(57)【要約】【課題】  高い導電性と駆動変形に対する耐久性を備えた電極を提供し、これにより変位量が大きなアクチュエータを提供すること【解決手段】  対向して配置される一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されている電解質を有する中間層と、を有し、前記一対の電極に電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、前記一対の電極のうち少なくともいずれか一方が、第一の導電性材料を有し、且つ導電性を有する多孔質構造と、該多孔質構造の空孔を充填する第二の導電性材料および電解質と、を有することを特徴とするアクチュエータ。【選択図】  図１
2012135156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置されている電解質を有する中間層と、
を有し、
前記一対の電極に電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、
前記一対の電極のうち少なくともいずれか一方が、
第一の導電性材料を有し、且つ導電性を有する多孔質構造と、
該多孔質構造の空孔を充填する第二の導電性材料および電解質と、
を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記多孔質構造が、ポリマー材料と、前記第一の導電性材料である第一の炭素材料からなり、該第一の炭素材料が、カーボンブラック、活性炭、多孔質カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記多孔質構造が、導電性ポリマーからなる請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第二の導電性材料が、カーボンブラック、活性炭、多孔質カーボン、の少なくともいずれかである第二の炭素材料からなる請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記電解質は、イオン液体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータの開発が産業用や医療用、パーソナル用のロボット、マイクロマシン等の分野で行われている。
【０００３】
特許文献１には、一対の電極間に電解質が狭持されているアクチュエータが示されており、その両電極は、導電性ポリマーからなっている。中間層は高分子マトリックス中にイオン液体を有している。
【０００４】
また、特許文献２には、カーボンナノチューブとバインダーとなるポリマーで構成した電極を用いたアクチュエータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０５０７８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１７６４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のアクチュエータは、以下の課題により、得られる変位および耐久性が十分ではなかった。
【０００７】
すなわち、特許文献１のような導電性ポリマーで形成した電極は、導電性が十分ではなく、これにより大きな変位を得ることは困難であった。
【０００８】
また、特許文献２のようなカーボンナノチューブとポリマーで形成した電極は、導電性を大きくするためにカーボンナノチューブの濃度を大きくすると、ポリマーの濃度は逆に減少するので、カーボンナノチューブ間の接着性が低下してしまう。この結果、導電性の大きな電極を形成しようとすると、繰り返しの駆動変形時に亀裂等の破壊が生じ、十分な耐久性が得られなかった。
【０００９】
すなわち、本発明の目的は、高い導電性と駆動変形に対する耐久性を備えた電極を提供し、これにより変位量が大きなアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータは、対向して配置される一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されている電解質を有する中間層と、を有し、前記一対の電極に電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、前記一対の電極のうち少なくともいずれか一方が、第一の導電性材料を有し、且つ導電性を有する多孔質構造と、該多孔質構造の空孔を充填する第二の導電性材料および電解質と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極層の骨格構造となる多孔質構造の導電性と、該多孔質構造の空孔を充填する導電性材料および電解質により、高い導電性と駆動変形に対する耐久性を両立する電極が提供できる。これにより、低い駆動電圧で従来よりも大きく変位するアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のアクチュエータを示す模式図である。
【図２】本発明のアクチュエータの動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係るアクチュエータは、本発明に係るアクチュエータは、対向して配置される一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されている電解質を有する中間層と、を有し、前記一対の電極に電圧を印加することにより変形するアクチュエータであって、前記一対の電極のうち少なくともいずれか一方が、第一の導電性材料を有し、且つ導電性を有する多孔質構造と、該多孔質構造の空孔を充填する第二の導電性材料および電解質と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第一の実施形態として、多孔質構造が、ポリマー材料と、第一の導電性材料である第一の炭素材料からなり、第一の炭素材料が、カーボンブラック、活性炭、多孔質カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維の少なくともいずれかを有する。
【００１５】
また、本発明の第二の実施形態としては、多孔質構造が、導電性ポリマーからなるものである。
【００１６】
また、いずれの上記実施形態においても、第二の導電性材料が、カーボンブラック、活性炭、多孔質カーボン、の少なくともいずれかである炭素材料からなることが好ましく、電解質は、イオン液体であることが好ましい。
【００１７】
本発明の電極は、導電性を有する多孔質構造を有していることにより、変形に対して十分な柔軟性を持たせることができる。
【００１８】
それと同時に多孔質構造の空孔を充填する第二の導電性材料および電解質とを有していることで、電極内の導電性が更に向上する。そして、空孔を有する構造であるが故に、イオンが電極内を移動・拡散しやすい。よって、駆動変形に対して十分な耐久性を持ちつつ、駆動速度を速くすることができる。
【００１９】
一般に、導電性ポリマーに炭素材料などの導電性材料を含有させると、導電性は向上する。しかし、炭素材料を添加して固化した導電性ポリマーの硬度は向上してしまう。この場合、アクチュエータを繰り返し変形させると、電極が亀裂・ひび割れが生じる場合があり、柔軟性の点で好ましいとは言えなかった。
【００２０】
本発明のアクチュエータは、炭素材料などの第二の導電性材料が多孔質構造の空孔内に配置されているので、孔壁を形成するポリマー自体は、柔軟性を維持することができるようになる。これにより、導電性を向上させつつ、変形に対して柔軟性を有するアクチュエータを提供できるようになる。
【００２１】
特に、多孔質構造に炭素材料からなる第一の導電性部材を含む構成のアクチュエータは、大きな変位量で駆動可能であり、且つ駆動変形に対して十分な耐久性を持たせることができる。
【００２２】
さらには、繊維状の第一の炭素材料を有する多孔質構造を有することで、変形に対して十分な耐久性を持たせることができる。
【００２３】
そしてさらに、多孔質構造の空孔内に粒子状の第二の炭素材料を有することで、イオンが吸着するサイトを多く備えることができる。
【００２４】
それらを同時に備えることで、駆動変形に対して十分な耐久性を有することができるのと同時に、形状を大きく変形させることができるようになった。
【００２５】
また、多孔質構造に導電性ポリマーを含む構成のアクチュエータは、高い導電性を保つと同時に、駆動変形に対して十分な耐久性を持ち、駆動速度が向上する。
【００２６】
導電性ポリマーからなる多孔質構造を有することで、変形に対して十分な耐久性を持つ。
同時に多孔質構造の空孔内に炭素材料を有するため、電極としての高い導電性が得られる。
【００２７】
さらに、電極の空孔に電解質を配置することで、イオンが電極内を移動・拡散しやすくなる。よって、駆動変形に対して十分な耐久性を持ち、駆動速度が速く駆動することができる。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るアクチュエータの模式図である。
図１（ａ）は本実施形態に係るアクチュエータの構成を示す模式図である。符号１は電極、２は中間層、３はリード線である。電極１は互いに対向する一対の電極であり、中間層２はそれらの間に配置されている。アクチュエータはこれら電極１と中間層２が積層されており、電極層の変形がアクチュエータ自体を屈曲変形させる。電極１間に電位を与える端子であるリード線３は長尺状の電極の端に設けられている。
【００２９】
ここで、中間層２および電極１は、電解質を有している。電解質はカチオンとアニオンで構成される。電圧を印加することで、カチオンは負極に、アニオンは正極に移動する。負極においては、導電性材料（導電性ポリマーあるいは炭素材料）の表面に電気二重層が形成される。そして、カチオンの立体効果が、電気二重層に伴う静電反発などと共同的に働くことにより電極が膨張しようとする。一方、正極においても、導電性材料の表面に電気二重層が形成されるが、正極、負極の各イオンの大きさ等の違いにより、正極、負極の変形に差が生じ、アクチュエータが屈曲するように変形する。厚み方向に変形した様子を本図において点線で示す。アクチュエータはリード線３が配置される一方の端を支点に長尺方向における他方の端が大きく屈曲しているということができる。
【００３０】
多孔質構造が導電性ポリマーからなる場合、負極においては、導電性ポリマーはアニオンの脱ドープにより収縮しようとする。一般にカチオン挙動が支配的であり結果、負極は膨張する。一方正極においても、導電性ポリマーあるいは炭素材料表面に電気二重層が形成される。イオンの大きさは一般的にカチオンのほうが大きく、その結果カチオン１３を含む他方の電極は一方の電極１７より大きく変形する。これは電極内に存在するイオンの立体効果が、電気二重層に伴う静電反発などと共同的に働きによると考える。以上の結果、正極、負極の大きさに差が生じ、アクチュエータが屈曲するように変形する。
【００３１】
図１（ｂ）は図１（ａ）のアクチュエータの電極１が有する構造の拡大模式図である。
符号５は骨格構造となる多孔質構造、６は空孔、７は炭素材料である。多孔質構造５は第一の導電性材料（導電性ポリマーまたは炭素材料）を有し、且つ導電性を有する多孔質構造からなっている。
【００３２】
電極１の両方が本発明の上記構造であることが好ましいが、一方のみを上記構造とし、他方を金などの金属膜で構成しても良い。
【００３３】
空孔６内には、第二の導電材料である炭素材料７と、電解質とを有する。従って炭素材料７は、その表面の少なくとも一部は電解質に直接接している。電極１は、多孔質構造５を有しており、その空孔６内には炭素材料７が電解質とともに充填されている。
【００３４】
その空孔６は電解質と炭素材料７によって充填されていることから、空孔内をイオンが移動・拡散することが容易である。すなわち、非多孔質の電極に比べ、中間層から移動してきたイオンを容易に電極内に取り込むことができる。あるいは容易に出すこともできる。これらの結果、電圧印加時に電極内でイオンは容易に移動可能となり、高い駆動速度で変形可能となる。
以上より、本発明におけるアクチュエータは駆動変形に対して十分な耐久性を持ち、駆動速度が速く駆動することができる。
【００３５】
本発明の多孔質構造とは、多数の空孔を有する構造体のことである。空孔は独立して存在している独立孔のものと、空孔が連なっている連通孔のものの何れも含まれる。カチオンやアニオンの移動・拡散のし易さの点から、連通孔がより好ましい。また、連通孔と独立孔が共存していてもよい。
【００３６】
ここで導電性を有する多孔質構造とは、電圧を印加することで、電流が流れる構造である。多孔質構造の導電性の有無は、図１（ｂ）空孔内の炭素材料７を除いた状態で、従来の電流値測定等を利用することで確認することができる。
【００３７】
また多孔質構造の骨格構造中には、少なくとも１種類以上のポリマー（有機高分子）を有することが好ましい。ポリマーによって骨格を形成できることに加え、柔軟性を付与し屈曲等の変形に対して十分な耐久性を得ることができる。また、炭素材料は空孔内に存在することで、電圧印加時にイオンが容易に吸着することができる。
【００３８】
また、アクチュエータの耐久性は多孔質構造の骨格の機械的強度によって十分得られることから、空孔内では、炭素材料が保持できていればよい。すなわち、バインダーとしてのポリマーを用いず、あるいは量を少なくし、代わりに炭素材料濃度を増大させることができる。その結果、吸着するイオン量が増大し、アクチュエータの変位量も増大させることができる。
【００３９】
また、空孔内に、電解質が存在し、電解質が炭素材料表面と接していることで、電圧印加時にイオンが速やかに炭素材料表面に吸着することができる。
【００４０】
さらに空孔内に、ポリマーが存在していてもよい。ポリマーは炭素材料の一部と接触し、空孔内に保持するバインダーとして用いることができる。
【００４１】
多孔質構造の空隙率は２０体積％以上９０体積％以下であることが好ましい。空隙率が２０体積％未満だと、空孔内に充填できる炭素材料量が少なく、アクチュエータの変位量も大きくならない場合があり、９０体積％より大きいと機械的強度が十分でなく、変形時に亀裂等が生じてしまうことがある。ここで空隙率は、水銀圧入法、ガス吸着法、アルキメデス法などで測定することができる。
【００４２】
空孔の大きさは、０．５ｎｍ以上３ｍｍ以下であるのが好ましい。更に好ましくは１ｎｍ以上５００μｍ以下であるのが好ましい。孔の大きさが１ｎｍ未満だと炭素材料を空孔内に保持することができない場合があり、５００μｍより大きいと機械的強度が十分でなく、変形時に亀裂等が生じてしまうことがある。また、空孔の大きさは、水銀圧入法、ガス吸着法、走査型電子顕微鏡による直接観察等によって測定することができる。
【００４３】
電極１の厚みは、それぞれが０．１μｍ以上５ｍｍ以下であると良い。また電極１の平面形状は、縦が０．１ｍｍ以上１ｍ以下、横が５ｍｍ以上１ｍ以下であると好ましい。
【００４４】
本実施形態に空孔内の炭素材料は、導電性を有することが好ましい。炭素材料が導電性を有することにより、電極に導電性を付与することができ、加えて、電圧印加時にイオンが炭素材料に吸着し、アクチュエータの変位量を増大させることができる。
【００４５】
本実施形態に係る炭素材料は、カーボンブラック、活性炭、多孔質カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維が好ましい。
【００４６】
カーボンブラックは工業的に品質制御して製造される直径３ｎｍから５００ｎｍ程度の炭素の微粒子である。特に限定されないが、具体的には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック等があげられる。
【００４７】
活性炭は、気体や液体中で溶質の吸着能が高めるために、化学的、物理的処理を施した炭素を主成分とする炭素材料ある。
【００４８】
多孔質カーボンは、細孔を有する炭素を主成分とする炭素材料である。特に限定されないが、具体的には、細孔の大きさによって、ナノポーラスカーボン、メソポーラスカーボン、マイクロポーラスカーボン等がある。
【００４９】
カーボンナノチューブは、炭素によって作られる六員環ネットワークが単層あるいは多層の同軸管状になった物質である。
【００５０】
カーボンナノファイバーは、グラフェンシートが繊維長方向に対して斜めにあるいは垂直に積層した構造をもつ、ナノメートルサイズを直径とする繊維状の炭素材料である。炭素繊維は炭素元素の含有率が９０％以上からなる構成元素で、炭素の構成・特性と繊維材料の特性を併せ持った繊維性の炭素材料である。炭素繊維は、繊維径に対して長さが十分長いものである。ここで繊維径は０．１ｎｍ以上５０μｍ以下であり、長さは繊維径の１０倍以上ある。
本発明に係る炭素材料１種または２種以上が空孔内に含まれていても良い。
【００５１】
本実施形態に係る炭素材料の大きさは長軸方向で、１ｎｍから５０μｍであることが好ましい。１ｎｍ未満だとイオンが十分に吸着することができない場合があり、５０μｍより大きいと炭素材料を空孔内に十分に入れ込むことができない場合がある。
炭素材料の電極に対する重量割合は、イオンの吸着部位を増大させ大きな変位量を得るために１重量％以上が好ましい。
【００５２】
本実施形態に係るアクチュエータは、図示するように電極の面が矩形形状であるが、円形、三角形、楕円形、螺旋形であってもよい。
本発明に係る電解質の具体例はフッ化リチウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸銅、酢酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、酢酸ナトリウムであり好ましくはイオン液体である。
【００５３】
イオン液体とは、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る。イオン液体は常温で不揮発性を示すことから、本発明のイオン伝導物質としてイオン液体を用いた場合、湿度が高くない空気中および真空中での駆動が可能となる。イオン液体は、導電率が０．１Ｓｍ−１以上のものが好ましい。
【００５４】
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（１）から（４）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）と、アニオン（Ｘ−）より成るものである。
【００５５】
【化１】
2012135156.tif 000003
【００５６】
上記の式（１）から（４）において、Ｒは炭素数１から１２の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から１２のアルキル基を示し、式（１）においてＲ１は炭素数１から４のアルキル基または水素原子を示す。式（１）において、ＲとＲ１は同一ではないことが好ましい。式（３）および（４）において、ｘはそれぞれ１から４の整数である。
【００５７】
アニオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸アニオン、ヘキサフルオロリン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド酸アニオン、過塩素酸アニオン、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ジシアンアミドアニオン、トリフルオロ酢酸アニオン、有機カルボン酸アニオンおよびハロゲンイオンより選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００５８】
中間層は母材が無機材料でも有機材料でも良い。有機材料の場合高分子材料でも良い。中間層は有機高分子ゲルであることが電解質を保持する点で好ましい。
【００５９】
中間層は厚みが１μｍ以上５００μｍ以下、縦が０．１ｍｍ以上１ｍ以下、横が０．１ｍｍ以上１ｍ以下である。中間層の面形状と電極の面形状は同じである。
【００６０】
本実施形態に係るアクチュエータは電圧を−１０Ｖ以上１０Ｖ以下で印加することができる。
電圧が−１０Ｖ以上１０Ｖ以下の範囲である場合、アクチュエータは１μｍ以上０．５ｍ以下で変位することができる。
【００６１】
電極層の電気抵抗値は、１０００Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１００Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。上記電極の電気抵抗値が１０００Ω・ｃｍ以下であることにより、電極に低い電圧、具体的には２Ｖ程度の電圧を印加したときにでも十分な変位量を得ることができる。
【００６２】
電圧を印加していない状態においても、電極に電解質を有するように構成することで、電圧を印加した場合に速やかにアクチュエータが変形する。
【００６３】
この場合電極における電解質の存在重量比は８０重量％以下であるのが好ましい。８０重量％より大きいと、電極として機械的強度が弱くなる場合がある。ここでいう重量％とは、電解質の重量が電極部に在る電解質とポリマーと炭素材料の総重量に占める比率のことである。
【００６４】
電極が多孔質構造を有するため、電解質は中間層から離れた電極の奥まで移動し、また大量に電極内に取り込むことができる。
また、中間層は、常温で不揮発性であるイオン液体を有することが好ましい。
また、本実施形態に係るアクチュエータは空気中、または真空中でも変形できる。
【００６５】
図２（ｂ）では一対の電極１６と１７をそれぞれ正極と負極として図示しているが、電界をかけないあるいは電界を極端にかけないことでイオンの拡散により変形を元に戻すことができる。
【００６６】
あるいは図２（ｂ）では一対の電極１６と１７をそれぞれ正極と負極として図示しているが、例えば交流駆動させることでそれぞれの電極は正極と負極とを交互に繰り返すことができる。その場合変形を元に戻す以外に図示される方向とは反対の方向にアクチュエータを変形させることができる。
【００６７】
（多孔質構造を有する電極の作成方法）
本発明の多孔質構造を有する電極を作製する方法としては、多孔質構造を有する電極が得られれば特にこれらに限定されるものではない。例えば、無機材抽出法、ポリマー抽出法、溶媒抽出法、照射エッチング法、発泡法、延伸法等を用いることにより製造することができる。
【００６８】
無機材抽出法は、少なくとも１種類以上の無機材をポリマーに分散させポリマーフィルムを作製し、無機材を抽出することにより多孔質化する方法である。すなわち、少なくとも１種類以上の無機材を溶融状態あるいは溶媒に溶解しているポリマーに混合し、撹拌・混練等によって分散させ分散物を得る。次いで、分散物をキャスト法やスピンコート法、押し出し成形等により無機材含有のポリマーフィルムを作製する。あるいは無機材の集合体を溶融状態のポリマー、またはポリマーの溶液に浸透させることにより、無機材含有のポリマーフィルムを作製する。あるいは、無機材表面でモノマーを重合させポリマーを得ることにより無機材含有のポリマーフィルムを作製する。そして、得られたポリマーフィルムをフッ素化合物溶液、アルカリ性溶液、酸性溶液など、無機材が溶解する溶液に浸漬させる。無機材とポリマーの浸漬する溶液への溶解性の差を利用し、多孔質を得る。抽出される無機材といて用いることができるものは、ポリマー中に分散ができ、ポリマーと溶液への溶解性に差があれば特に限定されないが、例えば、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム等のアルカリ土類金属の炭酸塩や、ケイ酸カルシウム、ケイ酸バリウム、炭酸マグネシウム等のアルカリ土類金属のケイ酸塩や、リン酸カルシウム、リン酸バリウム、リン酸マグネシウム等のアルカリ土類金属のリン酸塩や、シリカ、酸化チタン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化鉄等の金属水酸化物等があげられる。
【００６９】
ポリマー抽出法は、ポリマーと少なくとも１種類以上のポリマーをブレンドし、ミクロ相分離構造を有するポリマーフィルムを作製し、少なくとも１種のポリマーを抽出することにより多孔質化する方法である。すなわち、まずポリマーと１種類以上のポリマーをブレンドしキャスト法やスピンコート法によりポリマーフィルムを作製する。次いで、ミクロ相分離構造を有するポリマー組成物から、熱分解性及び溶媒に対する溶解性の差を利用して、加熱あるいは溶媒でポリマーとブレンドしたポリマーを抽出することで除去し、多孔質を得る。抽出されるポリマーとして用いることができるものは、ポリマーフィルムが有するポリマーに対しミクロ相分離構造を有し、熱分解あるいは溶媒に対して溶解性に差があれば特に組合せには限定されないが、例えば、ポリアミド、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリビニルピロリドン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。ポリマーは単独で又は２種以上混合して使用できる。
【００７０】
溶媒抽出法とは、ポリマーフィルムがポリマーに対して相溶性の溶媒を含んでおり、そのポリマーフィルムをポリマーに対して非相溶性の溶媒に浸漬させる方法である。この際、用いられる両溶媒は相溶性である。すなわちポリマーに対して非相溶な溶媒に浸漬させることにより、ポリマーフィルム内部あるいは表面で相分離が生じる。そしてポリマー内部の溶媒が浸漬させた溶媒に抽出される。結果、ポリマーフィルムは多孔質化される。ここで用いられる溶媒は、ポリマーに対して相溶性溶媒と非相溶性溶媒の組合せであり、かつそれらの溶媒は相溶性であればよく、特に限定されない。
【００７１】
照射エッチング法は、ポリマーに高エネルギーの重イオンビームや中性子、レーザー等を照射し、それらが貫通した近傍に損傷を与え、酸やアルカリの溶液に浸漬することにより貫通部分を中心に孔を開ける方法である。
【００７２】
発泡法は、発泡剤を予め含有させポリマーフィルムを作製後、加熱等によって発泡させることにより孔を形成する方法である。
【００７３】
延伸法は、ポリマーを延伸しせん断を与えることで、細い繊維（ミクロフィブリル構造）を形成させ孔を形成する方法である。
【００７４】
これらの方法は単独で用いてもよいし、２つ以上組み合わせて用いてもよい。
【００７５】
本発明の多孔質構造を有し、その空孔内に電解質と炭素材料を有する電極を作製する方法としては、この電極が得られれば特に限定されるものではない。例えば、上記の方法で得られる多孔質ポリマーフィルムを、電解質を有する分散媒に炭素材料が分散している分散液に浸漬し、真空状態におくことで、多孔質構造内の気体を分散液に置換する方法がある。この方法によって空孔内に電解質と炭素材料を入れ込むことができ、多孔質構造を有し、その空孔内に電解質と炭素材料を有する電極を作製できる。このときの分散媒としては、炭素材料を分散することができればよいが、例えばイオン液体を用いる場合、空孔内にイオン液体も同時に保持される。
【００７６】
（中間層の構成）
本発明における電解質を有する中間層はポリマーを有することが好ましい。ポリマーは、前記アクチュエータの変形に伴って変形可能な柔軟性を有するポリマーであれば特に限定されるものではないが、加水分解性が少なく、大気中で安定であることが好ましい。
【００７７】
具体例は、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系ポリマー、ポリスチレン、ポリイミド、ポリパラフェニレンオキサイド、ポリ（２，６−ジメチルフェニレンオキサイド）、ポリパラフェニレンスルフィド等のポリアリーレン類（芳香族ポリマー）、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアリーレン類（芳香族ポリマー）等に、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基等を導入したもの、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素のポリマー、含フッ素のポリマーの骨格にスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、ピリジニウム基等を導入したパーフルオロスルホン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー、パーフルオロリン酸ポリマー、ポリブダジエン系化合物、エラストマーやゲルなどのポリウレタン系化合物、シリコーン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等のポリアミド、ポリアリレート等を挙げることができる。
【００７８】
これらのポリマーの中でも、特に好ましいポリマーとしては、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）］、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロスルホン酸、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、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。これらは電解質がイオン液体である場合に好ましい。
【００７９】
本発明に係るポリマーは、同種、類似または同一のポリマー構造を有するポリマー、または、同種、類似または同一の官能基を有するポリマーであることが好ましい。
【００８０】
本発明に係るポリマーは、ゾル・ゲル法などで得られるポリマー構造をもつ金属酸化物も用いることができる。かかる金属酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、マンガン、ニッケル、コバルト、五酸化バナジウム系の金属酸化物を用いることができる。
【００８１】
中間層の製造方法としては、電解質が中間層内に保持されていればどのような方法でもよい。例えばイオン液体およびポリマーを溶媒に溶解・分散させイオン性組成物を得た後、得られた組成物をキャスト法、スピンコート法、印刷法、スプレー法等によって製膜し、溶媒を蒸発、乾燥する方法を用いることができる。あるいは、ポリマーを加熱溶融しイオン性物質と混練した後製膜する方法や、押出し法、射出法等も用いることができる。
【００８２】
アクチュエータを得る方法としては、特に限定されないが、上記製造方法によって電極および中間層をそれぞれ別に作製した後、積層したい順にならべ重ねてホットプレス等により加圧加熱融着し積層する方法が挙げられる。
【００８３】
電解質としてイオン液体を用いる場合、アクチュエータに印加される電圧はイオン液体が分解しない範囲（電位窓）で印加されるのが好ましい。例えば、イオン液体が１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム  テトラフルオロボレートである場合はその電位窓は４．９Ｖであるためアクチュエータに印加する電圧は４．９Ｖ以下が好ましい。
【００８４】
［第一の実施形態（多孔質構造が、ポリマー材料と、炭素材料からなる構成）］
以下、本発明の第一の実施形態について詳細に説明する。
本発明に係るアクチュエータは、対向して配置される一対の電極と、これら一対の電極の間に配置されている電解質を有する中間層とを有するアクチュエータであって、一対の電極のうち少なくともいずれか一方が、炭素材料を有する多孔質構造を有しており、多孔質構造は、その骨格構造中に繊維状の第一の炭素材料を有し、且つその空孔内に粒子状の第二の炭素材料を有するアクチュエータである。
【００８５】
本実施形態において、電極は繊維状の第一の炭素材料を有する多孔質構造を有しており変形に対して十分な耐久性を持つ。それと同時に多孔質構造の空孔内に粒子状の第二の炭素材料を有するため、電解質が多く吸着する。以上の結果、駆動変形に対して十分な耐久性を有することができるのと同時に、形状を大きく変形させることができる。
【００８６】
図１（ｃ）は、本実施形態のアクチュエータの電極１が有する多孔質構造の拡大模式図である。
符号５は骨格構造体である多孔質構造、６は空孔、７は粒子状の第二の炭素材料、８はポリマー、９は繊維状の第一の炭素材料である。多孔質構造５は骨格構造中にポリマー６と繊維状の第一の炭素材料９を有している。多孔質構造５は骨格構造中に、さらに好ましくは電解質も有している。空孔６内に粒子状の第二の炭素材料７を有しており、電解質を有する。従って粒子状の第二の炭素材料７は、その表面の少なくとも一部はポリマーに覆われることなく露出あるいは電解質に直接面している。
【００８７】
本発明の電極は多孔質構造を有しており、その骨格構造中に繊維状の第一の炭素材料を有する。繊維状の炭素材料は一般に機械的強度が強い。そこで骨格構造中に有することにより、多孔質構造体の強度も増大する。その結果、アクチュエータが繰り返し駆動し変形しても、電極は亀裂や破壊等が生じにくく、高い耐久性が得られる。さらに、導電性を有する繊維状の炭素材料を用いることにより、導電性ネットワークを形成し電極に導電性を付与することができる。本発明においても、電極は骨格構造中に繊維状の炭素材料を有しており、高い導電性を得ることができる。
【００８８】
また、本発明において電極１は多孔質構造を有しているためその空孔６にイオンが入り込むことにより、非多孔質の電極に比べ、容易に電極内に入り込むことができるしあるいは容易に出て行くこともできる。
【００８９】
また本実施形態に係る多孔質構造の骨格構造中には、少なくとも１種類以上のポリマーを有することが好ましい。ポリマーを有すことにより、骨格を形成することに加え、繊維状の炭素材料を骨格構造に保持するバインダーとして働く。
【００９０】
また、本発明の多孔質構造の空孔内に粒子状の第二の炭素材料を有する。粒子状の炭素材料が空孔内に存在することから、その表面の大部分はポリマーに被覆されていない。そのため、電圧印加時にイオンが容易に吸着することができる。また、アクチュエータの耐久性は多孔質構造の骨格の機械的強度によって十分得られることから、空孔内では、炭素材料が保持できていればよい。すなわち、バインダーとしてのポリマーを用いず、あるいは量を少なくし、炭素材料濃度を増大させることができる。その結果、吸着するイオン量が増大し、アクチュエータの変位量も増大する。
【００９１】
また、空孔内に、電解質が存在し、電解質が炭素材料表面と接していることで、電圧印加時にイオンが速やかに炭素材料表面に吸着することができる。
【００９２】
さらに空孔内に、ポリマーが存在していてもよい。ポリマーは炭素材料の一部と接触し、空孔内に保持するバインダーとして用いることができる。
【００９３】
本実施形態において電極は、繊維状の第一の炭素材料を有する多孔質構造を有し、かつ、多孔質構造の空孔内に粒子状の第二の炭素材料を有している。これらを同時にもつことから、駆動変形に対して十分な耐久性を有することができるのと同時に、形状を大きく変形させることができる。
【００９４】
本実施形態に係る繊維状の炭素材料は、繊維径に対して長さが十分長いものである。ここで繊維径は０．１ｎｍ以上５０μｍ以下であり、長さは繊維径の１０倍以上ある。すなわち、長軸長と短軸長の比が長軸長／短軸長で１０以上のものである。
【００９５】
本実施形態に係る繊維状の第一の炭素材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維が好ましい。カーボンナノチューブは、炭素によって作られる六員環ネットワークが単層あるいは多層の同軸管状になった物質である。カーボンナノファイバーは、グラフェンシートが繊維長方向に対して斜めにあるいは垂直に積層した構造をもつ、ナノメートルサイズを直径とする繊維状の炭素材料である。炭素繊維は炭素元素の含有率が９０％以上からなる構成元素で、炭素の構成・特性と繊維材料の特性を併せ持った繊維性の炭素材料である。
【００９６】
また本発明の繊維状の第一の炭素材料として、導電性と伸縮性を有する層が得られるという点から、カーボンナノチューブが好ましい。カーボンナノチューブはイオン液体とともにせん断をかけ分散させることにより、伸縮性のある導電性ゲルが得られる。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）とに大別される。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。一般的には、アスペクト比が大きい、すなわち、細くて長い単層ナノチューブがゲルを形成し易い。従って、本発明においては、ＳＷＮＴからゲル状組成物を得るのが好ましい。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。
【００９７】
また本発明の導電材料として、導電性を有する導電性高分子を用いることができる。導電性高分子として、例えばポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアズレン等のπ共役系導電性高分子、及びこれらのπ共役系導電性高分子の誘導体などが挙げられるが特にこれに限定したものではない。またこれらのうち１種または２種以上を用いてもよい。
【００９８】
また、本発明に用いられる前記電極は、電解質を含むものが好ましい。またカーボンナノチューブの分散性を向上させるために、骨格構造内にカーボンナノチューブとイオン液体からなるカーボンナノチューブゲルを含有してもよい。
【００９９】
繊維状の第一の炭素材料の電極に対する重量割合は、電極の導電性を得る意味で１重量％以上が好ましい。
【０１００】
本発明に係る繊維状の第一の炭素材料１種または２種以上が骨格構造内に含まれていても良い。
【０１０１】
本実施形態に係る粒子状の炭素材料は、上記した繊維状の第一の炭素材料とは異なり、長軸長と短軸長の比が長軸長／短軸長で１０未満のものである。１０以上であると、炭素材料を空孔内に外部より入れ込むことが困難である場合がある。また、粒子状の炭素材料の一次粒子径は、１ｎｍから１００μｍであることが好ましい。１ｎｍ未満だとイオンが十分に吸着することができない場合があり、５０μｍより大きいと炭素材料を空孔内に十分に入れ込むことができない場合がある。
【０１０２】
本実施形態に係る粒子状の第二の炭素材料は、カーボンブラック、活性炭、多孔質カーボンが好ましい。カーボンブラックは工業的に品質制御して製造される直径３から５００ｎｍ程度の炭素の微粒子である。特に限定されないが、具体的には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック等があげられる。活性炭は、気体や液体中で溶質の吸着能が高めるために、化学的、物理的処理を施した炭素を主成分とする炭素材料ある。多孔質カーボンは、細孔を有する炭素を主成分とする炭素材料である。特に限定されないが、具体的には、細孔の大きさによって、ナノポーラスカーボン、メソポーラスカーボン、マイクロポーラスカーボン等がある。
本発明に係る粒子状の第二の炭素材料１種または２種以上が空孔内に含まれていても良い。
【０１０３】
粒子状の第二の炭素材料の電極に対する重量割合は、イオンの吸着部位を増大させ大きな変位量を得るために１重量％以上が好ましい。
【０１０４】
本実施形態に係るアクチュエータは、一対の電極の何れもが繊維状の第一の炭素材料を有する多孔質構造を有し、かつ、その空孔内に粒子状の第二の炭素材料を有しているが、本発明に係るアクチュエータは少なくとも何れかの電極層が、一対の電極の何れもが繊維状の第一の炭素材料を有する多孔質構造を有し、かつ、その空孔内に粒子状の第二の炭素材料を有していてもよい。
【０１０５】
本実施形態に係るアクチュエータは、図示するように電極の面が矩形形状であるが、本発明に係るアクチュエータは面が円形、三角形、楕円形、螺旋形であってもよい。
【０１０６】
本実施形態に係るアクチュエータの動作について図２を用いて説明する。図２（ａ）は変形していない状態を表す模式図である。図２（ｂ）は変形した状態を表す模式図である。
【０１０７】
中間層１１に含まれる電解質１５はカチオン１３とアニオン１４から構成される。符号１０は電極、１２はリード線を示す。
【０１０８】
図２（ｂ）に示すように例えば直流がかかると、一方の電極１７は正極、他方の電極１６は負極と相対的に区別される。それにともない中間層１１のカチオン１３は負極である他方の電極１６へそしてアニオン１４は正極である一方の電極１７へ移動する。
【０１０９】
［第二の実施形態（多孔質構造が、導電性ポリマーからなる構成）］
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係るアクチュエータは、対向して配置される一対の電極と、これら一対の電極の間に配置されている電解質を有する中間層とを有するアクチュエータであって、一対の電極のうち少なくともいずれか一方が、多孔質構造の導電性ポリマーを有しており、多孔質構造は、その空孔内に電解質と炭素材料を有するアクチュエータである。
【０１１０】
本実施形態において、電極は導電性ポリマーからなる多孔質構造を有しており変形に対して十分な耐久性を持つ。それと同時に多孔質構造の空孔内に炭素材料を有するため、電極内の導電性が得られる。さらに、電極には電解質を有する空孔が有るため、イオンが電極内を移動・拡散しやすい。よって、駆動変形に対して十分な耐久性を持ち、駆動速度が速く駆動することができる。
【０１１１】
図１（ｂ）は、本実施形態のアクチュエータの電極１が有する多孔質構造の拡大模式図である。
符号５は骨格構造体、６は空孔、７は炭素材料である。骨格構造体５は導電性ポリマーからなっている。空孔６内に炭素材料７を有しており、電解質を有する。従って炭素材料７は、その表面の少なくとも一部は導電性ポリマーに覆われることなく露出あるいは電解質に直接面している。
【０１１２】
本発明の電極は多孔質構造を有しており、骨格構造体は導電性ポリマーからなっており、空孔内に炭素材料を有している。よって、導電性を向上させるために、炭素材料の濃度を増大させても、導電性ポリマー骨格構造体の柔軟性は保持される。よって繰り返し駆動し変形しても、電極は亀裂や破壊等が生じにくい。加えて、炭素材料を空孔内に有することにより、導電性ポリマーが脱ドープ状態であっても電極内で導電性ネットワークを形成し、電極に導電性を付与することができる。その結果、導電性と耐久性を同時に有する電極が得られる。
【０１１３】
また本発明の導電性ポリマーとして、導電性を有するポリマーであればよく、例えばポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアズレン等のπ共役系導電性ポリマー、及びこれらのπ共役系導電性ポリマーの誘導体などが挙げられるが特にこれに限定したものではない。これらのポリマーは化学重合あるいは電解重合によって得ることができる。またこれらのうち１種または２種以上を用いてもよい。
【０１１４】
これらの導電性ポリマーは、ドーパントを含有していてもよいし、含有していなくてもよいが、高い導電性を有することから、ドーパントを含有することが好ましい。ドーパントとしては、導電性を示すならば特に限定されないが、例えば、ＰＦ６−、ＢＦ４−、ＣｌＯ４−、ＳｂＦ６−、ＳＯ４２−等の無機イオン、あるいは、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、アルキルナフタレンスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等の有機イオン等があげられる。
【０１１５】
本実施形態に空孔内の炭素材料は、導電性を有する。炭素材料が導電性を有することにより、電極に導電性を付与することができ、加えて、電圧印加時にイオンが炭素材料に吸着し、アクチュエータの変位量を増大させることができる。
【０１１６】
本実施形態に係る炭素材料は、カーボンブラック、活性炭、多孔質カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維が好ましい。
【０１１７】
カーボンブラックは工業的に品質制御して製造される直径３ｎｍから５００ｎｍ程度の炭素の微粒子である。特に限定されないが、具体的には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック等があげられる。
【０１１８】
活性炭は、気体や液体中で溶質の吸着能が高めるために、化学的、物理的処理を施した炭素を主成分とする炭素材料ある。
【０１１９】
多孔質カーボンは、細孔を有する炭素を主成分とする炭素材料である。特に限定されないが、具体的には、細孔の大きさによって、ナノポーラスカーボン、メソポーラスカーボン、マイクロポーラスカーボン等がある。
【０１２０】
カーボンナノチューブは、炭素によって作られる六員環ネットワークが単層あるいは多層の同軸管状になった物質である。
【０１２１】
カーボンナノファイバーは、グラフェンシートが繊維長方向に対して斜めにあるいは垂直に積層した構造をもつ、ナノメートルサイズを直径とする繊維状の炭素材料である。炭素繊維は炭素元素の含有率が９０％以上からなる構成元素で、炭素の構成・特性と繊維材料の特性を併せ持った繊維性の炭素材料である。炭素繊維は、繊維径に対して長さが十分長いものである。ここで繊維径は０．１ｎｍ以上５０μｍ以下であり、長さは繊維径の１０倍以上ある。
本発明に係る炭素材料１種または２種以上が空孔内に含まれていても良い。
【０１２２】
本実施形態に係る炭素材料の大きさは長軸方向で、１ｎｍから５０μｍであることが好ましい。１ｎｍ未満だとイオンが十分に吸着することができない場合があり、５０μｍより大きいと炭素材料を空孔内に十分に入れ込むことができない場合がある。
【０１２３】
炭素材料の電極に対する重量割合は、イオンの吸着部位を増大させ大きな変位量を得るために１重量％以上が好ましい。
【０１２４】
本実施形態に係るアクチュエータは、図示するように電極の面が矩形形状であるが、本発明に係るアクチュエータは面が円形、三角形、楕円形、螺旋形であってもよい。
【０１２５】
本実施形態に係るアクチュエータの動作について図２を用いて説明する。図２（ａ）は変形していない状態を表す模式図である。図２（ｂ）は変形した状態を表す模式図である。
【０１２６】
中間層１１に含まれる電解質１５はカチオン１３とアニオン１４から構成される。符号１０は電極、１２はリード線を示す。
【０１２７】
図２（ｂ）に示すように例えば直流がかかると、一方の電極１７は正極、他方の電極１６は負極と相対的に区別される。それにともない中間層１１のカチオン１３は負極である他方の電極１６へそしてアニオン１４は正極である一方の電極１７へ移動する。
【０１２８】
変形していない状態において電極は電解質を含んでいることが電圧を印加した場合に速やかにアクチュエータが変形するという点で好ましい。この場合電極における電解質は８０重量％以下であるのが好ましい。８０重量％より大きいと、電極として機械的強度が弱くなる場合がある。ここでいう重量％とは、電解質の重量が電極部に在る電解質とポリマーと炭素材料の総重量に占める比率のことである。
電極が多孔質構造を有するため電解質は電極の奥まであるいは大量に含まれる。
【０１２９】
本実施形態に係る中間層は、常温で不揮発性であるイオン液体であることが好ましい。
本実施形態に係るアクチュエータは空気中、または真空中でも変形できる。
【０１３０】
図２（ｂ）では一対の電極１６と１７をそれぞれ正極と負極として図示しているが、電界をかけないあるいは電界を極端にかけないことでイオンの拡散により変形を元に戻すことができる。
【０１３１】
あるいは図２（ｂ）では一対の電極１６と１７をそれぞれ正極と負極として図示しているが、例えば交流駆動させることでそれぞれの電極は正極と負極とを交互に繰り返すことができる。その場合変形を元に戻す以外に図示される方向とは反対の方向にアクチュエータを変形させることができる。
【０１３２】
（その他の実施形態）
本発明に係るアクチュエータは、柔軟性や安全性が必要な人と接するロボットのアクチュエータ、ロボット用ハンドやマニュピレータ、各種機械類の駆動源に利用することができる。さらには、手術デバイスやアシストスーツなどの医療・福祉用ロボット、さらにはマイクロマシンなどに利用することができる。
【実施例】
【０１３３】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【０１３４】
（実施例１）
骨格構造中にカーボンナノチューブを有し、且つその空孔内にケッチェンブラックを有する、多孔質構造の電極層を互いに対向させその間に中間層を配置したアクチュエータを以下の通りに作製した。
【０１３５】
まず中間層を作製するために、イオン液体とポリマーを含むイオン性組成物を次のように作製した。以下の化学式で表される１００ｍｇの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））と、１００ｍｇの１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＢＭＩＢＦ４、関東化学株式会社製）および１ｍＬのＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ、キシダ化学株式会社製）を８０℃にて加熱混合することによって、イオン液体と高分子を含むイオン性組成物１を得た。イオン性組成物１は、無色透明であった。
【０１３６】
【化２】
2012135156.tif 000004
【０１３７】
上記式において、ｎは繰り返し単位数である。
【０１３８】
次に上記イオン性組成物１を厚さ１００μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって中間層を得た。
【０１３９】
骨格構造中にカーボンナノチューブを有し、且つその空孔内にケッチェンブラックを有する、多孔質構造の電極層を以下の通り作製した。
【０１４０】
まず、導電材料であるＣＮＴが均一に分散している導電材料分散体を次のように作製する。導電材として５０ｍｇの単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）であるＨｉＰｃｏ（ＨｉＰｃｏは、カーボン・ナノテクノロジー・インコーポレッド社の商品名）およびイオン液体として１００ｍｇのＢＭＩＢＦ４に、有機溶剤の２ピロリドン（ＮＭＰ、キシダ化学株式会社製）を１ｍＬ加え、ジルコニアボール（粒径２ｍｍ）を用いて２００ｒｐｍで３０分間、ボールミル（フリッチェ社製遊星型微粒粉砕機）により分散を行った。次いで８０ｍｇのＰＶｄＦ（ＨＦＰ）を２ｍＬのＮＭＰに溶かした溶液を、ボールミルによって得られた組成物に加え、更に５００ｒｐｍで５０分間、ボールミルにて分散し、導電材料分散体を得た。
【０１４１】
次に導電材料分散体を３ｍＬのＮＭＰで希釈し、テフロン（登録商標）シート上にキャストした後、キャスト膜をＮＭＰ／メタノール／水（重量比４０／４０／６０）混合液に投入に２４時間、静置した。その後、ＮＭＰ／メタノール／水混合液から取り出し、１１０℃中で加熱乾燥することで、厚みが７５μｍの多孔質構造の電極層を得た。
【０１４２】
次に０．０５ｇのケッチェンブラック（ＫＢ、ライオン株式会社製）を５ｇのＢＭＩＢＦ４に添加し、撹拌・超音波分散によってＫＢ分散液を得た。このＫＢ分散液に上で得られた多孔質構造の電極層を浸漬させ、２４時間、真空化で静置することで、空孔内にＫＢとイオン液体を有する多孔質構造の電極層を得た。
同じ方法によってもう１つ電極層を作製した。
【０１４３】
次に得られた電極層、中間層、電極層の順に重ねた後、ホットプレス（テスター産業社製）を用いて１１０℃、１ｋＮで加圧加熱融着することによって、厚みが１６０μｍの積層体を得た。次いで幅１ｍｍ（Ｗ）×長さ１２ｍｍ（Ｌ）の大きさで切り取りの大きさに切り取ることによってアクチュエータ１を得た。
【０１４４】
得られたアクチュエータの断面を走査型電子顕微鏡Ｓ−４８００（Ｓ−４８００は株式会社日立ハイテクノロジーズの商品名）にて観察することによって、電極層は孔径が０．１から１μｍの空孔を有する多孔質構造を有しており、その空孔内部にＫＢが保持されていることが観察された。また一対の電極層の間に中間層が配置されているのが確認された。
【０１４５】
（比較例１）
実施例１の多孔質構造および第一の導電性材料が有する効果を確認するために、ＫＢを用いず、ＳＷＮＴとＰＶｄＦ（ＨＦＰ）とＢＭＩＢＦ４からなる均一な電極層を作成した。
【０１４６】
実施例１と同様に、導電材料分散を得た。次に導電材料分散を厚さ１００μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって厚さ７５μｍの電極層を得た。同じ方法によってもう１つ電極層を作製した。
【０１４７】
次に得られた２つの電極層と、実施例１と同様な方法で得られた中間層を、電極層、中間層、電極層の順に重ねた後、ホットプレス（テスター産業社製）を用いて１１０℃、１ｋＮで加圧加熱融着することによって、厚みが１６０μｍの積層体を得た。次いで幅１ｍｍ（Ｗ）×長さ１２ｍｍ（Ｌ）の大きさで切り取りの大きさに切り取ることによってアクチュエータ２を得た。
【０１４８】
得られるアクチュエータ１の断面を走査型電子顕微鏡Ｓ−４８００（Ｓ−４８００は株式会社日立ハイテクノロジーズの商品名）にて観察することによって、一対の電極層の間に中間層が配置されているのが確認された。また、電極層は空孔を有さない均一な膜であることが確認された。
【０１４９】
（比較例２）
実施例との比較のために、ＰＶｄＦ（ＨＦＰ）中にＫＢとＢＭＩＢＦ４を有する均一な電極層を作成した。
【０１５０】
実施例１と同様な条件でＳＷＮＴの代わりにＫＢを用いて導電材料分散を得た。次に、次に導電材料分散を厚さ１００μｍのスペーサーを有する基板に流し込み、スペーサーをガイドとして平坦にならし、室温にて乾燥することによって厚さ７５μｍの電極層を得た。同じ方法によってもう１つ電極層を作製した。
【０１５１】
次に得られた２つの電極層と、実施例１と同様な方法で得られた中間層を、電極層、中間層、電極層の順に重ねた後、ホットプレス（テスター産業社製）を用いて１１０℃、１ｋＮで加圧加熱融着することによって、厚みが１６０μｍの積層体を得た。次いで幅１ｍｍ（Ｗ）×長さ１２ｍｍ（Ｌ）の大きさで切り取りの大きさに切り取ることによってアクチュエータ３を得た。
【０１５２】
得られるアクチュエータ３の断面を走査型電子顕微鏡Ｓ−４８００（Ｓ−４８００は株式会社日立ハイテクノロジーズの商品名）にて観察することによって、一対の電極層の間に中間層が配置されているのが確認された。また、電極層はＫＢを有し、空孔がない均一な膜であることが確認された。
【０１５３】
＜変位量の評価＞
アクチュエータが屈曲している時の変位量は、レーザー変位計を用いて測定する。幅１ｍｍ（Ｗ）×長さ１２ｍｍ（Ｌ）に切り取ったアクチュエータの端２ｍｍの部分（固定端）を電極付きホルダーで挟持して、空気中で（空気中駆動）、１．０Ｖの電圧を０．１Ｈｚの三角波で印加し屈曲させる。その際の固定端から８ｍｍの位置の変位量を、レーザー変位計を用いて測定することで評価する。
【０１５４】
実施例１で得られたアクチュエータ１に関しては、変位量が０．４７ｍｍである、比較例１で得られたアクチュエータ２に関しては、変位量が０．１８ｍｍであった。すなわち、アクチュエータ１の変位量はアクチュエータ２に比べ２．６倍、大きくなった。
【０１５５】
また、アクチュエータ１および２は５０００回駆動後も変位量に変化はなかった。一方、アクチュエータ３は数回電圧を印加後、変位しなくなった。目視で電極層を観察したところ、電極層に亀裂が多くみられた。
【０１５６】
すなわち、上記実施例によって、ＣＮＴを有するポリマー繊維からなる多孔質構造と、該多孔質構造の空孔を充填するＫＢおよびＢＭＩＢＦ４と、を有する電極とすることで、変位量が大きく、屈曲に対する柔軟性の高いアクチュエータを提供することができた。
【符号の説明】
【０１５７】
１  電極
２  中間層
３  リード線
４  屈曲運動時のアクチュエータ
５  骨格構造体
６  空孔
７  （第２の）炭素材料
８  ポリマー
９  繊維状の第一の炭素材料
【図１】
2012135156.tif 000005
【図２】
2012135156.tif 000006