(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶化合物、カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成され、前記液晶化合物が配向している1又は2以上の導電性薄膜と、イオン液体およびポリマーから構成される1又は2以上の電解質膜を積層してなる積層体からなるアクチュエータ素子。
【請求項２】
液晶化合物が非対称の芳香族系液晶化合物である、請求項１に記載のアクチュエータ素子。
【請求項３】
イオン液体およびポリマーから構成される電解質膜の表面に、液晶化合物、カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成され、前記液晶化合物が配向している導電性薄膜を電極とする導電性薄膜層が互いに絶縁状態で少なくとも２個形成され、当該導電性薄膜層に電位差を与えることにより変形可能に構成されている、請求項１又は２に記載のアクチュエータ素子。
【請求項４】
以下の工程１及び工程２を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ素子の製造方法：
工程１：液晶化合物、カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを溶媒中に溶解ないし分散させ、磁場をかけながら成膜して、前記液晶化合物が配向している導電性薄膜を調製する工程、
工程２：イオン液体およびポリマーから構成される電解質膜と工程１で得られた導電性薄膜を積層して積層体を形成する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性薄膜を有する導電体及びアクチュエータ素子に関する。ここでアクチュエータ素子は、電気化学反応や電気二重層の充放電などの電気化学プロセスを駆動力とするアクチュエータ素子である。
【背景技術】
【０００２】
空中、あるいは真空中で作動可能なアクチュエータ素子として、カーボンナノチューブとイオン液体とのゲルを導電性の伸縮性のある活性層として用いるアクチュエータが提案されている（特許文献1）。
【０００３】
従来の素子の構造は、伸縮性のある活性層としてカーボンナノチューブとイオン液体とのゲルを用い、イオン液体ゲルを電解質層として電極層でサンドイッチ構造にしたものである。この素子の電極中のカーボンナノチューブは、ランダムに分散し、発生する力の方向が互いに打ち消し合っているものと考えられる。
【特許文献１】特開2005-176428
【特許文献２】PCT/JP2007/050050
【特許文献３】WO2006/011655
【非特許文献１】Don N. Futaba, Kenji Hata, Takeo Yamada, Tatsuki Hiraoka, Yuhei Yamamizu, Yozo Kakudate, Osamu Tanaike, Hiroaki Hatori, Motoo Yumura and Sumio Iijima, Nature Materials, Vol.5, 987 (2006).
【非特許文献２】Kenji Hata et al, Water-Assisted Highly Efficient Synthesis of Impurity-Free Single-Walled Carbon Nanotubes, SCIENCE, 2004.11.19, vol.306, p.1362-1364
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、アクチュエータ素子の更なる高機能化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は上記課題に鑑み検討を重ねた結果、これまで開発してきたアクチュエータ素子に液晶化合物を添加することにより、特に低周波での伸縮性能が向上することを見出した。また、導電性薄膜を作る過程で液晶を添加し、磁場下で製膜を行うと磁場に平行あるいは垂直な方向でアクチュエータ応答の異方性が見出された。すなわち、磁場下で導電性薄膜を作製すると、液晶分子の配向に伴ってカーボンナノチューブが一定方向に配向し、アクチュエータの特定方向の伸縮が容易になることを見出した。さらに、磁場の方向と平行又は垂直方向に配向した導電性薄膜は、磁場を印加していない場合に比べ、いずれも伸縮率が向上することを見出した。
【０００６】
本発明は、以下の導電性薄膜及びその製造方法、積層体およびアクチュエータ素子を提供するものである。
1．  液晶化合物、カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲル
から構成され、前記液晶化合物が配向している導電性薄膜。
2．  液晶化合物が非対称の芳香族系液晶化合物である、項1に記載の導電性薄膜。
3．  項１または２に記載の1又は2以上の導電性薄膜と、イオン液体およびポリマーから
構成される1又は2以上の電解質膜を積層してなる積層体。
4．  項３の積層体からなるアクチュエータ素子。
5．  イオン液体およびポリマーから構成される電解質膜の表面に、請求項１または２に
記載の導電性薄膜を電極とする導電性薄膜層が互いに絶縁状態で少なくとも２個形成され、当該導電性薄膜層に電位差を与えることにより変形可能に構成されている項４に記載のアクチュエータ素子。
6．  液晶化合物、カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを溶媒中に溶解な
いし分散させ、磁場をかけながら成膜することを特徴とする導電性薄膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
磁場存在下、液晶化合物を添加して電極薄膜を作ることにより、磁場により誘起されたアクチュエータ応答の改善が可能となった。これにより、アクチュエータ応答の異方化が可能となり、電場印加方向を制御することで応答を異方的にコントロールすることが出来る。
【０００８】
本発明によれば、液晶化合物を使用することで、伸縮率が大きく向上し、これにより高発生力応答が可能なアクチュエータ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明において、アクチュエータ素子の電極層に使用する導電性薄膜には、カーボンナノチューブ、ポリマー、イオン液体と液晶化合物が使用される。
【００１０】
本発明に用いられるイオン液体（ionic liquid）とは、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩であり、例えば０℃、好ましくは−２０℃、さらに好ましくは−４０℃で溶融状態を呈する塩である。また、本発明で使用するイオン液体はイオン導電性が高いものが好ましい。
【００１１】
本発明においては、各種公知のイオン液体を使用することができるが、常温（室温）または常温に近い温度において液体状態を呈する安定なものが好ましい。本発明において用いられる好適なイオン液体としては、下記の一般式（Ｉ）〜（IV）で表わされるカチオン（好ましくは、イミダゾリウムイオン、第４級アンモニウムイオン）と、アニオン（Ｘ−）より成るものが挙げられる。
【００１２】
【化１】
0005283063.tif 000002
上記の式（Ｉ）〜（IV）において、Ｒは直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ１２アルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基を示し、式（Ｉ）においてＲ１は直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ４アルキル基または水素原子を示す。式（Ｉ）において、ＲとＲ１は同一ではないことが好ましい。式（III
）および（IV）において、ｘはそれぞれ１〜４の整数である。
【００１３】
直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ１２アルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルなどの基が挙げられる。炭素数は好ましくは１〜８，より好ましくは１〜６である。
【００１４】
直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ４アルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチルが挙げられる。
【００１５】
エーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、CH2OCH3、(CH2)p(OCH2CH2)qOR2（ここで、ｐは１〜４の整数、ｑは１〜４の整数、R2はCH3又はC2H5を表す）が挙げられる。
【００１６】
アニオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸イオン（BF4-）、BF3CF3-、BF3C2F5-、BF3C3F7-、BF3C4F9-、ヘキサフルオロリン酸イオン（PF6-）、ビス（トリフルオロメ
タンスルホニル）イミド酸イオン（（CF3SO2)2N-）、過塩素酸イオン(ClO4-)、トリス（
トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸イオン(CF3SO2)3C-）、トリフルオロメタンスル
ホン酸イオン（CF3SO3-）、ジシアンアミドイオン（(CN)2N-）、トリフルオロ酢酸イオン（CF3COO-）、有機カルボン酸イオンおよびハロゲンイオンが例示できる。
【００１７】
これらのうち、イオン液体としては、例えば、カチオンが１−エチル−３−メチルイミ
ダゾリウムイオン、[N(CH3)(CH3)(C2H5)(C2H4OC2H4OCH3)]+、アニオンがハロゲンイオン
、テトラフルオロホウ酸イオンのものが、具体的に例示できる。なお、カチオン及び／又はアニオンを２種以上使用し、融点をさらに下げることも可能である。
【００１８】
ただし、これらの組み合わせに限らず、イオン液体であって、導電率が0.1Sm-1以上の
ものであれば、使用可能である。
【００１９】
本発明に用いられるカーボンナノチューブは、グラフェンシートが筒形に巻いた形状から成る炭素系材料であり、その周壁の構成数から単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）と多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）とに大別され、また、グラフェンシートの構造の違いからカイラル（らせん）型、ジグザグ型、およびアームチェア型に分けられるなど、各種のものが知られている。本発明には、このような所謂カーボンナノチューブと称されるものであれば、いずれのタイプのカーボンナノチューブも用いることができる。
【００２０】
実用に供されるカーボンナノチューブの好適な例として、一酸化炭素を原料として比較的量産が可能なＨｉＰｃｏ（カーボン・ナノテクノロジー・インコーポレーテッド社製）が挙げられるが、勿論、これに限定されるものではない。
【００２１】
本発明に用いられるポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体［ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］などの水素原子を有するフッ素化オレフィンとパーフッ素化オレフィンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの水素原子を有するフッ素化オレフィンのホモポリマー、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ，ナフィオン）、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（poly-ＨＥＭＡ）、ポリメチル
メタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリ（メタ）アクリレート類、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などが挙げられる。
【００２２】
液晶化合物は、ネマチック液晶（5CB）、キラル液晶、強誘電性液晶などの液晶を形成
する。          
【００２３】
液晶化合物の添加により、イオン液体とCNTの相溶性が向上、さらには、磁場（電場）
下での液晶分子の配向により誘起されるCNTの配向、さらに配向による発生圧力・導電性
の向上（異方化）が期待できる。
【００２４】
液晶化合物は、磁場を印加することにより一定方向に配向する分子であれば特に限定されず、例えば、４−シアノ−４’−ｎ−ペンチルビフェニル(5CB)、４−シアノ−４’−
ｎ−ヘプチルビフェニルなどの４−シアノ−４’−アルキルビフェニル類、N-(4-メトキ
シベンジリデン)-4-ブチルアニリン(MBBA)、E7、MLC、8CB(4-シアノ-4'オクチルビフェニル)、BL093、TL 216、ZLI 5800、MLC 6613、４−シアノ−４’−ｎ−ペンチルオキシビフェニル、４−シアノ−４’−ｎ−ヘプチルオキシビフェニルなどの４−シアノ−４’−アルキルオキシビフェニル類、４’−ブトキシフェニル−４−ｎ−ペンチル安息香酸エステル、４’−ブトキシフェニル−４−ｎ−ペンチル安息香酸エステル、４’−ヘキシルオキシフェニル−４−ｎ−ペンチル安息香酸エステル、４’−オクチルオキシフェニル−４−ｎ−ペンチル安息香酸エステルなどの安息香酸エステル類、ベンジリデン−２−ナフチルアミン、４’−エトキシベンジリデン−４−シアノアニリン、Ｎ−(４−メトキシベンジ
リデン−２−ヒドロキシベンジリデン)−４−ブチルアニリンなどのシッフ塩基、などが
挙げられる。
【００２５】
好ましい液晶化合物は、4−シアノ−4’−ペンチルビフェニルである。
【００２６】
液晶はネマチック液晶 、スメクチック液晶 、高分子液晶 、リオトロピック液晶 、ク
ロモニック液晶 、フラストレート液晶 、サーモトロピック液晶 、カラムナー液晶 、ディスコティック・ネマチック液晶 、カラミティック・ネマチック液晶 、強誘電性液晶 
、ディスコティック(discotic)液晶 、又はコレステリック液晶のいずれであってもよい
。
【００２７】
アクチュエータ素子の電極層に使用される導電性薄膜層は、カーボンナノチューブ、イオン液体、ポリマー及び液晶化合物から構成される。
【００２８】
導電性薄膜層中のこれらの成分の好ましい配合割合は：
カーボンナノチューブ：
16〜90重量％、好ましくは16.6〜70重量％、より好ましくは20〜50重量%；
イオン液体：
5〜80重量％、好ましくは15〜73.4重量％、より好ましくは20〜69重量%；
ポリマー：
4〜70重量％、好ましくは10〜68.4重量％、より好ましくは11〜64重量%；
である。
【００２９】
液晶化合物は、カーボンナノチューブ100重量部に対し1〜100重量部、好ましくは5〜95重量部、より好ましくは10〜80重量部配合される。
【００３０】
本発明のアクチュエータ素子としては、例えば、電解質膜1を、その両側から、カーボ
ンナノチューブとイオン液体とポリマーと液晶化合物を含む導電性薄膜層（電極層）2,2
で挟んだ３層構造のものが挙げられる(図2A) 。また、電極の表面伝導性を増すために、
電極層2,2の外側にさらに導電層3,3が形成された５層構造のアクチュエータ素子であってもよい(図2B) 。
【００３１】
電解質膜の表面に導電性薄膜層を形成してアクチュエータ素子を得るには、カーボンナノチューブ、イオン液体、ポリマーおよび液晶化合物を溶媒に分散した電極用ゲル溶液とイオン液体およびポリマーからなる電解質用ゲル溶液を交互にキャスト法により塗布、積層、乾燥することにより行うか、もしくは、上記のようにキャスト、乾燥することにより得た電解質膜の表面に、同様に別途、キャスト、乾燥することにより得た導電性薄膜を熱圧着することにより得ることが出来る。
また、導電性薄膜層は例えば以下の様にして得ることもできる。液晶化合物を配合したカーボンナノチューブにイオン液体を磁場下に染み込ませる。あるいは、液晶化合物を配合したカーボンナノチューブにイオン液体とポリマーを溶媒に分散させたイオン液体ゲルの溶液を磁場下に染み込ませる、あるいは、溶液中に液晶化合物を配合したカーボンナノチューブを磁場下に浸し、その後、溶媒を乾燥させることによって得ることができる。電解質膜は、イオンゲル溶液をキャスト法により製膜し、溶媒を蒸発、乾燥させることによって得ることができる。
【００３２】
本発明では、液晶化合物、カーボンナノチューブとイオン液体、必要に応じてさらにポリマーを含む導電性薄膜層の調製において、各成分を均質に混合するのが重要である。各成分が均質混合された分散液を調製するためには、溶媒を用いるのが好ましく、例えば疎水性溶媒と親水性溶媒の混合溶媒を使用するのが特に好ましい。
【００３３】
親水性溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどのカーボネート類、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトン、メタノール、エタノールなどの炭素数１〜３の低級アルコール、アセトニトリル等が挙げられる。疎水性溶媒としては、４−メチルペンタン−２−オンなどの炭素数５
〜１０のケトン類、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類、トルエン、ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素類、N,N-ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
【００３４】
本発明の導電性薄膜を製造するための分散液は、液晶化合物、イオン液体とカーボンナノチューブを混練してゲル化させ、その後ポリマーと溶剤(例えば、イオン液体が親水性
の場合には、親水性溶媒と疎水性溶媒の混合溶媒、イオン性体が疎水性の場合には、疎水性溶媒)を加えて分散液を調製してもよく、液晶化合物、カーボンナノチューブ、イオン
液体、ポリマー及び必要に応じて溶剤(例えば、イオン液体が親水性の場合には、親水性
溶媒と疎水性溶媒の混合溶媒、イオン液体が疎水性の場合には、疎水性溶媒)を加え、ゲ
ル化のプロセスなしに分散液を調製してもよい。この場合、各成分を混合するのに超音波による分散も有効である。
【００３５】
いったんゲル化させた後に分散液を調製する場合、混合溶媒の割合としては、親水性溶媒：疎水性溶媒（重量比）＝２０：１〜１：１０であるのが好ましく、２：１〜１：５であるのがより好ましい。
【００３６】
また、ゲル化のプロセスなしに分散液を調製する場合、親水性溶媒（PC）/疎水性溶媒
（MP）=1/100〜20/100が好ましく、より好ましくは3/100〜15/100である。
【００３７】
導電性薄膜層は、液晶化合物、カーボンナノチューブ、イオン液体及びポリマーを含む高分子ゲルから構成される。
【００３８】
導電性薄膜層中の（液晶化合物＋カーボンナノチューブ＋イオン液体）と（ポリマー）の配合比（重量比）は、（液晶化合物＋カーボンナノチューブ＋イオン液体）：（ポリマー）＝１：２〜４：１であるのが好ましく、（液晶化合物＋カーボンナノチューブ＋イオン液体）：（ポリマー）＝１：１〜２：１であるのがより好ましい。この配合の際には、親水性溶媒と疎水性溶媒との混合溶媒を用いる。液晶化合物とカーボンナノチューブとイオン液体を混合して予めゲルを形成し、このゲルにポリマーと溶媒（好ましくは疎水性溶媒）を混合して導電性薄膜調製用の分散液を得ることもできる。この場合、（液晶化合物＋カーボンナノチューブ＋イオン液体）：（ポリマー）は、より好ましくは１：１〜３：１である。
【００３９】
なお、導電性薄膜層には溶媒（疎水性溶媒と親水性溶媒）が若干含まれていてもよいが、通常の乾燥条件において除去可能な溶媒はできるだけ除去しておくのが好ましい。
【００４０】
イオン伝導層を構成するゲル状組成物は、ポリマーとイオン液体から構成される。好ましいイオン伝導層は、このゲル状組成物を得る際の親水性イオン液体とポリマーの配合比（重量比）が、親水性イオン液体：ポリマー＝１：４〜４：１であるのが好ましく、親水性イオン液体：ポリマー＝１：２〜２：１であるのがより好ましい。この配合の際にも、上記と同様に、親水性溶媒と疎水性溶媒とを任意の割合で混合した溶媒を用いるのが好ましい。
【００４１】
２つ以上の導電性薄膜層を分離するセパレーターの役割を果たすイオン伝導層は、ポリマーを溶媒に溶解し、塗布、印刷、押し出し、キャスト、射出などの常法に従い形成することができる。イオン伝導層は、実質的にポリマーのみで形成してもよく、イオン液体をポリマーに加えて形成してもよい。
【００４２】
導電性薄膜層とイオン伝導層に使用するポリマーは同一であっても異なっていてもよいが、両者は同一であるか、性質の類似したポリマーであるのが、導電性薄膜層とイオン伝
導層の密着性を向上させるのに好ましい。
なお、液晶化合物そのものを磁場配向させる場合、数千ガウス（1000ガウス＝0.1テス
ラ）から十数テスラの磁場が必要である。一方、カーボンナノチューブを磁場下、配向させる試みがなされているが、この場合、一般的に、カーボンナノチューブの濃度は１wt%
程度の非常に低濃度で、低粘度溶媒中で10テスラ程度の強磁場が必要とされている。本発明では、電極中の添加重量にして5wt%の液晶化合物の磁場配向により、19wt%程度のカー
ボンナノチューブを配向できる。配向に用いる磁場は、1.3テスラであり、通常カーボン
ナノチューブを配向させるのに用いられる10テスラの超伝導磁石に比べ、取り扱いが簡便な棒磁石（1.3テスラ）により容易に配向させることができる。磁場の向きは、導電性薄
膜層に平行あるいは垂直、さらに、任意の角度であってもよい。
【００４３】
電解質膜の厚さは、5〜200μｍであるのが好ましく、10〜100μｍであるのがより好ま
しい。導電性薄膜層の厚さは、10〜500μｍであるのが好ましく、50〜300μｍであるのがより好ましい。また、各層の製膜にあたっては、スピンコート、印刷、スプレー等も用いることができる。さらに、押し出し法、射出法等も用いることができる。
【００４４】
このようにして得られたアクチュエータ素子は、電極間（電極は導電性薄膜層に接続されている）に０．５〜４Ｖの直流電圧を加えると、数秒以内に素子長の０．０５〜１倍程度の変位を得ることができる。また、このアクチュエータ素子は、空気中あるいは真空中で、柔軟に作動することができる。
【００４５】
このようなアクチュエータ素子の作動原理は、図３に示すように、電解質膜１の表面に相互に絶縁状態で形成された導電性薄膜層２，２に電位差がかかると、導電性薄膜層２，２内のカーボンナノチューブ相とイオン液体相の界面に電気二重層が形成され、それによる界面応力によって、導電性薄膜層２，２が伸縮するためである。図3に示すように、プ
ラス極側に曲がるのは、量子化学的効果により、カーボンナノチューブがマイナス極側でより大きくのびる効果があることと、現在よく用いられるイオン液体では、カチオン４のイオン半径が大きく、その立体効果によりマイナス極側がより大きくのびるからであると考えられる。図3において、４はイオン液体のカチオンを示し、５はイオン液体のアニオ
ンを示す。
【００４６】
上記の方法で得ることのできるアクチュエータ素子によれば、カーボンナノチューブとイオン液体とのゲルの界面有効面積が極めて大きくなることから、界面電気二重層におけるインピーダンスが小さくなり、カーボンナノチューブの電気伸縮効果が有効に利用される効果に寄与する。また、機械的には、界面の接合の密着性が良好となり、素子の耐久性が大きくなる。その結果、空気中、真空中で、応答性がよく変位量の大きい、且つ耐久性のある素子を得ることができる。しかも、構造が簡単で、小型化が容易であり、小電力で作動することができる。さらに、カーボンナノチューブが液晶化合物の配向に沿って配向していることから、従来の同様の素子より、効率的に力の発生が起こる。
【００４７】
本発明のアクチュエータ素子は、空気中、真空中で耐久性良く作動し、しかも低電圧で柔軟に作動することから、安全性が必要な人と接するロボットのアクチュエータ（例えば、ホームロボット、ペットロボット、アミューズメントロボットなどのパーソナルロボットのアクチュエータ）、また、宇宙環境用、真空チェンバー内用、レスキュー用などの特殊環境下で働くロボット、また、手術デバイスやマッスルスーツ、床ずれ防止用などの医療、福祉用ロボット、ブレーキ、さらにはマイクロマシーンなどのためのアクチュエータとして最適である。
【００４８】
特に、純度の高い製品を得るために、真空環境下、超クリーンな環境下での材料製造において、純度の高い製品を得るために、試料の運搬や位置決め等のためのアクチュエータ
の要求が高まっており、全く蒸発しないイオン液体を用いた本発明のアクチュエータ素子は、汚染の心配のないアクチュエータとして、真空環境下でのプロセス用アクチュエータとして有効に用いることができる。
なお、電解質膜表面への導電性薄膜層の形成は少なくとも２層必要であるが、図4に示す
ように、平面状の電解質膜１の表面に多数の導電性薄膜層２を配置することにより、複雑な動きをさせることも可能である。このような素子により、蠕動運動による運搬や、マイクロマニピュレータなどを実現可能である。また、本発明のアクチュエータ素子の形状は、平面状とは限らず、任意の形状の素子が容易に製造可能である。例えば、図４に示すものは、径が１ｍｍ程度の電解質膜１のロッドの周囲に４本の導電性薄膜層２を形成したものである。この素子により、細管内に挿入できるようなアクチュエータが実現可能である。  
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことは言うまでもない。
【００５０】
なお、本実施例において、アクチュエータ素子変位評価は、以下のようにして行った。
【００５１】
アクチュエータ素子変位評価法：図１に示す様にレーザ変位計を用い、素子を1mmx10mmの短冊状に切り取り、電圧を加えた時の5mmの位置の変位を測定した。
【００５２】
実施例および比較例で用いたイオン液体（ＩＬ）は、エチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）である。
【００５３】
実施例および比較例で用いたカーボンナノチューブは、高純度単層カーボンナノチューブ（カーボン・ナノテクノロジー・インコーポレーテッド社製「ＨｉＰｃｏ」）（以下、ＳＷＮＴともいう）である。
【００５４】
実施例および比較例で用いたポリマーは、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体［ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）；商品名kynar2801］(III)である。
【００５５】
【化２】
0005283063.tif 000003
実施例および比較例で用いた溶媒は４−メチルペンタン−２−オン（ＭＰ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）である。
【００５６】
実施例で用いた液晶化合物は、4−シアノ−4’−ペンチルビフェニル(5CB)である。
【００５７】
調製例１
［導電性薄膜層形成用分散液の調製］
ＭＰとＰＣの混合溶媒に、カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）とイオン液体（ＩＬ）、ポリマー［粉末状ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］、液晶化合物(5CB)を分散させて、マグネチック
スターラーにて撹拌、その後、超音波による分散を行うことにより、導電性薄膜層形成用分散液を調製する。
【００５８】
［電解質膜形成用溶液の調製］
イオン液体（ＩＬ）とポリマー［粉末状ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］を、上記導電性薄膜層形成用分散液の調製と同様にして、溶媒に溶解させることにより、電解質膜形成用溶液を調製する。
【００５９】
［アクチュエータ素子の製造］
導電性薄膜層、電解質膜は、それぞれ上記のように調製した分散液および溶液を、別々にキャストし、室温で一昼夜溶媒を乾燥させ、次いで、真空乾燥を行うことにより得る。得られた導電性薄膜2枚の間に、電解質膜を1枚挟んで熱圧着することにより3層構造のア
クチュエータ素子を得る。液晶化合物を含む導電性薄膜層は、図5に示すように、磁場下
にキャストして作製し、乾燥後、磁場の方向に平行(LC(5CB)-4)または垂直方向（LC(5CB)-5））に切り出す。また、磁場の非存在下に作製したサンプルはLC(5CB)-3’とする。導
電性薄膜層の上下方向に磁場をかけた場合について、同様に図７に示す。
【００６０】
［アクチュエータ素子の評価方法］
製造したアクチュエータ素子の変位応答性の評価は、図１に示した装置を用いて行った。アクチュエータ素子を、幅１ｍｍ×長さ１０ｍｍの短冊状に切断し、図１に示すように、端３ｍｍの部分を電極付きホルダーでつかんで、空気中で電圧を加え、レーザ変位計を用いて、固定端から５ｍｍの位置での変位を測定して行った。
【００６１】
実施例および比較例で用いた疎水性溶媒は４−メチルペンタン−２−オン（ＭＰ）であり、親水性溶媒はプロピレンカーボネート（ＰＣ）である。
【００６２】
比較例１
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び液晶化合物（5CB）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。導電性薄膜層の製造時には磁場をかけなかった。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/5CB=50.4mg/79.9mg/126.5mg/14.7mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=201.5mg/207.0mg
比較例2
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び液晶化合物（5CB）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。導電性薄膜層の製造時には磁場をかけなかった。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/5CB=50.2mg/80.9mg/123.6mg/12.5mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=201.5mg/207.0mg
実施例１、２
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び液晶化合物（5CB）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。導電性薄膜層の製造時に薄膜面内で図５のように磁場を印加した。導電性薄膜層は、磁場方向に平行なサンプルLC(5CB)-4（実施例1）、磁場方向に垂直なサンプルLC(5CB)-5（実施
例２）を切り出して、アクチュエータ素子の製造に使用した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/5CB=50.4mg/79.9mg/126.5mg/14.7mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=201.5mg/207.0mg
実施例３
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び液晶化合物（5CB）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。導電性薄膜層の製造時に薄膜面に垂直な方向に、図７のように磁場を印加した。この導電性
薄膜層を切り出して、アクチュエータ素子の製造に使用した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/5CB=50.2mg/80.9mg/123.6mg/12.5mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=201.5mg/207.0mg
試験例１
実施例１〜３および比較例１〜２で得られたアクチュエータ素子の電圧に対する応答性の評価を、上述したアクチュエータ素子の評価方法により行った。得られた結果を、図６、図８に示す。
【００６３】
図６の結果から、液晶化合物を配合して磁場をかけ、液晶化合物とともにCNT を配向させることにより、低周波での変形応答が顕著に向上することが明らかになった。これは磁場の方向に平行に切り出したサンプルの場合により大きな向上が見られ、磁場の方向に垂直に切り出したサンプルでも見られた。また、同様の向上が磁場を導電性薄膜平面の上下にかけた場合(図８)でも見られた。このような磁場配向による伸縮率の差は比較実験として５CBを入れない系（基準）で同様の実験を行った場合には見られず、すなわち、この結果は添加した液晶による配向誘起により伸縮率の異方性が生じたことを支持している。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例でアクチュエータ素子変位評価法に用いたレーザ変位計を示す。
【図２】図２（Ａ）は、本発明のアクチュエータ素子（３層構造）の一例の構成の概略を示す図であり、図２（Ｂ）は、本発明のアクチュエータ素子（５層構造）の一例の構成の概略を示す図である。
【図３】本発明のアクチュエータ素子の作動原理を示す図である。
【図４】本発明のアクチュエータ素子の他の例の概略を示す図である。
【図５】液晶化合物を磁場配向させた導電性薄膜の製造法を模式的に示す。
【図６】実施例及び比較例で得られたアクチュエータの配向の効果を示す。
【図７】導電性薄膜層の上下方向に磁場をかけた場合のサンプルの製造法を模式的に示す。
【図８】実施例及び比較例で得られたアクチュエータの配向の効果を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１  電解質膜
２  導電性薄膜層
３  導電層
４  イオン性液体のカチオン
５  イオン性液体のアニオン
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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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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