(57)【要約】【課題】  導電性高分子と伸縮性基材とからなる駆動体を具備するアクチュエータであって、伸縮性基材の選択上の制約が小さく、かつ低コストで量産できる高分子アクチュエータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  導電性高分子層2b及び伸縮性基材2aからなる導電性複合体２と、イオン供給体７と、作用電極5a，5bと、対極６とを具備する高分子アクチュエータであって、導電性複合体２が(a) 伸縮性基材2aに導電性高分子のモノマー及び酸化重合触媒の一方を含浸させた後、他方に接触させることによりモノマーを重合させたものであって、(b) 作用電極5a，5bと対極６との間に印加される電圧により収縮及び／又は伸張する高分子アクチュエータ及びその製造方法。【選択図】  図１
2005304168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性高分子の層と伸縮性基材とからなる導電性複合体、イオン供給体、作用電極及び対極を具備する高分子アクチュエータであって、前記導電性複合体が(a) 前記伸縮性基材に含浸された前記導電性高分子のモノマーの酸化重合触媒溶液中での重合により得られたもので、(b) 前記作用電極と前記対極との間に印加される電圧により収縮及び／又は伸張することを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項２】
導電性高分子の層と伸縮性基材とからなる導電性複合体、イオン供給体、作用電極及び対極を具備する高分子アクチュエータであって、前記導電性複合体が(a) 前記導電性高分子のモノマーと、前記伸縮性基材に担持された酸化重合触媒との接触によって得られたもので、(b) 前記作用電極と前記対極との間に印加される電圧により収縮及び／又は伸張することを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高分子アクチュエータにおいて、前記導電性複合体がドーパントを含有することを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記導電性高分子が共役構造を有することを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記導電性高分子がポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記イオン供給体が溶液、ゾル、ゲル又はこれらの組合せであることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記導電性複合体が前記導電性高分子以外の導電材を含有することを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の高分子アクチュエータにおいて、前記導電材の形状が粉末、繊維、網及び多孔質板からなる群より選ばれた少なくとも一種であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の高分子アクチュエータにおいて、前記導電材が白金、金、パラジウム、ニッケル及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の高分子アクチュエータにおいて、前記作用電極が前記導電性複合体に接触しており、前記対極は前記イオン供給体に接触していることを特徴とする高分子アクチュエータ。
【請求項１１】
伸縮性基材に導電性高分子のモノマーを含浸させた後、得られたモノマー含浸基材を酸化重合触媒溶液に浸漬させ、もって前記モノマーを重合させることにより導電性複合体を形成し、前記導電性複合体がイオン供給体中で通電可能となるように、作用電極及び対極を配置することを特徴とする高分子アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
伸縮性基材に酸化重合触媒を担持させた後、得られた酸化重合触媒担持基材に導電性高分子のモノマーを接触させ、もって前記モノマーを重合させることにより導電性複合体を形成し、前記導電性複合体がイオン供給体中で通電可能となるように、作用電極及び対極を配置することを特徴とする高分子アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
請求項11又は12に記載の高分子アクチュエータの製造方法において、前記伸縮性基材にドーパントを含浸させることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項11〜13に記載の高分子アクチュエータの製造方法において、前記伸縮性基材に前記導電性高分子以外の導電材を付着させた状態で前記モノマーを重合させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな変位量及び発生力、並びに優れた応答性を有する高分子アクチュエータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット、工作機械、自動車等の電磁モータを利用する分野では、駆動システムの軽量化が求められている。しかし電磁モータの出力密度はモータの重量に依存するため、電磁モータを利用したアクチュエータの軽量化には限界がある。そのため、小型軽量化が可能であるとともに、大きな出力が得られるアクチュエータが望まれている。
【０００３】
小型軽量化が可能なアクチュエータとして、近年、高分子材料からなるアクチュエータが注目されている。高分子材料からなるアクチュエータとして、導電性高分子ゲルを用いたゲルアクチュエータ、導電性高分子膜を用いた高分子膜アクチュエータ等が知られている。
【０００４】
導電性高分子膜アクチュエータとしては、導電性高分子膜とその表面に接合した金属電極とからなるものが挙げられる。金属電極は化学めっき、電気めっき、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着等の方法によって導電性高分子膜の表面に形成されている。導電性高分子膜と板状の金属電極との接合体を含水状態にして電位差をかけると、導電性高分子膜に湾曲及び変形が生じる。この導電性高分子膜の湾曲及び変形により、導電性高分子膜に接合された板状金属電極も湾曲及び変形するので、接合体全体の動きを駆動力として利用することができる。
【０００５】
しかしながら、板状金属電極は伸縮性を有していないので、導電性高分子膜の膨張及び／又は収縮を妨げてしまい、接合体は十分に変形することができない。このため接合体の変形を十分に利用できず、大きな変位量を有するアクチュエータが得られない。さらに、板状金属電極による反発力を受けながら繰り返し作動しているうちに、導電性高分子膜が板状金属電極から剥がれて、アクチュエータの応答速度が低下するという問題もある。
【０００６】
特開2003-152234号（特許文献１）は、複数の電極の間に電解質が配置され、上記電極間に電圧を印加することで形状が変化するアクチュエータにおいて、上記電極が導電性高分子と、上記導電性高分子と電気的に接触する導電材とを備え、上記導電材が粉末状、網状又は多孔質であるアクチュエータを記載している。このアクチュエータは導電材の層と、導電材の層を挟持する一対の導電性高分子膜を有し、導電材層及び導電性高分子膜が通電により湾曲する。導電性高分子の層は、電界重合によって導電材に接触するように形成することができる。粉末状、網状又は多孔質であると、導電材が導電性高分子の動きに追従し易く、導電性高分子の収縮をあまり妨げないので、アクチュエータの最大変位到達時間が短くなることが特許文献１に記載されている。しかしこのアクチュエータの変位形状は湾曲状態であるので、変位量や変位位置の制御は難しいという問題がある。
【０００７】
「ケミストリーレターズ（第32巻  第９号）」（非特許文献１）には、ポリピロール−金属複合体からなる人工筋肉が記載されている。この人工筋肉は、タングステンコイルを電極としてピロール溶液中で通電し、コイルの表面に電界重合によってポリピロールを析出させたものである。非特許文献１には、タングステンコイルを有する複合体は大きな導電性及び発生力を示すことが記載されている。しかし電解質溶液等のイオン供給溶液にポリピロール−金属複合体を浸漬させ、複合体に電位をかけて変位させようとすると、タングステンが溶け出してしまうという問題がある。また電極としても用いるために、基材は大きな導電性を有するものでなければならないという制約がある。このため大きな伸縮性を有していても使用できない基材が多く、非常に限定的である。
【０００８】
さらに特許文献１及び非特許文献１のように電解重合法によって導電性高分子膜を作製するには非常に時間がかかり、コスト高であるという問題もある。
【０００９】
【特許文献１】特開2003-152234号公報
【非特許文献１】原進ら、「人工筋肉用ポリピロール−金属コイル複合体」、「ケミストリーレターズ」、2003年、第32巻、第９号、800〜801頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、導電性高分子の層と伸縮性基材とからなる駆動体を具備するアクチュエータであって、伸縮性基材の選択上の制約が小さく、かつ低コストで量産できる高分子アクチュエータ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、(a) 繊維、布等の伸縮性の基材と、導電性高分子層とからなる導電性複合体はしなやかさと強度を兼ね備えており、アクチュエータの駆動体とすると大きな変位量及び発生力を示す上、優れた応答性を示すこと、及び(b) 係る導電性複合体は、伸縮性基材に導電性高分子のモノマー及びその酸化重合触媒のうちの一方を含浸させた後で他方に接触させることにより得られることを発見し、本発明に想到した。
【００１２】
すなわち本発明の第一の高分子アクチュエータは、導電性高分子の層と伸縮性基材とからなる導電性複合体、イオン供給体、作用電極及び対極を具備し、前記導電性複合体が(a) 前記伸縮性基材に含浸された前記導電性高分子のモノマーの酸化重合触媒溶液中での重合により得られたもので、(b) 前記作用電極と前記対極との間に印加された電圧により収縮及び／又は伸張することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第二の高分子アクチュエータは、導電性高分子の層と伸縮性基材とからなる導電性複合体、イオン供給体、作用電極及び対極を具備し、前記導電性複合体が(a) 前記伸縮性基材に担持された酸化重合触媒と、前記導電性高分子のモノマーとの接触によって得られたもので、(b) 前記作用電極と前記対極との間に印加される電圧により収縮又は伸張することを特徴とする。
【００１４】
前記導電性複合体はドーパントを含有するのが好ましい。前記導電性高分子は共役構造を有するのが好ましく、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種であるのがより好ましい。前記イオン供給体は溶液、ゾル、ゲル又はこれらの組合せであるのが好ましい。
【００１５】
前記導電性複合体は導電性高分子以外の導電材を含有するのが好ましい。前記導電材の形状は粉末、繊維、網及び多孔質板からなる群より選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。前記導電材は白金、金、パラジウム、ニッケル及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。
【００１６】
本発明の高分子アクチュエータの好ましい実施例において、前記作用電極は前記導電性複合体に接触しており、前記対極はイオン供給体中に浸漬している。
【００１７】
本発明の第一の高分子アクチュエータの製造方法は、伸縮性基材に導電性高分子のモノマーを含浸させた後、得られたモノマー含浸基材を酸化重合触媒溶液に浸漬させ、もって前記モノマーを重合させることにより導電性複合体を形成し、前記導電性複合体がイオン供給体中で通電可能となるように、作用電極及び対極を配置することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第二の高分子アクチュエータの製造方法は、伸縮性基材に酸化重合触媒を担持させた後、得られた酸化重合触媒担持基材に前記モノマーを接触させ、もって前記モノマーを重合させることにより導電性複合体を形成し、前記導電性複合体がイオン供給体中で通電可能となるように、作用電極及び対極を配置することを特徴とする。
【００１９】
前記モノマーの重合に先立って、前記伸縮性基材にドーパントを含浸させておくのが好ましい。また前記伸縮性基材に前記導電性高分子以外の導電材を付着させた状態で前記モノマーを重合させるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の高分子アクチュエータは導電性高分子層及び伸縮性基材からなる導電性複合体を具備し、導電性複合体はイオン供給体中で通電可能になっている。通電により導電性複合体中の導電性高分子がイオン供給体を吸収及び／又は排出し、これにより導電性複合体の伸縮して高分子アクチュエータが駆動する。導電性複合体は導電性高分子のモノマーを伸縮性基材に含浸させた後、又は含浸させながら重合させたものであり、好ましい伸縮性基材は繊維、布等であるので導電性高分子の動きに柔軟に追従する。このため導電性複合体を有する高分子アクチュエータは通電時に素早く伸張及び／又は収縮でき、良好な応答性を示す。
【００２１】
本発明の高分子アクチュエータの製造方法においては、伸縮性基材に導電性高分子のモノマー及び酸化重合触媒の一方を含浸させた後、他方を接触させてモノマーを重合させることにより導電性複合体を形成する。このように導電性複合体は酸化重合によって作製できるため、導電性の基材のみならず非導電性の基材も用いることができる。従って基材の選択の幅が大きく、優れた伸縮性及び強度と、大きな表面積とを兼ね備えた基材を使用することができる。また酸化重合法は、電界重合法に比べて遥かに低コストであり、量産に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
[1] 高分子アクチュエータ
図１は本発明の高分子アクチュエータの一例を示す。図１に示す高分子アクチュエータは箱型のセル１と、セル１内のセル１に接触しない位置に水平に延在する導電性複合体２と、導電性複合体２の一端部21を挟持する支持体３と、他端部22を挟持する支持体４と、端部21，22に密着した作用電極5a，5bと、導電性複合体２に並設された対極６と、対極６及び導電性複合体２が浸漬されるようにセル１に入れられたイオン供給体７とを具備する。支持ロッド30は固定されているので支持体３によって挟持された導電性複合体２の端部は固定端部21となっている。一方、支持ロッド40は可動自在に支持されており、支持体３によって挟持された端部は駆動端22となっている。
【００２３】
図１の部分拡大図に示すように、導電性複合体２は伸縮性基材2aと、伸縮性基材2aを被覆する導電性高分子層2bとからなる。図１に示す例では、導電性高分子層2bは伸縮性基材2aの全体を覆っているが、導電性高分子層2bは導電性複合体２を通電可能にする程度に設けられていれば良い。従って、導電性高分子層2bが伸縮性基材2a全体を覆っている必要は無く、伸縮性基材2aの表面積の20％以上を被覆していれば良い。
【００２４】
導電性複合体２の厚さは0.01〜10 mmであるのが好ましい。厚さ0.01 mm未満であると、取扱いが難しすぎるので好ましくない。厚さ10 mm超であると、導電性複合体２内部にある導電性高分子層2bはイオン供給体７から電解質等を吸収及び放出するのに時間がかかり過ぎる。このため高分子アクチュエータが良好な応答性を示さないので好ましくない。
【００２５】
伸縮性基材2aは導電性高分子層2bの動きに追従するのに十分な伸縮性を有する必要がある。具体的には0.01〜300％程度の伸縮率を有するのが好ましい。伸縮率0.01％未満であると、高分子アクチュエータの変位率が小さ過ぎる。導電性高分子層2bの伸縮率から導電性複合体２の伸縮率は概ね300％以下であるので、伸縮性基材2aの伸縮率の上限も300％程度で良い。伸縮性基材2aは導電性を有するのが好ましい。導電性の伸縮性基材2aを有する導電性複合体２は、特に優れた応答性を示す。導電性の伸縮性基材2aとしては白金線、金線、炭素繊維等からなる織布や不織布が挙げられる。
【００２６】
伸縮性基材2aは多孔質であるのが好ましい。多孔性の伸縮性基材2aにモノマーを含浸させ、これを重合させると、大きな表面積を有する導電性複合体２が得られる。大きな表面積を有する導電性複合体２はイオン供給体７と大面積で接触し、イオン供給体７を素早く吸収及び／又は放出することにより、優れた応答性を示す。
【００２７】
伸縮性基材2aは単一材料からなっていても良いし、複数の材料からなっていても良い。また単層体でも良いし積層体でも良い。例えば大きな導電性を有する材料と、大きな弾性又は靭性を有する材料とからなる伸縮性基材2aを用いることにより、所望の特性を有する導電性複合体２が得られる。伸縮性基材2aの例としては繊維状物からなる織布若しくは不織布、又は発泡体が好ましい。織布や不織布は実質的に多孔質であり、大きな表面積を有している。織布及び不織布としてはパルプ、綿等の天然繊維及びレーヨン、アセテート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ナイロン、アクリル等の合成繊維を用いることができる。発泡体としてはゴム、ポリウレタン、塩化ビニル、ポリエステル等を用いることができる。伸縮性基材2aの具体例としてキムワイプ（登録商標）、JK-ワイパー（登録商標）、脱脂綿等が挙げられる。
【００２８】
導電性高分子層2bは共役構造を有する導電性高分子からなるのが好ましい。共役構造を有する導電性高分子としてはポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種がより好ましく、ポリピロールが特に好ましい。ポリピロールからなる導電性複合体２は、通電により大きな変位を示す。
【００２９】
導電性高分子層2b／導電性複合体２の質量比は0.01〜10000であるのが好ましく、0.1〜1000であるのがより好ましい。質量比0.01未満であると、導電性高分子層2bが吸収及び放出する電解質や水の量が少な過ぎて、高分子アクチュエータの変位量が小さ過ぎる。質量比10000超であると、導電性複合体２の導電性が小さ過ぎる。
【００３０】
支持体３，４は水平に設けられた支持ロッド30，40と、支持ロッド30，40に垂直に取り付けられたコの字型の本体部31，41と、本体部31，41内に設けられた柱状の押付部材32，42とからなる。本体部31，41の内面と、押付部材32，42の下端との間に導電性複合体２の各端部を挟んだ状態で、本体部31，41の上面に設けられたネジ穴310，410にネジ33，43が嵌合している。ネジ33，43は押付部材32，42の上端面を押さえ付けるので、支持体３と支持体４の間に導電性複合体２が挟持される。イオン供給体７中に浸漬された本体部31，41及び押付部材32，42は、絶縁体からなる。
【００３１】
エアベアリング44は支持ロッド40を水平かつ可動自在に支持する。エアベアリング44はエアAの供給口440を有する。エアベアリング44と支持ロッド40との隙間441に、供給口440からエアAが充填されるようになっている。これによりエアベアリング44は、実質的に接触することなく支持ロッド40を支持するので、支持ロッド40の動摩擦係数はほぼゼロである。通電により導電性複合体２が伸縮すると、支持ロッド40も変位する。従って、支持ロッド40の一端をアクチュエータの駆動部とすることができる。
【００３２】
作用電極5aは導電性複合体２の固定端部21に密着しており、固定支持体３の本体部31と導電性複合体２の間に挟まれている。作用電極5bは導電性複合体２の駆動端部22に密着しており、本体部41と導電性複合体２の間に挟まれている。このため作用電極5a，5bは導電性複合体２と、絶縁体からなる本体部31，41とによって覆われており、イオン供給体７に接触していない。従って電圧を印加すると、電流はイオン供給体７及び支持体３，４にリークすることなく導電性複合体２を通過する。
【００３３】
作用電極5a，5b及び対極６は、それぞれリード線51a，51b，61に接続されている。作用電極5a，5b及び対極６は白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス及びカーボンからなるのが好ましい。電極の厚さは、一般的には0.1μm〜10 mm程度である。
【００３４】
イオン供給体７は、電解質を含有する。電解質としては塩化ナトリウム、NaPF6、p-トルエンスルホン酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム等が挙げられる。イオン供給体７は電解質の他に、導電性又は非導電性の高分子等を含有しても良い。導電性高分子を含有する場合、導電性複合体２中のものと同じでも良いし、異なっても良い。イオン供給体７に導電性又は非導電性の高分子等を配合することにより、イオン供給体７の流動性を調整することができる。イオン供給体７は導電性複合体２の伸張及び収縮を妨げない程度の流動性を有する必要がある。イオン供給体７は溶液、ゾル、ゲル、溶液とゾルの混合物、ゾルとゲルの混合物、又は溶液とゾルの混合物であるのが好ましい。イオン供給体７がゾル又はゲル若しくはこれらの混合物であると、液漏れのおそれが無いので好ましい。イオン供給体７の溶媒及び／又は分散媒は、水であるのが好ましい。溶媒及び／又は分散媒が水であると、イオン供給体７は大きな導電性を示す。電解質水溶液の濃度は0.01〜５mol/L程度であるのが好ましい。
【００３５】
作用電極5a，5bと対極６との間に通電すると、導電性複合体２は伸張又は収縮し、支持体４も駆動される。図２(a) に示す位置（通電していない位置）で作用電極5a，5bが陰極となるように通電すると、導電性複合体２は収縮して可動支持ロッド40は図中左側に移動する（図２(b)）。通電を停止すると、導電性複合体２は元の長さに戻り、可動支持ロッド40は図中右側に移動して元の位置（図２(a) ）に戻る。導電性複合体２の収縮の仕方は、導電性高分子層2bを形成する導電性高分子やイオン供給体７の種類、及びこれらの組合わせによって、変わることがある。
【００３６】
導電性複合体２中の導電性高分子層2bが、通電により酸化状態となってイオン供給体７中の電解質等と共にその溶媒及び／又は分散媒を吸収したり、還元状態となってこれらを放出したりすることにより、導電性複合体２の伸縮が生じると考えられる。導電性複合体２は大きな表面積を有するので、イオン供給体７を効率的に吸収及び／又は放出することができる。このため導電性複合体２を有する本発明の高分子アクチュエータは優れた応答性を示す。
【００３７】
図３は、高分子アクチュエータの変位量を測定する装置の一例を示す。高分子アクチュエータの可動支持ロッド40の先端に、測定板45が垂直に取り付けられている。測定板45の付近には、レーザー変位計90が設置されている。セル１内のイオン供給体７中には参照電極８が浸漬されており、印加電圧の変化による電流の変化を観測できるようになっている。測定板45には糸91に繋がれた錘92が取り付けられており、錘92は導電性複合体２を引っ張るように滑車93に懸下されている。導電性複合体２が収縮するには錘92に逆らうことになるので、導電性複合体２に負荷をかけながらその変位量を測定することができる。
【００３８】
滑車93に錘92を懸下した状態で、作用電極5a，5bが陽極又は陰極となるように電圧を印加する。印加電圧が十分に大きいと、通電された導電性複合体２は錘92の負荷に逆らって収縮する。収縮により可動支持ロッド40は図中左側（セル１側）に変位し、可動支持ロッド40の先端に取り付けられた測定板45も同じだけ変位する。レーザー変位計90の位置は、通電により変位しても測定板45が常にレーザー光Lが測定板45に有効に到達するように決められているので、レーザー変位計90により高分子アクチュエータの変位量を測定することができる。なお導電性複合体２を収縮させるために、作用電極5a，5bが陽極、陰極のいずれとなるように通電すべきかは、導電性高分子2b及びイオン供給体７の組成、並びにこれらの組合わせによって決まる。
【００３９】
図４は、高分子アクチュエータの発生力を測定する装置の一例を示す。図４に示す装置は、可動支持ロッド40の先端にロードセル94が接続されている以外図３に示す装置とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。可動支持ロッド40に垂直に錘92を支持する部材46が設けられており、支持部材46に糸91の一端が取り付けられている。糸91は滑車93と支持部材46との間で水平になるように支持されており、可動支持ロッド40を図中右側に引っ張っている。このため可動支持ロッド40はロードセル94を少し押した状態になっている。ロードボタン941はロードセル94内の歪み検出板（図示せず）に連動するので、導電性複合体２の収縮によりロードボタン941を押す力が減少すると、検出板のひずみの減少によってその荷重を測定できる。もちろん、逆に導電性複合体２の伸張によりロードボタン941を押す力が増加した場合も、荷重を測定できる。
【００４０】
滑車93に錘92を懸下した状態で、作用電極5a，5bが陽極又は陰極となるように電圧を印加する。印加電圧が十分に大きいと、通電された導電性複合体２に収縮する力が発生する。錘92が十分に大きいと可動支持ロッド40はほとんど変位しないが、収縮する力によりロードボタン941を押す力は減少する。この減少分を導電性複合体２の収縮時の発生力とみなすことができる。
【００４１】
発生力は錘92を懸下しない状態（錘92が０gの状態）で測定することもできる。錘92が無い時又は十分に小さいときは、導電性複合体２に引っ張られて可動支持ロッド40が変位する。可動支持ロッド40はロードボタン941を引っ張るので、その力が測定される。
【００４２】
[2] 高分子アクチュエータの製造方法
(1) 導電性複合体の製造
導電性複合体の製造方法としては、伸縮性基材2aに(i) 導電性高分子のモノマーを含浸した後で、得られた含浸基材にモノマーの酸化重合触媒を接触させる方法と、(ii) 酸化重合触媒を担持させた後で、得られた担持基材にモノマーを接触させる方法がある。
【００４３】
(i) 第一の製造方法
導電性高分子のモノマーを含浸するには、(a) 伸縮性基材2aを導電性高分子のモノマー及び／又はモノマー溶液に浸漬させても良いし、(b) 導電性高分子のモノマー及び／又はモノマー溶液を伸縮性基材2aにスプレーしても良いし、(c) 導電性高分子のモノマーを揮発させ、伸縮性基材2aに接触させても良い。モノマー溶液を用いる場合、濃度は0.001 mol/L以上にするのが好ましい。濃度0.001 mol/L未満であると、十分な量のモノマーを含浸させることができない。
【００４４】
モノマー含浸量は伸縮性基材2aの種類等に応じて、適宜設定することができる。例えばパルプからなる厚さ100〜200μmのシートを伸縮性基材2aとして用いた場合、一度に含浸する量は0.01〜0.5 mg/mm2程度である。
【００４５】
導電性複合体２が金属、金属塩及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種の導電材を含有するようにしても良い。金属、金属塩及びカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有すると、導電性複合体２の導電性が向上する。導電性高分子以外の導電材を含有する導電性複合体を製造する方法として、(a) 導電材と導電性高分子のモノマーとの混合物を伸縮性基材に含浸させる方法、(b) 予め導電材を付着させた伸縮性基材にモノマーを含浸させる方法が挙げられる。金属としては鉄、銅、ニッケル、チタン、亜鉛、クロム、アルミニウム、コバルト、金、白金、銀、マンガン、タングステン、パラジウム、ルテニウム、ジルコニウム等が好ましい。金属塩としては二塩化鉄、塩化銅等が挙げられる。
【００４６】
モノマー含浸基材を酸化重合触媒の溶液中で保持し、モノマーの重合反応を進行させる。酸化重合触媒としては特に限定されず、導電性高分子の酸化重合用の触媒として一般的なものを用いることができる。好ましい酸化重合触媒として三塩化鉄、過酸化水素が挙げられる。溶液中の触媒／含浸モノマーのモル比を0.1〜10000にするのが好ましい。触媒／含浸モノマーのモル比が0.1未満であると、重合反応が遅すぎる。モル比10000超としても、反応速度及び導電性複合体２の導電性は増大しない。モル比をこの範囲にするのに好ましい酸化重合触媒溶液の濃度は、0.0001〜５M程度である。反応中、溶液の温度は−78〜40℃にするのが好ましく、０℃以下にするのがより好ましい。反応温度が40℃超であると、優れた導電性を有する導電性高分子が得られ難過ぎる。−78℃未満であると、重合反応に時間がかかり過ぎる。例えば500〜1500 mm2のJK-ワイパーに0.1〜0.5 gのピロールを含浸させた場合、０℃の酸化触媒溶液中で10〜30分程度保持すると、重合反応は完了する。好ましい溶媒としては、メタノール、エタノール、ヘキサン、アセトニトリル、炭酸プロピレン、水が挙げられる。
【００４７】
(ii) 第二の製造方法
酸化重合触媒の溶液に浸漬させることにより、伸縮性基材2aに酸化重合触媒を担持させることができる。好ましい酸化重合触媒としては、第一の製造方法で使用されるものと同じものが挙げられる。酸化重合触媒溶液の濃度は0.0001〜５Mとするのが好ましい。酸化重合触媒溶液の濃度が0.0001M未満であると、十分な量の触媒を伸縮性基材2aに担持させ難い。濃度が５M超であると、触媒の担持量が多過ぎる。
【００４８】
酸化重合触媒担持基材に導電性高分子のモノマーを接触させると、モノマーは伸縮性基材2a表面で重合し、導電性複合体が得られる。酸化重合触媒担持基材に導電性高分子のモノマーを接触させるには、(a) 酸化重合触媒担持基材を入れた容器中でモノマーが揮発するようにしても良いし、(b) 液体のモノマー及び／又はモノマーの溶液をスプレーしても良い。以下、(a) 容器中でモノマーを揮発させ、酸化重合触媒担持基材に接触させる方法を例にとって、第二の製造方法を説明する。
【００４９】
容器にモノマーと酸化重合触媒担持基材とを入れた後、容器を密閉状態で保持する。モノマーと酸化重合触媒担持基材を入れた容器を保持する温度は、40℃以下にするのが好ましい。下限の温度はモノマーの揮発性により様々であるが、例えばピロールを用いる場合、−20℃以上とするのが好ましい。
【００５０】
ポリピロールからなる導電性高分子層2bを有する導電性複合体２の作製を例にとって、第二の製造方法を具体的に説明する。容積100〜500 mLのガラス容器に１〜10 gのピロールを入れ、０〜25℃に保持する。容器中で揮発したピロールは酸化重合触媒担持基材上で酸化重合触媒に接触して重合し、黒色のポリピロールになる。室温±２℃で0.5〜３時間程度保持すると、重合反応が終了する。
【００５１】
(iii) ドーパントの添加
いずれの製造方法においても、酸化重合触媒以外のドーパントを酸化重合触媒溶液に添加しても良い。ドーパントの濃度は0.01〜５Mとするのが好ましい。モノマーは酸化重合触媒及び／又はそれ以外のドーパントを取り込みながら重合する。ドーパントは、p型でもn型でも良く、一般的なものを使用することができる。p型ドーパントとしてはCl2、Br2、I2、ICl、ICl3、IBr、IF3等のハロゲンや、PF5、PF6、BF4、AsF5、SbF5等のルイス酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、有機酸（p-トルエンスルホン酸等）等が挙げられる。n型ドーパントとしては、Li、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属や、Be、Mg、Ca、Sc、Ba等のアルカリ土類金属、Ag、Eu、Yb等が挙げられる。
【００５２】
重合反応により得られた導電性高分子と伸縮性基材2aの複合体を洗浄した後、そのまま導電性複合体２として用いても良いが、導電性高分子のモノマーを再び含浸させ又は含浸させながら重合させるのが好ましい。含浸及び重合の工程を繰り返すことにより、伸縮性基材2aに所望量のモノマーを含浸できる。含浸及び重合の回数はモノマーの種類及び含浸量により様々であるが、導電性としなやかさを兼ね備えた導電性複合体２を作製するには一般的には２〜10回程度である。
【００５３】
(2) 高分子アクチュエータの組立て
導電性複合体２の各端部に作用電極5a，5bを形成する。作用電極5a，5bを形成する方法としては、化学めっき、電気めっき、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着等が挙げられる。本体部31，41及び押付部材32，42の間に挟持することによって導電性複合体２を支持体３と支持体４との間に張設し、導電性複合体２全体が浸漬するようにセルにイオン供給体７を充填すると、高分子アクチュエータが得られる。
【実施例】
【００５４】
本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００５５】
実施例１
(1) ポリピロール−JKワイパー複合体の作製（第一の製造方法）
JK−ワイパー［登録商標、1.43 g／（210×230×1.58 mm3）、厚さ175μm、株式会社クレシア製］を20 mm×50 mmに切り、ピロール0.2 gを染み込ませた。次いでピロール含浸JK−ワイパーを濃度2.5 MのFeCl3-メタノール溶液に浸漬させて０℃で１時間保持することによりピロールを重合させた後、メタノールで洗浄した。これにピロール0.2 gを再び染み込ませ、FeCl3-メタノール溶液中で重合させ、ポリピロール−JKワイパー複合体を得た。複合体はメタノールで洗浄した後、室温で８時間減圧乾燥させた。このポリピロール−JKワイパー複合体の厚さは260μmであり、電圧抵抗は30Ωであった。ポリピロール−JKワイパー複合体表面の走査顕微鏡（SEM）写真を図５に示す。
【００５６】
(2) 引張り応力及び伸び率の測定
JK−ワイパーを15 mm×５mmに切り、ポリピロール−JKワイパー複合体を17 mm×６mmに切り、引張り応力及び伸び率をそれぞれ測定した。結果を図６に示す。JK−ワイパーの引張り応力は2.07 MPaであり、ポリピロール−JKワイパー複合体の引張り応力は1.96 MPaであった。
【００５７】
(3) 高分子アクチュエータの組立て、並びにその変位率の測定
ポリピロール−JKワイパー複合体（8.0 mm×0.5 mm）の両端部にそれぞれ白金箔（厚さ30μm）を貼り、図１及び２に示す高分子アクチュエータを組立て、図３に示す測定装置に取り付けた。滑車93に10.0 gの錘92を懸下し、作用電極5a，5bと対極６との間に電圧を印加して電流及び伸縮率（変位量）を測定した。結果を図７に示す。また周波数0.1 Hz、0.25 Hz及び0.5 Hzの矩形波となるように電圧を印加し、電流及び伸縮率（変位量）を測定した。結果を図８〜10に示す。いずれの測定においても、周波数以外の測定条件は下記のとおりとした。ポリピロール−JKワイパー複合体の最大伸縮率（高分子アクチュエータの最大変位率）は約４％であった。いずれの測定においても、高分子アクチュエータは良好な応答性を示した。
イオン供給体：NaPF6水溶液（１mol/L）
作用電極：白金箔
対極  ：白金箔
作用電極：Ag / AgCl
印加電圧：−0.8 V〜0.8 V
【００５８】
実施例２
(1) ポリピロール−JKワイパー複合体の作製（第二の製造方法）
JK−ワイパー［登録商標、1.43 g／（210×230×1.58 mm3）、厚さ175μm、株式会社クレシア製］を20 mm×50 mmに切り、濃度2.5 MのFeCl3-メタノール溶液１mLを含浸させたところ、オレンジ色のFeCl3含浸JK−ワイパーが得られた。ガラス容器（容積 200 mL）にピロール２mLを入れ、FeCl3含浸JK−ワイパーを懸下した後、蓋をしてガラス容器を密閉した。このガラス容器を室温で１時間保持したところ、FeCl3含浸JK−ワイパーの色がオレンジ色から黒色に徐々に変化した。黒色のFeCl3含浸JK−ワイパーをガラス容器から取り出し、メタノールで洗浄した後、室温で乾燥させた。FeCl3-メタノール溶液の含浸及びピロールの重合をもう一度繰り返し、ポリピロール−JKワイパー複合体を得た。得られた複合体をメタノールで洗浄した後、室温で８時間減圧乾燥させた。このポリピロール−JKワイパー複合体の厚さは300μmであり、電圧抵抗は35Ωであった。
【００５９】
実施例２(1) で得られたポリピロール−JKワイパー複合体を使用した以外、実施例１(3) と同様にして高分子アクチュエータを組立てた。この高分子アクチュエータの作用電極5a，5bと対極６との間に、−0.8 Vと0.8 Vの繰り返しの矩形波となるように電圧を印加して電流及び伸縮率（変位量）を測定した。ポリピロール−JKワイパー複合体の最大伸縮率は約2.5％であった。
イオン供給体：NaPF6水溶液（１mol/L）
作用電極：白金箔
対極  ：白金箔
作用電極：Ag / AgCl
印加電圧：−0.8 V〜0.8 V
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の高分子アクチュエータの一例を示す縦断面図である。
【図２】高分子アクチュエータの変位を示す断面図である。
【図３】高分子アクチュエータの伸縮量を測定する装置を示す概略図である。
【図４】高分子アクチュエータの発生力を測定する装置を示す概略図である。
【図５】ポリピロール−JKワイパー複合体表面の走査顕微鏡（SEM）写真である。
【図６】JK−ワイパー及びポリピロール−JKワイパー複合体の引張り応力及び伸び率を示すグラフである。
【図７】実施例１のアクチュエータにおける印加電圧に対する電流及び伸縮率を示すグラフである。
【図８】実施例１のアクチュエータにおける印加電圧に対する電流及び伸縮率を示す別のグラフである。
【図９】実施例１のアクチュエータにおける印加電圧に対する電流及び伸縮率を示すさらに別のグラフである。
【図１０】実施例１のアクチュエータにおける印加電圧に対する電流及び伸縮率を示すさらに別のグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・セル
２・・・導電性複合体
2a・・・伸縮性基材
2b・・・導電性高分子
21・・・固定端部
22・・・駆動端部
３、４・・・支持体
30、40・・・支持ロッド
31、41・・・本体部
32、42・・・押付部材
33、43・・・ネジ
44・・・エアベアリング
5a，5b・・・作用電極
６・・・対極
７・・・イオン供給体
８・・・参照電極
91・・・糸
92・・・錘
94・・・ロードセル
【図１】
2005304168.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005304168.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図５】
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