(57)【要約】【課題】電解液中に浸漬された導電性高分子に、電圧を印加することにより当該導電性高分子を伸縮させるアクチュエータにおいて、伸縮率の時系列的な低下を極力抑制する。【解決手段】アクチュエータは、導電性高分子１０と、導電性高分子１０が浸漬される電解液２０と、を備え、電解液２０中には、電解液２０に可溶性であって導電性高分子１０の酸化を防止する酸化防止剤が溶解しており、電解液２０中にて導電性高分子１０に電圧印加することによって、導電性高分子１０を伸縮させるようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性高分子（１０）と、
前記導電性高分子が浸漬される電解液（２０）と、を備え、
前記電解液中には、前記電解液に可溶性であって前記導電性高分子の酸化を防止する酸化防止剤が溶解しており、
前記電解液中にて前記導電性高分子に電圧印加することによって、前記導電性高分子を伸縮させるようにしたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記酸化防止剤は、アスコルビン酸、エリソルビン酸、グルタチオン、リポ酸、レスベラトロール、セサモールおよびそれらの塩の中から選択された１種以上のものであ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】
前記酸化防止剤は、アスコルビン酸またはエリソルビン酸であることを特徴とする請求項２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、電解液中に浸漬された導電性高分子に、電圧を印加することにより当該導電性高分子を伸縮させるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のアクチュエータとしては、導電性高分子と、当該導電性高分子が浸漬される電解液と、を備え、当該電解液中にて導電性高分子に電圧印加することによって、導電性高分子を伸縮させるようにしたものが提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】金藤敬一、「人工筋肉の実現を目指したソフトアクチュエータ開発の最前線」、応用物理、２００７年、第７６巻、第１２号、ｐ１３５６−１３６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、上記特許文献１に記載のアクチュエータについて試作等を行い、検討した。その結果、従来のものでは、アクチュエータの伸縮率が時系列的に低下してしまうことがわかった（後述の図５参照）。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電解液中に浸漬された導電性高分子に、電圧を印加することにより当該導電性高分子を伸縮させるアクチュエータにおいて、伸縮率の時系列的な低下を極力抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明者は、導電性高分子の酸化による劣化が膜の伸縮率の時系列的な低下をもたらしていると考えた。そこで、電解液に酸化防止剤を溶解させてやれば、この酸化防止剤が膜全体に行き渡り、膜中の導電性高分子の酸化を防止できると考えた。
【０００７】
本発明は、上記着目点に鑑みて実験的に創出されたものであり、請求項１に記載の発明では、導電性高分子（１０）と、導電性高分子が浸漬される電解液（２０）と、を備え、電解液中には、電解液に可溶性であって導電性高分子の酸化を防止する酸化防止剤が溶解しており、電解液中にて導電性高分子に電圧印加することによって、導電性高分子を伸縮させるようにしたことを特徴とするアクチュエータが提供される。
【０００８】
それによれば、酸化防止剤の酸化防止効果によって、後述の図６等に示されるように、従来に比べて、伸縮率の時系列的な低下を大幅に抑制することができる。
【０００９】
ここで、酸化防止剤としては、アスコルビン酸、エリソルビン酸、グルタチオン、リポ酸、レスベラトロール、セサモールおよびそれらの塩の中から選択された１種以上のものが挙げられ、特に、アスコルビン酸またはエリソルビン酸が好ましい。
【００１０】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかるアクチュエータおよびその伸縮率の測定方法を模式的に示す図である。
【図２】実施形態にかかるアクチュエータにおける酸化防止剤であるアスコルビン酸の分子構造を示す図である。
【図３】実施形態にかかるアクチュエータにおける酸化防止剤であるエリソルビン酸の分子構造を示す図である。
【図４】実施例１のアクチュエータの伸縮率の時間変化を示すグラフである。
【図５】比較例１のアクチュエータの伸縮率の時間変化を示すグラフである。
【図６】実施例１〜５および比較例１の伸縮率の測定結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示されるように、本実施形態のアクチュエータは、導電性高分子１０と、導電性高分子１０が浸漬される電解液２０と、を備え、電解液２０中にて導電性高分子１０に電圧印加することによって、導電性高分子１０を伸縮させるようにしたものである。
【００１４】
ここで、導電性高分子１０は、膜状のものであり、たとえば膜厚５〜１００μｍのものである。この導電性高分子１０は、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンまたはこれらの類縁体よりなり、たとえばポリピロールやポリチオフェンよりなる場合は、電解重合により形成され、ポリアニリンよりなる場合は、電解重合または塗布法により形成される。
【００１５】
電解液２０は、容器３０に蓄えられている。そして、この電解液２０に導電性高分子１０が浸漬されている。この電解液２０は、ドーパント（つまり電解質）と溶媒とよりなる。ドーパントは導電性高分子１０に電子を付与するものであり、このドーパントが溶媒に溶けたものが電解液２０である。たとえば、溶媒１００ｗｔ％に対して、ドーパントは０．１ｗｔ％以上溶解している。
【００１６】
ここで、ドーパントとしては、トリフルオロメタンスルホン酸、または、その他の強酸、もしくはこれら酸の塩などが挙げられる。溶媒としては、水またはイオン性液体（たとえば１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネートなど）が挙げられる。
【００１７】
さらに、この電解液２０中には、電解液２０に可溶性であって導電性高分子１０の酸化を防止する酸化防止剤が溶解している。ここで、酸化防止剤が可溶性であるとは、具体的には、電解液１００ｗｔ％に対して、酸化防止剤が０．１ｗｔ％以上溶解することに相当する。なお、この０．１ｗｔ％以上であって妥当な範囲であれば、電解液２０に対する酸化防止剤の濃度は限定されない。
【００１８】
酸化防止剤としては、アスコルビン酸（図２参照）、エリソルビン酸（図３参照）、グルタチオン、リポ酸、レスベラトロール、セサモールおよびそれらの塩（Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ）の中から選択された１種以上のものが挙げられる。
【００１９】
ここで、上記酸化防止剤のうちレスベラトロール、セサモールは、水にしか溶けないが、アスコルビン酸（図２参照）、エリソルビン酸（図３参照）、グルタチオン、リポ酸は、水にもイオン性液体にも溶ける。さらに、アスコルビン酸、エリソルビン酸は特に安価なものであり、酸化防止剤として優位である。なお、上記各部材として挙げた材料は、市販材料として入手できるものである。
【００２０】
また、このアクチュエータにおいては、導電性高分子１０は、電解液２０中にて、膜の長手方向（図１中の上下方向）に図示しない錘等によって引張荷重を受けた状態で浸漬されている。また、電解液２０の外には、電圧印加手段４０が設けられ、この電圧印加手段４０と導電性高分子１０とは、ＰｔやＡｕ等の金属電極５０を介して電気的に接続されている。
【００２１】
また、電解液２０中には、導電性高分子１０に対向する位置に、Ｐｔ等よりなる対向電極６０が設けられ、この対向電極６０は、電圧印加手段４０における導電性高分子１０とは反対側の極に電気的に接続されている。
【００２２】
このようなアクチュエータにおいて、電圧印加手段４０によって導電性高分子１０と対向電極６０との間に電圧を印加すると、電解液２０中のドーパントの作用により、導電性高分子１０に対するアニオンの付与、脱離が発生する。ここで、導電性高分子１０は、アニオンの付与により伸び、脱離により縮む。
【００２３】
このアクチュエータの製造方法は次の通りである。まず、膜状の導電性高分子１０を作製し、導電性高分子１０に金属電極５０を接続する。一方で、適量のドーパントを溶媒に溶かして電解液２０を調製する。さらに電解液２０に適量の酸化防止剤を添加する。そして、導電性高分子１０と対向電極６０とを、電解液２０中に浸漬することで、本アクチュエータができあがる。
【００２４】
ところで、本実施形態のアクチュエータによれば、電解液２０に可溶性であって導電性高分子１０の酸化を防止する酸化防止剤が、電解液２０に溶解しているので、酸化防止剤の酸化防止効果によって、従来に比べて、伸縮率の時系列的な低下を大幅に抑制することができる。
【００２５】
このことについて、次に、実施例および比較例を参照して、より具体的に述べる。
【実施例】
【００２６】
導電性高分子１０として実施例１〜６および比較例１ではポリピロールを用いた。電解液１０のドーパントとして実施例１〜６ではトリフルオロメタンスルホン酸を用いた。電解液１０の溶媒として、実施例１〜５および比較例１では水、実施例６では１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネートを用いた。
【００２７】
酸化防止剤としては、実施例１ではアスコルビン酸、実施例２ではアスコルビン酸Ｎａ（ナトリウム塩）、実施例３ではエルソルビン酸、実施例４ではグルタチオン、実施例５ではリポ酸、実施例６ではレスベラトロールを用いた。また、比較例１では酸化防止剤を含まないものとした。また、金属電極５０、対向電極６０ともに白金とした。
【００２８】
そして、実施例１〜６では、電解重合によりポリピロールよりなる厚さ２０μｍの膜状の導電性高分子１０を作製し、導電性高分子１０にＰｔよりなる金属電極５０を接続した。また、ドーパントを溶媒に０．１ｗｔ％以上溶かして電解液２０を調製し、さらに電解液２０に酸化防止剤を０．１ｗｔ％以上添加し、溶解させた。
【００２９】
そして、導電性高分子１０とＰｔよりなる対向電極６０とを、電解液２０中に浸漬し、上記図１の状態とした。そして、たとえば±２Ｖの定電圧を印加してすることで、導電性高分子１０を膜の長手方向に伸縮させた。この導電性高分子１０の変位量は、レーザ変位計により計測した。
【００３０】
また、比較例については、酸化防止剤を添加しないこと以外は、上記実施例１〜６と同様にして作製し、また、上記変位量の計測も同様に行った。各実施例１〜６および比較例１について、上記変位量の時間経過を測定した。
【００３１】
たとえば、実施例１では、図４に示されるように、導電性高分子１０の伸縮率は３時間経過後でも初期とほとんど変化していないが、比較例１では、図５に示されるように、当該伸縮率が時間とともに明らかに減少していくことがわかる。
【００３２】
具体的に、各例について、当該伸縮における、初期変位量（０時間後変位量）と、連続駆動３時間後変位量とを求めたのが図６である。図６に示されるように、０時間後変位量、連続駆動３時間後変位量は、それぞれ実施例１では４．０％、４．２％であり、実施例２では３．４％、３．４％であり、実施例３では４．１％、４．４％であり、実施例４では３．８％、３．７％であり、実施例５では４．３％、４．０％であり、実施例６では３．１％、３．３％であるのに対して、比較例１では６．２％、２．３％であった。
【００３３】
このように比較例１では、上記伸縮率の時系列的な低下が顕著であるのに対して、酸化防止剤を含有する実施例１〜６では、当該伸縮率の時系列的な低下を大幅に抑制できることが確認された。
【００３４】
また、上記の実施例以外にも、導電性高分子１０、電解液２０の溶媒やドーパントの種類に限らず、上記各酸化防止剤の添加により、同様の効果が得られる。また、酸化防止剤は、電解液２０に可溶性であるならばよいが、イオン解離定数が０．１以下のものが望ましい。これは、酸化防止剤が、ドーパントと役割が競合しないようにするためである。
【００３５】
また、導電性高分子１０、電解液２０および酸化防止剤は、上記実施形態に示した材料以外にも、この種のアクチュエータに適した材料であるならば、採用してもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  導電性高分子
２０  電解液
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013251935.tif 000005
【図４】
2013251935.tif 000006
【図５】
2013251935.tif 000007
【図６】
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