(57)【要約】【課題】膨張／収縮の応答が高速で、かつ変位量の大きなハイドロゲルアクチュエータを得る。【解決手段】電圧を印加することにより、刺激を誘発する導電性微粒子１１と、連続気孔を有する多孔質有機高分子１２とからなる複合電極１５と、前記刺激により、体積が変化する刺激応答性ハイドロゲル１４とを有しているハイドロゲルアクチュエータ１０を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加することにより、刺激を誘発する導電性微粒子と、連続気孔を有する多孔質有機高分子とからなる複合電極と、
前記刺激により、体積が変化する刺激応答性ハイドロゲルとを有していることを特徴とするハイドロゲルアクチュエータ。
【請求項２】
前記複合電極を複数有しており、
前記複数の複合電極の間に、前記刺激応答性ハイドロゲルを具備していることを特徴とする請求項１に記載のハイドロゲルアクチュエータ。
【請求項３】
前記刺激応答性ハイドロゲルが、酸性官能基、又は塩基性官能基の少なくともいずれかを有していることを特徴とする請求項１に記載のハイドロゲルアクチュエータ。
【請求項４】
前記導電性微粒子が、電気化学的に水素の吸蔵及び放出が可能な材料からなるものであることを特徴とする請求項１に記載のハイドロゲルアクチュエータ。
【請求項５】
前記導電性微粒子が、パラジウム、もしくはパラジウムを含有する合金、あるいは混合物であることを特徴とする請求項４に記載のハイドロゲルアクチュエータ。
【請求項６】
前記多孔質有機高分子が、ホルマール化されてなるポリビニルアルコール、若しくは、この混合物であることを特徴とする請求項１に記載のハイドロゲルアクチュエータ。
【請求項７】
前記ホルマール化されてなるポリビニルアルコールのホルマール化度が、１０〜７０％であることを特徴とする請求項６に記載のハイドロゲルアクチュエータ。
【請求項８】
前記連続気孔を有する多孔質有機高分子中に、π共役導電性高分子が含まれていることを特徴とする請求項１に記載のハイドロゲルアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刺激応答性ハイドロゲルを用いたハイドロゲルアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、介護支援、危険作業、エンタテインメント等の様々な方面から、ロボットの使用が注目されている。このような用途に適用されるロボットは、動物のように多くの関節（可動部）を有し、現在において一層、複雑な動作を可能とすることが求められるようになってきている。
【０００３】
ロボットの可動部を駆動するアクチュエータとしては、従来から磁気回転モーターが知られているが、構成材料が金属のためにアクチュエータの重量が大きくなってしまう。ロボットの可動部にアクチュエータを組み込むと、この可動部を動作させる際に、アクチュエータ重量が負荷となるため、重量の大きいアクチュエータを用いると、動作のためには大出力が求められるようになる。一方において大出力のアクチュエータは、必然的に大型化、大重量化しやすいという解決困難な矛盾が生じる。
【０００４】
また、磁気回転モーターを用いる場合、必要な回転数、トルクに調整するための減速器が必要となり、この減速器に用いられるギヤは磨耗により徐々に性能低下するという実用上の欠点を有している。
一方、低速回転で高トルクが得られる超音波モーターは減速器が不要であるが、これも金属材料で構成されるため、重量が大きいため、上述したような問題を有している。
【０００５】
このため、近年においては、軽量であり、かつ柔軟性に富み磨耗による性能低下の問題が回避できる高分子材料によって構成された、いわゆる高分子アクチュエータが注目されている。
【０００６】
例えば、電圧印加により、イオン交換膜中のイオンが移動してイオン交換膜が屈曲するＩＣＰＦアクチュエータ(K.Oguro, Y.Kawakami, H.Takenaka, J. Micromachine Soc., 5,27(1992))や、電解液や固体電解質を用いてイオンをドープ／脱ドープすることによって体積変化する導電性高分子アクチュエータ(R.H.Baughman, Synth.Met., 78,339(1996))や、電極間に電圧を印加することによって変形する高分子圧電素子(R.Pelrine, R.Kornbluh, Q.Pei, Science, 287,836(2000))等が現在知られている。
【０００７】
しかし、上記ＩＣＰＦアクチュエータは、動作が屈曲動作に限定されており、かつ発生力が弱いという欠点を有している。
また、前記導電性高分子アクチュエータは変位が小さく、前記高分子圧電素子は、駆動するために非常に大きな電圧を加える必要があるという実用上の欠点を有している。
【０００８】
ところで近年においては、化学的刺激あるいは電気化学的刺激に反応して、大きな体積変化を伴うハイドロゲルアクチュエータについて数多く研究されている（例えば、非特許文献１参照。）。
ハイドロゲルアクチュエータ、特に水膨張高分子ゲルを用いる高分子ハイドロゲルアクチュエータは、高分子ハイドロゲルが周囲の温度、イオン強度、ｐＨ等の環境変化に応答して体積が変化することを利用するものであり、その変位量は３０〜５０％と大きく、発生力も０．２〜０．４Ｍｐａであり、生体骨格筋に匹敵する性能を発揮する。
【０００９】
【非特許文献１】Y.Osada, H.Okuzaki, H.Hori, Nature,355,242(1992)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このようなハイドロゲルアクチュエータは、今後より一層の、膨張／収縮の応答反応の高速化が要求されつつある。
高分子ゲルの膨潤／収縮速度は高分子鎖の拡散律速であるため、ゲルのサイズの二乗に反比例する(T.Tanaka et al.,J.Chem.Phys., 70,1214 (1979))ことが報告されており、全体の小型化等を含め、構造上の検討が必要となってきている。
【００１１】
そこで本発明においては、電気的に任意の刺激を誘発し、その誘発した刺激によって変位を取り出すことが可能なゲルアクチュエータに関し、変位の妨げとなる内部負荷が小さく、ゲルの膨張／収縮に追従可能な電極を有し、高速応答が可能で、かつ簡易な工程により作製可能なハイドロゲルアクチュエータを提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明においては、電圧を印加することにより、刺激を誘発する導電性微粒子と連続気孔を有する多孔質有機高分子とからなる複合電極と、この刺激により、体積が変化する刺激応答性ハイドロゲルとを有している構成のハイドロゲルアクチュエータを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低ヤング率で破断歪の大きい多孔質有機高分子と導電性微粒子とからなる内部負荷の極めて小さな複合電極を具備するものとしたため、膨張／収縮の高速応答が可能で、しかも変位量の大きなハイドロゲルアクチュエータが得られた。
また、刺激応答性ハイドロゲルの膨張によって、複合電極が引き伸ばされる場合、複合電極がポアゾン変形するため、引き伸ばされる方向においては導電性微粒子の密度が減少するが、その垂直の方向においては導電性微粒子の密度が増大するため、膨張時及び収縮時において導電率がほとんど変化せず、安定した導電率が確保された。
また、膨張時、収縮時においても電極の体積が変化しないため、電極の導電率の減少を効果的に回避でき、安定した導通を確保することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のハイドロゲルアクチュエータについて、図を参照して具体的に説明する。
図１、図２に本発明のハイドロゲルアクチュエータ１０の一例の概略構成図を示す。
なお、図１は刺激応答性ハイドロゲルの収縮時、図２は膨張時の状態を示すものとする。
ハイドロゲルアクチュエータ１０は、複合電極１５と、刺激応答性ハイドロゲル１４により構成されているものとし、複合電極１５と、これと対になる電極（図示せず）間に電圧を印加することにより、温度の変化、ｐＨの変化、イオン強度の変化のうちのいずれかの刺激を誘発せしめ、刺激応答性ハイドロゲル１４の膨潤度や体積を変化させるようにするものである。
【００１５】
先ず、複合電極１５の構成について説明する。
複合電極１５は、導電性微粒子１１と、連続的な気孔を有する多孔質有機高分子１２とからなるものとする。
導電性微粒子１１は、電極間に電圧を印加することにより、温度変化、ｐＨ変化、イオン強度変化等の所定の刺激を誘発する材料よりなるものとする。
なお、上記刺激のうち温度変化は、加熱冷却装置や、ポンプ、タンク等を用いて制御できるが、これは周囲の環境に影響されやすいため精密な動作が求められる高機能小型ロボットの動力源となるアクチュエータには不向きである。
【００１６】
一方、ｐＨ変化は、周囲の環境に影響されず、電気的に瞬時に変化させることが可能である。例えば、導電性微粒子として、電気刺激によって水素の吸蔵、排出を可逆的に繰り返す材料を適用すると、正の電荷を加えることで、導電性微粒子１１からプロトンが排出され、導電性微粒子１１近傍のｐＨが降下する。他方、負の電荷を加えると、水素が導電性微粒子１１に吸蔵され、導電性微粒子１１近傍のｐＨは上昇する。
ｐＨ変化を利用した刺激応答性ハイドロゲルを適用する場合、導電性微粒子１１の材料は、電気化学的に水素の吸蔵及び放出が可能な材料をいずれも適用できるが、例えば、パラジウム、あるいはパラジウムを含む合金や、これらの混合物が好適な例として挙げられる。
また、他の電気的にｐＨを変化させる手法としては、例えば、電気二重層を利用する方法が挙げられる。この場合、正電荷を加えた導電性微粒子１１の表面近傍でｐＨが上昇し、負電荷を加えた導電性微粒子１１の表面近傍ではｐＨが降下するようになる。
【００１７】
多孔質有機高分子１２は、連続的な気孔を有する有機高分子材料、いわゆる連続多孔有機高分子よりなるものとする。
この多孔質有機高分子１２は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、スルホン基等の親水基を有している高分子材料、あるいはその混合物であることが好ましい。
【００１８】
多孔質有機高分子１２の材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリヒドロキシエチルメタクリレート架橋体、エチレングリコール架橋体、ポリアクリル酸エステル架橋体、及び官能基がホルマール化されてなるポリビニルアルコール等が挙げられる。
上記のうち特に、官能基がホルマール化されてなるポリビニルアルコールについては、ホルマール化度は１０〜７０％とすることが好ましい。ホルマール化度が１０％未満であると、多孔質有機高分子１２が後述する刺激応答性ハイドロゲル１４から放出された水分により溶解してしまう。一方、ホルマール化度が７０％を超えると、架橋構造のため刺激応答性ハイドロゲル１４から放出された水分を充分に吸収しなくなり、また内部負荷が大きくなりすぎ、刺激応答性ハイドロゲル１４の膨張／収縮の妨げになる。
このように、ホルマール化度を１０〜７０％の範囲に制御することにより、吸水性がよく（最大含水率は８００〜１０００ｗｔ％）、また、湿潤時においては弾性変形があり、低ヤング率で、破断歪が大きく、耐薬品性も良好であるという特性を発揮することができる。
【００１９】
さらに、刺激応答性ハイドロゲル１４が収縮状態のときには、ホルマール化時に形成される連続的な気孔１３に、水等の溶媒を含ませることができ、刺激応答性ハイドロゲル１４が膨潤状態のときには気孔１３の溶媒を排出することができる。
このため、複合電極１５と刺激応答性ハイドロゲル１４の体積の総和が、膨潤／収縮によってほとんど変化しない。
【００２０】
また、多孔質有機高分子１２には、所定の導電性高分子を含有させてもよい。例えば、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ−１，６−ヘプタジイン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリン、ポリアズレン等のπ共役系導電性高分子等が挙げられる。これらは単独でもよく、あるいは二種以上が混合されていてもよい。このような導電性高分子を含有すると、導電性微粒子１１の間が繋がれ、常に安定した導電率を確保することができる。
【００２１】
刺激応答性ハイドロゲル１４は、温度変化、ｐＨの変化、イオン強度の変化の少なくともいずれかにより、体積が変化する材料からなるものとし、上述した導電性微粒子１１の材料に応じて材料選定がなされるものとする。
例えば、導電性微粒子１１として、電圧印加によりｐＨが変化する材料を用いた場合、刺激応答性ハイドロゲル１４は、ｐＨ応答性ハイドロゲルを適用する。
ｐＨ応答性ハイドロゲルとしては、分子内にカルボン酸、スルホン酸等の酸性官能基、或いは１級アミン、２級アミン、３級アミン等の塩基性官能基を有するハイドロゲルが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、これらを含む混合物、あるいは共重合体でもあってもよい。
この刺激応答性ハイドロゲルの一例として、アクリル酸系ハイドロゲルが挙げられる。  アクリル酸系ハイドロゲルの有効拡散係数は、１０-4〜１０-8ｃｍ2／ｓｅｃである。この有効拡散係数のハイドロゲルが、生態骨格筋同等の１０Ｈｚの応答速度で動作するためには、このハイドロゲルのサイズを、膜状の場合は膜厚１０μｍ、棒状の場合は直径１０μｍ以下、更には５μｍ以下とすることが望ましい。
高分子ハイドロゲルの膨潤速度は、一般的に、サイズの二乗に反比例することが知られている。すなわち膜状としたり、微細な径の棒状としたりすることにより、高速応答化が図られる。
また、高分子ハイドロゲル中に所定の有機高分子を含有させることにより、ハイドロゲルの補強化が図られ、任意の有機物や無機物を混合することにより、膨潤／収縮速度を高速化することができる。
【００２２】
次に、本発明のハイドロゲルアクチュエータ１０の具体的な動作について図を参照して説明する。
本発明のハイドロゲルアクチュエータ１０は、図中の複合電極１５と、これと対になる電極（図示せず）とに電圧を印加し、図１の収縮状態と図２の膨張状態とを制御するようにする。
この場合、図１から図２に移行する刺激応答性ハイドロゲル１４の膨張時には、図１及び図２中間隔ａに示すように、刺激応答性ハイドロゲル１４と接している導電性微粒子１１の間隔が拡大する。
しかし、導電性微粒子１１の間を三次元的に繋いでいる多孔質有機高分子１２が、刺激応答性ハイドロゲル１４と導電性微粒子１１の界面に対して法線方向の導電性微粒子１１を引き寄せることによって、図１及び図２中間隔ｂに示すように、その方向の導電性微粒子１１の間隔は減少する。このため、刺激応答性ハイドロゲル１４の膨張時においても導電率を維持することができるという利点を有している。
また、膨張／収縮の際には、溶媒を多孔質有機高分子１２の気孔１３中に蓄えたり、刺激応答性ハイドロゲル１４中に吸収されたりして、溶媒のやりとりが行われる。このため、複合電極１５と刺激応答性ハイドロゲル１４の体積の総和は、膨張／収縮の前後で、ほとんど変化がない。
【００２３】
次に、本発明のハイドロゲルアクチュエータの他の一例として、複数の複合電極を有し、この複合電極間に刺激応答性ハイドロゲルが介在されてなる、いわゆる積層型アクチュエータについて説明する。
図３に示す積層型アクチュエータ５０は、少なくとも導電性微粒子１１と多孔質有機高分子１２とよりなる複合電極１６、１７、１８と、少なくとも上述した刺激応答性ハイドロゲル１４からなるハイドロゲル層１９とが積層した構成を有している。
なお、ハイドロゲル層１９は、酸性官能基を有する酸性ハイドロゲル層２０と塩基性官能基を有する塩基性ハイドロゲル層２１とが積層された構造を有している。なお、酸性ハイドロゲル層２０と塩基性ハイドロゲル層２１の位置関係は、図３に示す順番と逆であってもよい。但し、この場合の膨潤／収縮挙動は、位置によって逆の動作を示すものとなる。
【００２４】
この例において、複合電極１６、１８に正電荷、複合電極１７に負電荷を印加した場合、複合電極１６、及び１８付近はｐＨが下降し、複合電極１７付近はｐＨが上昇する。
複合電極１６及び１８付近の低ｐＨ領域においては、塩基性ハイドロゲル層２１があるため膨張し、複合電極１７付近の高ｐＨ領域においては、酸性ハイドロゲル層２０があるため膨張する。よってアクチュエータ５０全体として膨張する。
一方、複合電極１６、１８に負電荷、複合電極１７に正電荷を印加した場合、アクチュエータは収縮する。
しかしながら、ハイドロゲルの膨張時に、複合電極１６、１７、１８の膜厚は減少し、ゲルの収縮時に複合電極１６、１７、１８の膜厚は増大するため、アクチュエータは面方向へ著しく膨張／収縮をする。
【００２５】
図３に示す構成においては、二層のハイドロゲル層１９が、複合電極１６、１７、１８に介在されてなる二層構造としたが、本発明はこの例に限定されるものではなく、さらに多層のハイドロゲル層と複合電極とを積層させた構造のアクチュエータとしてもよい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の具体的な実施例を挙げて説明する。
〔実施例１〕
導電性微粒子１１としてパラジウム微粒子(直径１００ｎｍ)を用い、多孔質有機高分子１２としてホルマール化したポリビニルアルコールを用い、刺激応答性ハイドロゲル１４として架橋剤を混合して作製したポリアクリル酸ゲルを用いて、ハイドロゲルアクチュエータを作製した。
【００２７】
具体的に、ホルマール化したポリビニルアルコールは、ポリビニルアルコール５４．０ｍｇを水４９４．１μｌ中に溶解させ、その水溶液に塩酸３４３μｌとホルムアルデヒド２２６．８μｌを徐々に加えて作製した。さらに、パラジウム微粒子(直径１００ｎｍ)を７４０ｍｇ加えて、充分に混練したペースト状の混合物を、ガラス板間に挟んで膜状に成形した。これをガラス板ごと９０℃のオーブン中で６０分間加熱することにより、ポリビニルアルコールのホルマール化を行った。
ホルマール化後、蒸留水中で１時間浸漬することにより、パラジウム微粒子が分散したホルマール化ポリビニルアルコール(ＰＤＰＶＨ)が作製された。これをガラス板から剥離させた。
上述のようにして作製したＰＤＰＶＨ膜は、長さ５０ｍｍ、幅４５ｍｍ、膜厚４０μｍであった。
【００２８】
刺激応答性ハイドロゲル１４は、モノマー、架橋剤、及び開始剤を水溶混合し、ラジカル重合することによって作製した。
具体的には、酸性の官能基を有する高分子モノマーとして、アクリル酸ナトリウム、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、開始剤として過硫酸アンモニウムを用い、ｍｏｌ比でモノマー：架橋剤：開始剤＝１００：３：１として水溶混合してゲル前駆体溶液を作製した。このゲル前駆体溶液を、膜厚６μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムをスペーサーとしたガラス板間に注入したセルを２枚作製し、５０℃のオーブン中で４時間保持した。
このとき、作製されるゲル膜が、上述のようにして作製したＰＤＰＶＨ膜よりも小さくなるように長さ４５ｍｍ、幅４５ｍｍに調整した。これは、ハイドロゲルに被覆されていない部分を有するＰＤＰＶＨ膜があるようにするためである。
その後、一方のガラス板を取り除いて２つのセルの間に上記ＰＤＰＶＨ膜を挟んで、さらに５０℃のオーブン中で６時間ゲル化を行った。
ゲル化後、室温で蒸留水中に浸漬することで、酸性ハイドロゲル/ＰＤＰＶＨ膜の複合体をガラス基板から剥離させた。
そして、ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体の、ハイドロゲルに被覆されていないＰＤＰＶＨ部分に、膜厚２００μｍの金を圧着し、電極端子を形成した。
【００２９】
上述のようにして作製したアクチュエータの長さ(Ｌ1)は、無負荷の状態で５５ｍｍであった。
このアクチュエータにおいて、酸性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体の電極端子を陽極にして、充分に離れた場所に設置した陰極との間に３Ｖの電圧を印加したところ、ハイドロゲル／電極複合体は収縮した。電圧印加後の長さ（Ｌ2）は無負荷の状態で２９ｍｍであった。
このとき、{１−(Ｌ2)／(Ｌ1)}で表されるこのアクチュエータの変位は０．４７であった。
また、この変化に要した時間は２５秒であった。
さらに、乾燥状態のハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体の両端を１０ｗｔ％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液中に１５分間含侵させ、乾燥させた後に、９０℃のホットプレート上で、ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の両端を６０分間熱処理した。
この熱処理を施した両端部分をクリップで挟み、発生力の測定を行った。
その結果、変位０のときの最大発生力は０．４ＭＰａであった。
【００３０】
〔実施例２〕
刺激を誘発する導電性微粒子１１として、パラジウム微粒子(直径１００ｎｍ)を用い、連続多孔質有機高分子１２として、ホルマール化したポリビニルアルコールを用い、刺激応答性ハイドロゲル１４として架橋剤を混合して作製したポリアクリル酸ゲル及びジメチルアミノエチルメタクリレートゲルを用いて、ハイドロゲルアクチュエータを作製した。
【００３１】
具体的には、塩基性の官能基を有する高分子のモノマーとしてジメチルアミノエチルメタクリレート、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、開始剤として過硫酸アンモニムを用い、ｍｏｌ比でモノマー：架橋剤：開始剤＝１００：３：１として水溶混合してゲル前駆体溶液を作製した。
このゲル前駆体溶液を用い、上記実施例１において作製された酸性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体と同様の方法によって塩基性ハイドロゲル/ＰＤＰＶＨ膜の複合体(塩基性の官能基を有する高分子を含有したハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体)を作製した。
この塩基性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体をｐＨ２に調整した溶液中に浸漬して膨潤させた。
次に、上記実施例１に記載した酸性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体を陽極として、一旦、２Ｖの電圧を印加して膨張させた後に、前記膨張状態の塩基性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体を積層した。
そして、各ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体のハイドロゲルに被覆されていないＰＤＰＶＨ膜部分に、膜厚２００μｍの金を圧着して電極端子を形成した。このとき、長さ(Ｌ1)は、無負荷の状態で５５ｍｍであった。
上述したようにして作製したハイドロゲルアクチュエータにおいて、酸性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体の電極端子を陰極にして、塩基性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体の電極端子を陽極として、これらの電極の間に−３Ｖの電圧を印加したところ、ハイドロゲル／電極複合体が収縮し、このときの長さ(Ｌ2)は無負荷の状態で２９ｍｍであった。
{１−(Ｌ2) ／(Ｌ1)}で表されるこのアクチュエータの変位は０．４７である。
また、この変化に要した時間は２５秒であった。
さらに、乾燥状態の酸性・塩基性ハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体の両端を１０ｗｔ％のＰＶＡ水溶液中に１５分間含侵させ、乾燥させた後に、９０℃のホットプレート上でハイドロゲル／ＰＤＰＶＨ膜の複合体の両端を６０分間熱処理した。この熱処理を施した両端部分をクリップで挟み、発生力の測定を行った。その結果、変位０のときの最大発生力は０．４ＭＰａであった。
【００３２】
〔比較例〕
ゲル／電極複合体を構成する前記高分子ハイドロゲルは、モノマー、架橋剤及び開始剤を水溶混合し、ラジカル重合することによって作製した。
具体的には酸性の官能基を有する高分子のモノマーとしてアクリル酸ナトリウム、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、開始剤として過硫酸アンモニウムを用い、ｍｏｌ比でモノマー：架橋剤：開始剤を１００：３：１として水溶混合してゲル前駆体溶液とした。
電極には直径１０μｍの白金線からなる直径１ｍｍのコイルを用い、これを内径１．５ｍｍ、長さ３０ｍｍのガラス管内に挿入し、コイルの軸とガラス管の軸とが一致するように固定した。
このガラス管に、上記のゲル前駆体溶液を注入し、ガラス管両端をゴム栓にて封じて５０℃に加温することにより、ゲル前駆体溶液のゲル化を行った。
ゲル化後、ガラス管の一端を加圧して他端から取り出すことにより、酸性ゲル／電極複合体(酸性の官能基を有する高分子を含有した高分子ゲルからなるゲル／電極複合体)を得た。
また、塩基性の官能基を有する高分子のモノマーとしてジメチルアミノエチルメタクリレート、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、開始剤として過硫酸アンモニムを用い、ｍｏｌ比でモノマー：架橋剤：開始剤を１００：３：１として水溶混合してゲル前駆体溶液とした。
このゲル前駆体溶液を用い、上記の酸性ゲル／電極複合体と同様の方法によって塩基性ゲル／電極複合体(塩基性の官能基を有する高分子を含有した高分子ゲルからなるゲル／電極複合体)を得た。
次に、上記に得られた酸性ゲル／電極複合体、及び塩基性ゲル／電極複合体を、０．１ＮのＮａＣｌ水溶液に、２４時間浸漬した後、酸性ゲル／電極複合体の電極端子を陽極、塩基性ゲル／電極複合体の電極端子を陰極として３Ｖの電圧を印加した。
このときの高分子アクチュエータの長さ(Ｌ1)は４５ｍｍであった。
その後、−３Ｖの電圧を印加したところ、両極のゲル／電極複合体が共に収縮した。
このときのアクチュエータの長さ(Ｌ2)は２５ｍｍであった。
{１−(Ｌ2)／(Ｌ1)}で表されるこのアクチュエータの変位は、０．４４であった。
この変化に要した時間は４５秒であった。
また、乾燥状態の両極のゲル／電極複合体の両端を、１０ｗｔ％のＰＶＡ水溶液中に１５分間含侵させ、乾燥させた後に、９０℃のホットプレート上で、ゲル／電極複合体の両端を６０分間熱処理した。
この熱処理を施した部分をクリップで挟み、発生力の測定を行った。
その結果、変位０のときの最大発生力は０．３ＭＰａであった。
【００３３】
上述した実施例１、及び実施例２においては、いずれも構成上、ハイドロゲル内部に電極材料を埋め込まないため、製造工程が極めて容易で、かつ極めて小型なハイドロゲルアクチュエータが作製できる。
また、低ヤング率で破断歪の大きい多孔質有機高分子と導電性微粒子とからなる内部負荷の極めて小さな複合電極を具備するものとしたため、膨張／収縮の応答が高速で、実用上充分な変位量を有するハイドロゲルアクチュエータが得られた。
【００３４】
一方、比較例においては、構成上、ハイドロゲル内部に電極材料である白金線からなるコイルを埋め込むようにしたので、精密な製造工程が必要となって、特に極めて小型のものを作製する場合には実用的でなく、上記実施例１、２に比較するとハイドロゲルアクチュエータの小型化が図れなかった。
また、ハイドロゲル内部に電極材料が埋め込まれているため、内部負荷が大きくなり、膨張／収縮の応答速度が低下し、かつ変位量も低下し、さらには最大発生力についても劣化した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のハイドロゲルアクチュエータの、収縮時における概略断面図を示す。
【図２】本発明のハイドロゲルアクチュエータの、膨張時における概略断面図を示す。
【図３】本発明のハイドロゲルアクチュエータの一例の、積層型アクチュエータの概略斜視図を示す。
【符号の説明】
【００３６】
１０……ハイドロゲルアクチュエータ、１１……導電性微粒子、１２……多孔質有機高分子、１３……気孔、１４……刺激応答性ハイドロゲル、１５，１６，１７，１８……複合電極、１９……ハイドロゲル層、２０……酸性ハイドロゲル層、２１……塩基性ハイドロゲル層、５０……積層型アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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