリード線３a、３bを介して直流電圧を印加するための電源４が接続されている。
保水層６のヒアルロン酸は、動物性ムコ多糖類の代表的な存在で、１gあたり６０００ｍLの水分を保持できるほど、他のムコ多糖類よりはるかに優れた保水性を有する物質であると言われている。そのため、長期間使用しても、ヒアルロン酸の非常に優れた作用により、イオン交換膜５に含まれた水分子は膜から流れ出たり、気化する恐れがない。よって、イオン交換膜５の乾燥を防止することができるので、水溶液中だけでなく、空気中でも作動（駆動）することが可能となる。
イオン交換膜５の両面は、化学架橋法、光架橋法、放射線架橋法、プラズマ架橋法などにより、アリルアミン、アリルアルコール、アリル酢酸、アリルマロン酸などのアリル化合物７a、７bが固定化され、さらにアリル化合物７a、７bの末端側には、イオン交換膜５の官能基（スルホン酸基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、第四級アンモニウム基）の極性と同じ極性の官能基を有するカチオン系またはアニオン系のデキストラン化合物８a、８bが固定化されている。
なお、イオン交換膜５は、正（プラス）、負（マイナス）イオンに対して選択性のある高分子材料であるイオン交換樹脂を膜状にしたものである。このイオン交換膜５には、イオン交換樹脂と同様に陽イオン交換膜、陰イオン交換膜の２種類があり、陽イオン交換膜としては、ポリスチレンやフッ素系の高分子にスルホン酸（−SO3H）基、カルボキシル（−COOH）基などの官能基が導入されたものがあるが、フッ素系高分子にスルホン酸基、カルボキシル基などのイオン交換基が導入されたものが好ましい。一方、アリル化合物７a、７bに固定化されたデキストラン化合物（Dextran Hydroxypropyltrimonium Chloride）８a、８bにもカチオン系とアニオン系の２種類ある。例えば、アニオン系デキストラン化合物であるカルボキシメチルデキストラン（Carboxymethyldextran、名糖産業製）の構造式を下記に示す。
【０００８】
【化１】
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【０００９】
なお、ｎは整数である。上記の構造式からアニオン系デキストラン化合物には、親水性を有するカルボキシラト部（−COO−Na＋）が多数個結合されている。そのため、元々イオン交換膜５に導入されていた官能基に、イオン交換膜５の両面に固定化されたデキストラン化合物８a、８bの官能基が加わった状態になるので、従来のイオン交換膜５に比べて膜中を移動するプラスイオン（Na＋）の数がより一層増加するとともに、プラスイオンに伴って移動する水分量も増加することになる。そこで、電極２a、２b間に直流電圧を印加すると、多数個の官能基に結合されていたプラスイオンが負極の電極側に一斉に移動し、それに伴って膜に含有されていた多量の水分子も移動することから、電極近傍で含水率が増大して膨潤する。一方、正極の電極側近傍では含水率の低下がより一層加速されて収縮するので、結果的にイオン交換膜５を短時間に変形させることが可能となる。
本発明が特許文献１と異なる部分は、イオン交換膜５の両面に、膜中に含有された水分子を膜中に効率よく保持できる保水層６a、６bと、イオン交換膜５の官能基と同じ極性の官能基を多数個有するデキストラン化合物８a、８bを備えた部分である。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
イオン交換膜５に含有された水分子を膜中に保持することよって、空気中で駆動することができるので、医療機器や産業用ロボット、マイクロマシンなどの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例を示す高分子アクチュエータの側断面図
【図２】図１のイオン交換膜を示す拡大模式図
【図３】従来の高分子アクチュエータの側断面図
【符号の説明】
【００１２】
１  イオン交換樹脂成形品
２a、２b  電極
３a、３b  リード線
４  電源
５  イオン交換膜
６、６a、６b  保水層
７、７a、７b  アリル化合物
８、８a、８b  デキストラン化合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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