(57)【要約】【課題】一定電圧を長時間印加し続けても変位の減衰がなく、電圧で一義的に動作方向が決定する制御性の良いアクチュエータ素子を提供する。【解決手段】イオン性官能基を有する高分子を用いて構成された成形体１１と、前記高分子のイオン性官能基に対して０〜５０モル％未満の割合で用いられ成形体１１を膨潤させるイオン液体と、成形体１１に接して設けられた複数の電極１３ａ，１３ｂとを備えたアクチュエータ素子１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン性官能基を有する高分子を用いて構成された成形体と、
前記高分子のイオン性官能基に対して０〜５０モル％未満の割合で用いられ前記成形体を膨潤させるイオン液体と、
前記成形体に接して設けられた複数の電極と
を備えたアクチュエータ素子。
【請求項２】
前記高分子のイオン性官能基は、アニオン性官能基であり、
前記イオン性官能基の対イオンとなるカチオンは、アンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、スルホニウム、ホスホニウムのいずれかである
請求項１記載のアクチュエータ素子。
【請求項３】
前記高分子のイオン性官能基は、アンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、スルホニウム、およびホスホニウムのうちのいずれかのカチオン性官能基であり、
前記イオン性官能基の対イオンとなるアニオンは、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、パーフルオロカルボキシレート、パーフルオロスルホネート、パーフルオロホスフェート、パーフルオロスルホニルイミド、パーフルオロスルホニルメチド、ジシアナミド、トリシアノメタン、チオシアネートのいずれかである
請求項１記載のアクチュエータ素子。
【請求項４】
前記成形体は膜状であり、
前記電極は前記成形体の膜両面に設けられている
請求項１〜３のうちの１項に記載のアクチュエータ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ素子に関し、特にはイオン性官能基を有する高分子を用いた高分子アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械駆動のためのアクチュエータとして、従来から磁気モーター、超音波モーター、圧電素子といった、金属やセラミックスを主構成材としたアクチュエータが用いられている。近年、これらが組み込まれる機器の小型化、軽量化に伴い、アクチュエータにも小型化、軽量化のニーズが高まってきている。特に、機械駆動部を有する携帯型電子機器、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラや、これらの機能を内蔵した携帯電話機のレンズ駆動部、シャッター、手振れ補正駆動部、小型燃料電池に代表される流体を扱うマイクロリアクターのバルブ、ポンプにはアクチュエータの小型化、軽量化が強く求められている。
【０００３】
そこで、軽量な高分子を主構成材とした高分子アクチュエータが注目されている。中でも膜状の高分子両面に電極を配設し、電極間に電圧印加することで湾曲変位を得る、いわゆる湾曲アクチュエータは構造も単純であり、小型化にも適するという利点がある。
【０００４】
このような湾曲アクチュエータにおいて膜状の高分子は、例えば高分子電解質を溶媒で膨潤させて用いる。特に、高分子電解質を膨潤させる溶媒として、極性有機溶媒やイオン液体を用いることにより、膜中においてのイオン導電性を確保しつつ、溶媒の揮発による膜の乾燥を抑えて長時間にわたる特性維持を可能にした構成が提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８１３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したように極性有機溶媒やイオン液体を高分子電解質の溶媒として用いたアクチュエータであっても、一定電圧の長時間印加によって湾曲変位が徐々に減衰することが分かった。また、さらなる一定電圧の長時間印加により、ついには湾曲変位が逆方向になり電圧によって湾曲動作方向が一義的に決定しないというアクチュエータ制御上の大きな問題が発生することが分かった。
【０００７】
そこで本発明は、一定電圧を長時間印加し続けても変位の減衰がなく、電圧で一義的に動作方向が決定する制御性の良いアクチュエータ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するための本発明のアクチュエータ素子は、イオン性官能基を有する高分子で構成された成形体を備えており、この成形体に接して、それぞれが電気的に独立した複数の電極が設けられている。成形体は、液体膨潤していても良くしていなくても良い。液体膨潤している場合には、高分子のイオン性官能基に対して５０モル％未満の割合のイオン液体に対して成形体が膨潤されていることとする。
【０００９】
このような構成のアクチュエータ素子では、イオン性官能基を有する高分子を用いて構成された成形体が、液体膨潤されていないか、または高分子のイオン性官能基に対して５０モル％未満に抑えられた少量のイオン液体で膨潤されている構成である。このような構成であることにより、後の実施例でも示すように、電極に一定電圧を印加した状態での変位が安定的に保たれることが分かった。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明によれば、一定電圧を長時間印加し続けても変位の減衰がなく、電圧で一義的に動作方向が決定する制御性の良いアクチュエータ素子を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のアクチュエータ素子の構成を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用されるアクチュエータ素子の全体構成の一例を示す模式図である。この図に示すアクチュエータ素子１は、イオン性官能基を有する高分子を用いて構成された膜状の成形体１１と、この成形体１１の膜両面に接して設けられた２枚の電極１３ａ，１３ｂとを備えている。
【００１３】
このうち成形体１１は、イオン液体で膨潤されていていることが好ましいが、膨潤されていなくても良い。イオン性官能基を有する高分子を用いて構成された成形体１１をイオン液体で膨潤させることにより、アクチュエータ１１としての応答速度やイオン伝導性の向上が図られる。ここで、成形体１１がイオン液体で膨潤されている場合、イオン液体の量は、成形体１１を構成する高分子のイオン性官能基に対して５０モル％未満の割合に抑えられていることが特徴的である。
【００１４】
次に、上述したアクチュエータ素子１の各部を構成する構成要素の詳細を説明する。
【００１５】
＜イオン性官能基を有する高分子＞
成形体１１を構成するイオン性官能基を有する高分子は、直鎖型または分岐型のいずれでも良く、分子内または分子間での化学／物理架橋点を有していても良い。イオン性官能基は、アニオン性官能基またはカチオン性官能基のどちらでも良い。またイオン性官能基は、常温常圧にて対イオンと無溶媒でイオン解離状態となることが望ましく、例えばカチオン、アニオンの何れかが重合性官能基を有するイオン液体の重合体であることが好ましい。このようなイオン性官能基は、高分子の主鎖に存在しても、分岐鎖に存在しても良い。
【００１６】
このような高分子を構成するアニオン性官能基としては、カルボン酸、１価ホスホン酸、２価ホスホン酸、スルホン酸といった公知の官能基を適用することができる。
【００１７】
この場合、対イオンとなるカチオンは、下記式（１）-1に示すアンモニウム、（１）-2に示すピリジニウム、（１）-3に示すイミダゾリウム、（１）-4に示すピラゾリウム、（１）-5に示すピペリジニウム、（１）-6に示すピロリジニウム、（１）-7に示すスルホニウム、（１）-8に示すホスホニウムのいずれかを基本構造としたものが好適である。これらのうち、イオン伝導性のよい１，３−アルキルイミダゾリウム［（１）-3］（１）がより好ましい。
【００１８】
【化１】
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ただし、式（１）-1〜（１）-8中において、Ｒ１〜Ｒ４は炭素数１〜８のアルキル基を示し、Ｒ５，Ｒ６は炭素数１〜８のアルキル基または水素（Ｈ）を示す。
【００１９】
また、上記高分子を構成するカチオン性官能基としては、上記式（１）-1〜（１）-8に示したカチオンを基本構造としたものを用いることができる。そして、式（１）-1〜（１）-8中におけるＲ１〜Ｒ６の少なくとも１ヶ所が、高分子の主鎖または分岐鎖との化学結合を有する。
【００２０】
この場合、対イオンとなるアニオンは、下記式（２）-1に示すテトラフルオロボレート、（２）-2に示すヘキサフルオロホスフェート、（２）-3に示すパーフルオロカルボキシレート、（２）-4に示すパーフルオロスルホネート、（２）-5に示すパーフルオロホスフェート、（２）-6に示すパーフルオロスルホニルイミド、（２）-7に示すパーフルオロスルホニルメチド、（２）-8に示すジシアナミド、（２）-9に示すトリシアノメタン、（２）-10に示すチオシアネートのいずれかであることが好ましい。これらのうち、化学的に安定でイオン伝導性のよいパーフルオロスルホニルイミド［（２）-6］がより好ましい。
【００２１】
【化２】
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ただし、式（２）-1〜（２）-10中において、Ｒ７は炭素数1〜５のパーフルオロアルキル基を示し、Ｒ８〜Ｒ１３は炭素数１〜５のパーフルオロアルキル基またはフッ素（Ｆ)を示す。
【００２２】
＜イオン液体＞
成形体１１を膨潤させるイオン液体としては、公知のものを用いることができるが、上記高分子が有するイオン性官能基の対イオンと同一のイオンで構成されるイオン液体を用いることが好ましい。つまり、高分子のイオン性官能基がアニオン性官能基の場合、アニオン性官能基の対イオンであるカチオンと、イオン液体のカチオンとが同一であることが好ましい。一方、高分子のイオン性官能基がカチオン性官能基の場合、カチオン性官能基の対イオンであるアニオンと、イオン液体のアニオンと同一であることが好ましい。これにより、成形体１１内において移動するアニオンまたはカチオンが複数種類となることによって、アクチュエータ素子の動作が段階的になることを防止する。
【００２３】
また上述したように、イオン液体を成形体１１に膨潤させた状態において、イオン液体の量は、成形体を構成する高分子のイオン性官能基に対して５０モル％未満の割合に抑えられていることが重要である。これにより、イオン液体の量が多すぎることによって電圧印加時に本来の動作とは逆向きの動作が生じたり、一定電圧を長時間印加したときに変位の減衰が生じることを防止する。
【００２４】
＜その他添加材料＞
イオン性官能基を有する高分子を用いた成形体１１には、成形体１１の破断強度や弾性率を調節する目的で、あるいは成形体１１と電極１３ａ，１３ｂとの接合性を改善する目的で、他の高分子材料や無機材料を添加してもよい。
【００２５】
＜電極＞
成形体１１の膜両面に接して設けられた電極１３ａ，１３ｂは、それぞれが電気的に独立した状態のものである。このような電極１３ａ，１３ｂの形状は、平板状、膜状、線状、網状といった様々な形状で用いることができる。
【００２６】
ここで一般なアクチュエータ素子の変位、発生力、応答速度といった特性は、成形体１１に接してそれぞれ電気的に独立して設けた電極１３ａ−１３ｂ間に電圧印加した際に起こる電気二重層キャパシタとしての充放電現象と強く相関する。このため、これらの電極１３ａ，１３ｂは、成形体１１に対して接していれば良いが、成形体１１を構成するイオン性官能基を有する高分子との接触面積が大きいほど、キャパシタとしての性能が高まるため好ましい。
【００２７】
そこで、電極１３ａ，１３ｂを構成する電極材料として微粒子や多孔質体を用いることにより、電極材料の孔内の少なくとも一部に成形体１１を充填した状態として上記接触面積の増大を図ることができるため、好ましい。
【００２８】
また、電極１３ａ，１３ｂの一部あるいは全体を、成形体１１内に埋設して設けることにより、上記接触面積の増大が図られるため好ましい。
【００２９】
このような電極１３ａ、１３ｂを構成する電極材料としては、公知の電子伝導性を有する材料が用いられ、各種金属材料、炭素材料、導電性高分子といった材料を用いることができる。中でも、電圧印加しても電気化学的に安定で反応しにくい材料、すなわち金、白金、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム、黒鉛、アモルファスカーボン、活性炭、さらにはカーボンナノチューブが好適に用いられる。
【００３０】
＜アクチュエータ素子の動作＞
以上のような構成のアクチュエータ１の動作は、成形体１１を挟持する状態で設けられた電極１３ａ，１３ｂ間に電圧印加することで、成形体１１の形状変化を得るものである。成形体１１の形状変化は、成形体１１の形状と電極１３ａ，１３ｂの配置によって様々な形とすることができるが、その基本は電圧印加する電極１３ａ，１３ｂ対の一方の電極近傍の高分子が膨張し、もう一方の電極近傍の高分子が収縮して、成形体１１の内部応力に不均衡が生じて変形する。
【００３１】
図１で示したように、成形体１１の形状が膜状であり、電極１３ａ，１３ｂが膜両面に設けられている構成であれば、電極１３ａ−１３ｂ間に電圧印加することで、電極近傍に電気二重層、イオン濃度勾配が形成され、この結果として膜状の成形体１１に湾曲変位が得られる。
【００３２】
この際、成形体１１の湾曲変位の方向は、成形体１１を構成する高分子のイオン性官能基がアニオン性かカチオン性かによって異なる。すなわち、高分子のイオン性官能基がアニオン性官能基であれば、成形体１１内においてはカチオンの陰極側への移動が支配的となる。このため図２（Ａ）のように、陰極近傍の高分子が膨張し、成形体１１は陽極側に湾曲する。一方、高分子のイオン性官能基がカチオン性官能基であれば、成形体１１内においてはアニオンの陽極側への移動が支配的となる。このため図２（Ｂ）のように、陽極近傍の高分子が膨張し、成形体１１は陰極側に湾曲する。このような成形体１１の動作は、イオン液体によって膨潤されているいないに係わらず同様である。
【００３３】
そして特に上述した実施形態のアクチュエータ素子１は、イオン性官能基を有する高分子を用いて構成された成形体１１が、液体膨潤されていないか、または高分子のイオン性官能基に対して５０モル％未満に抑えられた少量のイオン液体で膨潤された構成である。このような構成であることにより、以下の実施例で示されるように、電極１３ａ，１３ｂに一定電圧を印加した状態での成形体の変位が、安定的に保たれることが分かった。
【００３４】
この結果、一定電圧を長時間印加し続けても成形体の変位の減衰がなく、電圧で一義的に動作方向が決定する制御性の良いアクチュエータ素子１を得ることが可能になった。
【００３５】
尚、本発明が適用されるアクチュエータ素子１は、成形体１１が１枚の膜状であることに限定されることはない。例えば本発明が適用されるアクチュエータ素子の他の構成例としては、柱状の長手方向に延設された複数の膜状の成形体を貼り合わせてチューブ状とした構成であっても良い。この場合、各成形体のそれぞれの膜両面（チューブ状の内周と外周と）に電気的に独立した電極を設けた構成とすることで、チューブを任意方向に屈曲可能なアクチュエータ素子を得ることができる。また、各成形体１１に接して設けられた電極は、２枚であることに限定されることはなく、成形体の変位のさせ方によって任意の個所に任意の個数だけ独立して電極を設ければ良い。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明のアクチュエータ素子の実施例１〜３および、これらの実施例に対する比較例１，２の作製手順、および作製したアクチュエータ素子の評価結果を説明する。
【００３７】
＜実施例１＞
以下のようにしてアニオン性官能基を有する高分子を用いた本発明のアクチュエータ素子を形成した。
【００３８】
ここでは、アニオン性官能基を有する高分子として、１価ホスホン酸であるホスホン酸ビス（２−メタクリロイルオキシエチル）の重合体を用いた。電極１３ａ、１３ｂには、金微粒子を担持した多孔質ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）膜の膜状電極を用いた。
【００３９】
そして、これら２枚の膜状の電極１３ａ-１３ｂ間に、アニオン性官能基を有する高分子であるホスホン酸ビス（２−メタクリロイルオキシエチル）と共に、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＥＭＩ−ＴＦＳＩ，イオン液体）、およびｔ−ブチルパーオキシピバレート（重合開始剤）を、モル比で１００：３０：０．５の比率で混合した溶液を満たした。
【００４０】
この状態で、６０℃に加熱して重合ゲル化反応を行い、電極１３ａ−１３ｂ間の高分子を重合させて成形体１１を形成し、この成形体１１をイオン液体で膨潤させた状態とした。
【００４１】
次に、イオン液体で膨潤させた成形体１１両面の電極１３ａ，１３ｂを作用極とし，ＥＭＩ−ＴＦＳＩ（イオン液体）中にて白金対電極を用いた電解還元処理を行った。これにより、成形体１１を構成するアニオン性官能基であるホスホン酸の対イオン（カチオン）を、プロトンから１−エチル−３−メチルイミダゾリウムへと置換し、イオン液体のカチオンと同一にした。
【００４２】
次いで、図３に示すように、成形体１１とこの両側の電極１３ａ，１３ｂからなる膜状複合体を、幅２ｍｍ、長さ１２ｍｍに切り出してアクチュエータ素子１とした。
【００４３】
以上のようにして作製した実施例１のアクチュエータ素子１において、長さ方向の一方の末端側から長さ２ｍｍまでの部分を金属版からなる電圧端子１０１で挟み、電圧端子１０１を介して両電極１３ａ，１３ｂ間に１Ｖの電圧を印加した。この結果を図４、図５に示す。尚、図４，５においては、アクチュエータ素子の陰極側への湾曲を正，陽極側への湾曲を負としている。また、図５は、図４における時間経過の初期部分の拡大図である。
【００４４】
実施例１のアクチュエータ素子１における両電極１３ａ，１３ｂ間に１Ｖの電圧を印加したところ、自由端は陽極側へと湾曲し、湾曲変位（自由端の素子厚方向移動距離，ＣＣＤカメラによる動画撮影と動画解析ソフトから算出）は時間経過に伴い増大から飽和へと到達した。５００００秒の電圧印加で湾曲変位は減衰しなかった。
【００４５】
これにより、本発明を適用し、成形体１１を構成する高分子のイオン性官能基（アニオン性官能基）に対して、３０モル％のイオン液体で成形体１１を膨潤させた実施例１のアクチュエータ素子１では、一定電圧を長時間印加し続けても変位の減衰がなく、電圧で一義的に動作方向が決定されることが確認された。
【００４６】
＜実施例２＞
以下のようにしてカチオン性官能基を有する高分子を用いた本発明のアクチュエータ素子を形成した。
【００４７】
ここではカチオン性官能基を有する高分子として、４級アンモニウムであるメタクリル酸エチルトリメチルアンモニウムクロリドの重合体を用いた。そして、メタクリル酸エチルトリメチルアンモニウムクロリドを、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドのリチウム塩水溶液に溶解し、対イオンがクロリドからビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドへと置換された単量体を得た。
【００４８】
電極１３ａ、１３ｂには、実施例１と同様に金微粒子を担持した多孔質ＰＶｄＦ膜の膜状電極を用いた。そして、これら２枚の膜状の電極１３ａ-１３ｂ間に、メタクリル酸エチルトリメチルアンモニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（上記単量体）と共に、ＥＭＩ-ＴＦＳＩ（イオン液体）、エチレングリコールジアクリレート（架橋剤）、およびｔ−ブチルパーオキシピバレート（重合開始剤）を、モル比で１００：２５：３．７：０．５の比率で混合した溶液を満たした。この状態で、６０℃に加熱して重合ゲル化反応を行い、電極１３ａ−１３ｂ間の高分子を重合させて成形体１１を形成し、この成形体１１をイオン液体で膨潤させた状態とした。
【００４９】
次いで、成形体１１とこの両側の電極１３ａ，１３ｂからなる膜状複合体を、幅２ｍｍ、長さ１２ｍｍに切り出してアクチュエータ素子１とした。
【００５０】
以上のようにして作製した実施例２のアクチュエータ素子１において、長さ方向の一方の末端側から長さ２ｍｍまでの部分を金属版からなる電圧端子１０１で挟んだ。両電極１３ａ，１３ｂ間に１Ｖの電圧を印加したところ、図４，５を参照し、自由端は陰極側へと湾曲し、湾曲変位（実施例１と同様に算出）は、時間経過に伴い増大から飽和へと到達した。５００００秒の電圧印加で湾曲変位は減衰しなかった。
【００５１】
これにより、本発明を適用し、成形体１１を構成する高分子のイオン性官能基（カチオン性官能基）に対して、２５モル％のイオン液体で成形体１１を膨潤させた実施例２のアクチュエータ素子１では、一定電圧を長時間印加し続けても変位の減衰がなく、電圧で一義的に動作方向が決定されることが確認された。
【００５２】
＜実施例３＞
以下のようにしてカチオン性官能基を有する高分子を用いた本発明のアクチュエータ素子を形成した。
【００５３】
ここではカチオン性官能基を有する高分子として、下記式（１）-9に示すピリジニウムである、クロロメチルスチレンとピリジンとの付加反応体の重合体を用いた。
【００５４】
【化３】
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【００５５】
このメチルスチレン−ピリジニウムクロリド付加反応体（１−（４−ビニルベンジル）ピリジニウムクロリド）をビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドのリチウム塩水溶液に溶解し、対イオン（アニオン）がクロリドからビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドへと置換された単量体を得た。
【００５６】
電極１３ａ，１３ｂには、実施例１，２と同様に金微粒子を担持した多孔質ＰＶｄＦ膜の膜状電極を用いた。そして、これら２枚の膜状の電極１３ａ−１３ｂ間に、１−（４−ビニルベンジル）ピリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドと共に、ＥＭＩ−ＴＦＳＩ（イオン液体），エチレングリコールジアクリレート（架橋剤），ｔ−ブチルパーオキシピバレート（重合開始剤）をモル比で１００：２５：３．７：０．５の比率で混合した溶液を満たした。この状態で、６０℃に加熱して重合ゲル化反応を行い、電極１３ａ−１３ｂ間の高分子を重合させて成形体１１を形成し、この成形体１１をイオン液体で膨潤させた状態とした。
【００５７】
次いで、成形体１１とこの両側の電極１３ａ，１３ｂとからなる膜状複合体を、幅２ｍｍ、長さ１２ｍｍに切り出してアクチュエータ素子１とした。
【００５８】
以上のようにして作製した実施例２のアクチュエータ素子１において、長さ方向の一方の末端側から長さ２ｍｍまでの部分を金属版からなる電圧端子１０１で挟んだ。両電極１３ａ，１３ｂ間に１Ｖの電圧を印加したところ、図４，５を参照し、自由端は陰極側へと湾曲し、湾曲変位（実施例１と同様に算出）は、時間経過に伴い増大から飽和へと到達した。５００００秒の電圧印加で湾曲変位は減衰しなかった。
【００５９】
これにより、本発明を適用し、成形体１１を構成する高分子のイオン性官能基（カチオン性官能基）に対して、２５モル％のイオン液体で成形体１１を膨潤させた実施例３のアクチュエータ素子１では、一定電圧を長時間印加し続けても変位の減衰がなく、電圧で一義的に動作方向が決定されることが確認された。
【００６０】
＜比較例１＞
以下のようにして非イオン性高分子を用いたアクチュエータ素子を形成した。
【００６１】
ＰＶｄＦ，ＥＭＩ−ＴＦＳＩを体積比１：１で混合し、これに金微粒子を添加して熱プレス成形して膜状の電極とした。これらの膜状の電極２枚でＰＶｄＦ多孔質膜を挟んで熱融着することにより、非イオン性高分子であるＰＶｄＦを成形体としてこの両側に電極膜を設けた膜状複合体を得た。ＰＶｄＦ多孔質膜からなる成形体には、熱融着時に膜状電極からＥＭＩ−ＴＦＳＩ（イオン液体）が浸透し、イオン液体で膨潤された状態となっている。この膜状複合体を、幅２ｍｍ，長さ１２ｍｍに切り出してアクチュエータ素子とした。
【００６２】
実施例１〜３と同様に、作製したアクチュエータ素子において、長さ方向の一方の末端側から長さ２ｍｍまでの部分を金属版からなる電圧端子で挟んだ。この状態で両電極間に１Ｖの電圧を印加したところ、図４，５を参照し、自由端は陽極側へと湾曲し，湾曲変位は時間経過に伴い増大から極大を経て減衰した。４０００秒の電圧印加で湾曲変位はほぼ消滅した。
【００６３】
これにより、本発明を適用せず、成形体を構成する高分子を非イオン性高分子とした比較例１のアクチュエータ素子では、一定電圧を長時間印加し続けた場合の変位の減衰が大きく、また電圧で一義的に動作方向を決定できないことが確認された。
【００６４】
＜比較例２＞
以下のようにしてカチオン性官能基を有する高分子を過剰なイオン液体で膨潤させたアクチュエータを形成した。
【００６５】
ここでは実施例２の手順において、カチオン性官能基を有する高分子に対してＥＭＩ−ＴＦＳＩ（イオン液体）を５０モル％とする以外は、実施例２と同様の手法でアクチュエータ素子を作製した。
【００６６】
実施例１〜３と同様に、作製したアクチュエータ素子において、長さ方向の一方の末端側から長さ２ｍｍまでの部分を金属版からなる電圧端子で挟んだ。この状態で両電極間に１Ｖの電圧を印加したところ、図４，５を参照し、自由端は電圧印加直後に陽極側へと湾曲し、その後陽極側変位は減衰して陰極側へと湾曲し、さらに陰極側変位は極大値の９８％に減衰した。
【００６７】
これにより、本発明を適用せず、成形体を構成する高分子のイオン性官能基（カチオン性官能基）に対して、５０モル％のイオン液体で成形体を膨潤させた比較例２のアクチュエータ素子では、一定電圧を長時間印加し続けた場合の変位の減衰が大きく、また電圧で一義的に動作方向を決定できないことが確認された。
【００６８】
＜評価結果＞
本発明を適用して、成形体１１を構成する高分子のイオン性官能基に対して５０モル％未満のイオン液体で成形体１１を膨潤させた実施例１〜３のアクチュエータ素子１は、いずれも長時間の電圧印加で湾曲変位が減衰せず、電圧で一義的に動作方向が決定されることが確認された。これは、実施例１〜３では、イオン性官能基を有する高分子を用いて成形体１１を構成したことにより、カチオンまたはアニオンの一方が高分子化されていて成形体１１内においてのアニオンまたはカチオンの易動度が制約され、電圧印加による過剰なイオン移動によるイオン濃度勾配の緩和が抑制されるためと考えられる。
【００６９】
これに対して、成形体を構成する項分子を非イオン性高分子とした比較例１では、イオン液体のカチオン、アニオンが、どちらも易動度にほとんど制約を受けない。このため、電圧印加とともに電気二重層形成に必要な量以上のイオン液体の移動が起こるが、時間経過とともに過剰に移動したイオン液体の戻り、イオン濃度勾配の緩和が起こる。これにより、長時間の電圧印加で湾曲変位が減衰したと考えられる。
【００７０】
また比較例２の結果の通り、イオン性官能基を有する高分子を用いて成形体を構成した場合であっても、イオン液体含有量が多すぎると比較例１と同様に易動度の制約を受けないイオン液体が存在するようになる。このため、実施例２と同一の高分子を用いているにもかかわらず電圧印加直後は陽極側へと湾曲し、その後陰極側へと湾曲方向が反転し、さらに陰極側変位も減衰する。このような比較例２の湾曲変位の機構は、電圧印加直後の陽極側湾曲と長時間の電圧印加での変位減衰は比較例１と同一であり、陰極側湾曲は実施例２と同一の機構と考えられる。そして、このように過剰量のイオン液体では、イオン性官能基を有する高分子を用いたアクチュエータ素子でも制御性が低下するため、イオン液体量は、高分子のイオン性官能基を１００としたときのイオン液体のモル比率として５０未満とすることが好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明が適用されるアクチュエータ素子の全体構成の一例を示す模式図である。
【図２】アクチュエータ素子の動作を説明する図である。
【図３】実施例で作製したアクチュエータ素子とその評価方法を説明する図である。
【図４】実施例および比較例で作製したアクチュエータ素子を定電圧駆動させた場合の湾曲変位の経時変化を示すグラフである。
【図５】図４のグラフにおける初期部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…アクチュエータ素子、１１…成形体、１３…電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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