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JP4154474B2 - Actuator element manufacturing method - Google Patents
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JP4154474B2 - Actuator element manufacturing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、アクチュエータ素子の製造方法に関し、より詳細にはイオン交換樹脂成形品を湾曲および変形させるアクチュエータ素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
医療機器や産業用ロボット、マイクロマシンなどの分野において小型でかつ軽量で柔軟性に富むアクチュエータの必要性が高まっている。
【0003】
このようにアクチュエータを小型化すると慣性力よりも摩擦や粘性力が支配的となるため、モータやエンジンのような慣性力を利用してエネルギーを運動に変える機構は、超小型アクチュエータの動力として用いることは困難であった。このため、超小型アクチュエータの作動原理としては、静電引力型、圧電型、超音波式、形状記憶合金式、高分子伸縮式などが提案されている。
【0004】
静電引力型アクチュエータは、電極となる板、棒などを対極に引きつけることによって作動するもので、たとえば数十μm離れた対極との間に100V程度の電圧をかけて電極をたわませるものなどが知られている。圧電型アクチュエータは、チタン酸バリウムなどのセラミックの圧電素子に数Vの電圧をかけて素子を伸縮させることによって作動するもので、nm単位の変位を制御できるものが知られている。超音波式アクチュエータは、圧電素子などで発生させた超音波振動と摩擦力との組合せたり、またはずれを生じさせて作動するものである。形状記憶合金式アクチュエータは、形状記憶合金が温度によって形状が大きく変化することを利用して、温度変化によって作動するものである。高分子伸縮式アクチュエータは、高分子が温度あるいはpHの変化や周囲の化学物質の濃度変化によって伸縮することを利用して作動するものである。
【0005】
しかしながら、これらの超小型アクチュエータには、それぞれ作動環境に制限があったり、応答性が不充分であったり、構造が複雑であったり、また柔軟性が欠如しているなどの問題点があった。たとえば、高分子伸縮式アクチュエータを作動させるには、高分子が接触している溶液を他の塩類を含む溶液に交換する必要があり、このため小型で速い応答を必要とする用途には利用困難であった。
【0006】
これに対し、小型化が容易であり、かつ応答性が早く、小電力で作動するアクチュエータ素子として、イオン交換膜とこのイオン交換膜の表面で接合した電極とからなり、イオン交換膜の含水状態においてイオン交換膜に電位差をかけてイオン交換膜に湾曲および変形を生じさせるアクチュエータ素子が提案されている(特開平4-275078号公報参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このアクチュエータ素子は、イオン交換樹脂膜とその表面に相互に絶縁状態で接合した金属電極とからなり、該イオン交換樹脂膜の含水状態において、金属電極間に電位差をかけてイオン交換樹脂成形品に湾曲および変形を生じさせることを特徴としている。
【0008】
このようなアクチュエータ素子では、イオン交換樹脂成形品表面に化学めっき、電気めっき、真空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着などの方法によって電極が形成されている。
【0009】
たとえば、化学めっきでは、イオン交換膜表面をエッチングしたのち、めっき触媒を担持し、めっき浴に浸漬することによってイオン交換膜表面にめっきを行い電極を形成している。
【0010】
しかしながら、上記のような方法で電極が形成されたアクチュエータ素子は、変位量が充分とはいえなかった。このため、さらに大きな変位量を発生することが可能であり、しかも、応答が早いアクチュエータ素子の出現が望まれていた。
【0011】
本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決しようとするものであって、変位量および変位力が大きく、構造が簡単で、小型化が容易であり、かつ応答が早く、柔軟であるようなアクチュエータ素子の製造方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
イオン交換樹脂成形品と、該イオン交換樹脂成形品の表面に相互に絶縁状態で形成された金属電極とからなり、イオン交換樹脂成形品の含水状態において、前記金属電極間に電位差をかけてイオン交換樹脂成形品を湾曲および変形を生じさせるアクチュエータ素子を製造するに際して、
(i)イオン交換樹脂成形品に、金属錯体を水溶液中で吸着させたのち、
(ii)イオン交換樹脂成形品に吸着した金属錯体を、還元して、前記イオン交換樹脂成形品表面に金属を析出させて、金属電極を形成することを特徴としている。このような構成で金属電極を形成することによって、構造が簡単で、小型化が容易であり、応答が早く、大きな変位量を発生することが可能なアクチュエータ素子を得ることができる。
【0013】
また、上記金属錯体としては、金または白金の錯体を用いることが好ましく、金属錯体として、金または白金の錯体を用いると変位量の大きなアクチュエータ素子を作製することができる。
【0014】
さらにまた、本発明では、金属電極を形成した後、イオン交換樹脂成形品の対イオンを、Li+,Na+およびCu2+から選ばれる1種以上の陽イオンに交換されていることが好ましく、このような陽イオンに交換されていると、得られるアクチュエータ素子の変位量をさらに大きくすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図1および図2は、本発明に係る製造方法で得られるアクチュエータ素子の最適な実施例を示す概略断面図である。この実施例においてアクチュエータ素子1は、細長い矩形平板状のイオン交換樹脂成形品2と、該イオン交換樹脂成形品2の表面に相互に絶縁状態で形成された電極3a,3bとからなり、イオン交換樹脂成形品2の含水状態において、前記電極間に電位差をかけてイオン交換樹脂成形品を湾曲および変形させるようになっている。
【0016】
この電極3a,3bには、一対のリード線4a,4bの一端がそれぞれ電気的に接続されているとともに、この各リード線4a,4bは、電源5に接続されている。
【0017】
イオン交換樹脂成形品2として、上記矩形平板状に限定されるものでではなく、膜状、円柱状、円筒状のものなどであってもよい。
このようなイオン交換樹脂成形品2を構成するイオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交換樹脂が挙げられる。このうち、陽イオン交換樹脂が、アクチュエータ素子の変位量を大きくすることができるので好適に使用される。
【0018】
このような陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入されたものが挙げられ、特に、フッ素樹脂にスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入された陽イオン交換樹脂が好ましい。
【0019】
また、このような陽イオン交換樹脂は、イオン交換容量が0.8〜2.2meq/g、好ましくは1.4〜1.8meq/gのものが望ましい。このようなイオン交換容量の陽イオン交換樹脂を使用すると、さらにアクチュエータ素子の変位量を大きくすることができる。
【0020】
本発明では、前記イオン交換樹脂成形品に金属錯体を水溶液中で吸着させたのち、イオン交換樹脂成形品に吸着した金属錯体を、還元剤により還元して、前記イオン交換樹脂成形品表面に金属を析出させて、金属電極を形成する。
【0021】
このような金属錯体としては、金錯体、白金錯体、パラジウム錯体、ロジウム錯体、ルテニウム錯体などが使用される。このうち、特に金錯体および白金錯体がアクチュエータ素子の変位量を大きくすることできるので好ましい。
【0022】
これらの金属錯体のイオン交換樹脂成形品への吸着は、イオン交換樹脂成形品を前記金属錯体を含む水溶液に浸漬することによって行われる。
また、このような金属錯体の還元は、還元剤を含む水溶液中に、金属錯体が吸着されたイオン交換樹脂成形品を浸漬することによって行われる。
【0023】
還元剤としては、使用する金属錯体の種類にもよるが、亜硫酸ナトリウム、塩酸ヒドロキシルアミン、ヒドラジン、水素化ホウ素カリウムなどが挙げられる。また、金属錯体を還元する際に、必要に応じて、酸またはアルカリを添加してもよい。
【0024】
このようにしてイオン交換樹脂成形品に吸着した金属錯体を還元すると、イオン交換樹脂成形品表面に金属が析出して、金属電極が形成される。
本発明では、金属電極を形成する際に、使用するイオン交換樹脂成形品の表面を粗化してもよい。膜表面の粗化処理としては、たとえば、サンドブラスト処理、サンドペーパー処理などが挙げれる。表面の粗化の程度は、表面層が削られている程度であればよい。
【0025】
このような粗化処理を行うことによって、イオン交換樹脂成形品の表面と、後に形成される電極との接触面積が増大し、アクチュエータ素子の変位量を大きくすることができる。
【0026】
また、本発明では、使用するイオン交換樹脂成形品に、以下のような処理を施してもよい。
▲1▼水処理
熱水中で、イオン交換樹脂成形品を煮沸する。
【0027】
▲2▼塩酸処理
25体積%程度の希塩酸中で、イオン交換樹脂成形品を保持する。
▲3▼NaOH処理
0.1N程度の水酸化ナトリウム水溶液中で、イオン交換樹脂成形品を保持する。
【0028】
▲4▼アルコール処理
イオン交換樹脂成形品を、メタノール、エタノールなどのアルコール中に浸漬する。
【0029】
▲5▼オートクレーブ処理
イオン交換樹脂成形品を、オートクレーブ中で、110〜150℃で処理する。
【0030】
イオン交換樹脂成形品に吸着した金属錯体の還元は、金属錯体と還元剤とが接触するイオン交換樹脂成形品の表面から金属の析出が生じ、続いて膜内部の金属錯体が膜表面近傍(析出した金属の方に)に移動して還元されて金属が析出するものと考えられる。また、金属の析出は、イオン交換樹脂成形品表面だけではなく、表面近くの内部にも析出しているため、イオン交換樹脂成形品と金属電極との接触面積は、従来の化学めっき法に比べて大きくなっていると考えられる。このため、本発明で得られたアクチュエータ素子は、従来のアクチュエータ素子に比べて、素子の変位量が大きい。
【0031】
電極形成後のイオン交換樹脂成形品は、通常、純水で洗浄して、析出していない金属錯体および還元剤を除去する。電極間の絶縁は、金属電極が形成されたイオン交換樹脂成形品の端部を切断することによって行うことができる。また、レーザー光または電子線を金属電極が形成されたイオン交換樹脂成形品に照射して金属電極の一部を削って、電極間に絶縁帯を設けることによって、電極間の絶縁を行うことできる。
【0032】
さらに、電極形成後のイオン交換樹脂成形品に、前記▲1▼〜▲5▼のような処理を施してもよい。
さらにまた、形成された電極上に、追加の電極層を設けてもよい。追加の電極層は、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、溶着などの方法によって形成することができる。このような追加の電極層は、イオン交換樹脂成形品表面に形成された金属層と同一のものであっても、異なるものであってもよい。
【0033】
さらにまた、電極が形成されたイオン交換樹脂成形品は、対イオンがLi+,Na+,Cu2+、H+ ,Ca2+,Fe3+,Mg2+などに交換されていてもよい。これらのイオンのうち、とくにLi+,Na+またはCu2+に交換されていることが好ましい。このような対イオンの交換は、電極が形成されたイオン交換樹脂成形品をLiOH、NaOHなどの水溶液に浸漬することによって行うことができる。
【0034】
このようにして得られたアクチュエータ素子の作動時には、イオン交換膜が含水状態である必要がある。ここで含水状態とは、アクチュエータが水中であっても、高湿度の大気中であっても作動することを意味する。
【0035】
このようなアクチュエータ素子の作動原理は、イオン交換樹脂成形品の表面に相互に絶縁状態で電位差がかかると、図2に示すようにイオン交換樹脂成形品中の+イオン4が陰極側に移動し、このイオンに伴われて水分子が膜内で移動するため、陽極側と陰極側とで水分量に差ができると推定される。したがって含水率が高まれば膨潤し、含水率が低下すれば収縮することによって、イオン交換樹脂成形品が湾曲すると考えられる。
【0036】
このようにして得られたアクチュエータ素子は、電極間に0.1〜3Vの直流電圧をかけると、数秒以内に素子長の0.5〜3倍程度の変位を得ることができる。またこのようなアクチュエータ素子は、水中で柔軟に作用することができる。
【0037】
このようなアクチュエータ素子を用いた応用例として、図3に示す誘導体が挙げられる。
この応用例においては、誘導体としてのガイドワイヤ11は、細長いたとえば合成樹脂やステンレス製のチューブからなる線状部材12と、この線状部材12の先端に接合したアクチュエータ素子13とから構成されている。
【0038】
前記アクチュエータ13は、やや細長い矩形平板状のイオン交換樹脂成形品14の両面に、本発明に係る方法で形成された一対の電極を有し、この電極15a,15bに電圧を印加することにより、アクチュエータ素子13が2方向に湾曲するものである。
【0039】
そして、この各電極15a,15bには、一対のリード線16a,16bの一端がそれぞれ電気的に接合されているとともに、この各リード線16a,16bは、線状部材12の内部に位置して該線状部材12の全長にわたって延び、各リード線16a、16bの他端は、操作制御部17に接続されている。
【0040】
この操作制御部17には切換操作可能な操作レバー18が備えられ、この操作レバー18の操作にともなって、前記操作制御部17の内部に内蔵された2極双投スイッチ19を介して、電源20から前記一対のリード線16a、16bに流れる電流の電極が切り替えられるようになっている。
【0041】
すなわち、図4において、2極双投スイッチ19が実線で示す位置にある時には、一方のリード線16aが+の電極に、他方のリード線16bが−の電極にそれぞれ接続され、2極双投スイッチ19が操作制御部17の操作レバー18の操作に伴って、中立位置から二点鎖線で示すように切り替えられると、今度は逆に、一方のリード線16aが−の電極に、他方のリード線16bに+の電極にそれぞれ接続されるようになっている。
【0042】
このようにして、陽極および陰極を操作することにより、アクチュエータ素子1を任意かつ積極的に変形させることができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、図5に示されるような円筒状のアクチュエータ素子40を作製することもできる。
【0043】
このような円筒状のアクチュエータ素子40では、まず、円筒状イオン交換樹脂成形品41に、前述したような方法で金属錯体を吸着させ、還元剤により該金属錯体を還元して、前記イオン交換樹脂成形品41表面に金属を析出させて、金属層を形成する。
【0044】
次に、金属層がその外表面に形成された円筒状イオン交換樹脂成形品41の表面に、レーザー加工装置からレーザー光を照射することによって、照射部分の金属層を除去して、溝形状の絶縁帯42および複数の相互に電気的に絶縁された金属電極43a,43b,43c,43dを形成する。
【0045】
図5に示すアクチュエータ素子は、この各金属電極43a、43b、43c、43dに、リード線44a、44b、44c、44dの一端をそれぞれ電気的に接続し、イオン交換樹脂成形品41を挟んで互いに対向する電極43aと43c、43bと43dに電圧を印加することにより、4方向に湾曲することができ、しかもこの湾曲の方向を組み合わせることより、回転できる。このような金属電極はイオン交換樹脂成形品の内周面に設けられていてもよい。
【0046】
【発明の効果】
本発明は上記のような構成であるので、構造が簡単で、小型化が容易であり、応答が早く、変位量が大きく、小電力で作動することが可能なアクチュエータ素子を得ることができる。
【0047】
したがって、本発明に係るアクチュエータ素子をマイクロデバイスの案内部材本体の先端部に接合すると、操作制御部による操作によって、任意かつ積極的に湾曲(変形)させることができるので、案内部材本体の先端部に接続した、ハサミ、鉗子、スネア、レーザメス、スパチュラなどのマイクロサージェリーの医療器具、各種センサー、工具などのマイクロデバイスの誘導性能を向上することができ、これによって、目的部位へ任意の方向に向けることができ、その操作が熟練を要することなく、迅速かつ容易に行うことができる。
【0048】
従って、このようなマイクロデバイスおよびそれを備えたマイクロマシンを、例えば、眼球手術、腹腔鏡下手術、微少血管縫合手術などのマイクロサージェリー技術においてピンセット、ハサミ、鉗子、スネア、レーザメス、スパチュラ、クリップなどの医療器具に適用すれば、検査や治療時における患者に与える苦痛を極力和らげ、患者に対する肉体的、精神的負担を低減することができる。
【0049】
また、このようなマイクロデバイスおよびそれを備えたマイクロマシンを、発電設備等のプラント、航空機エンジン等の機械システムの配管系統やエンジン内部等の検査、補修等を行う各種センサーや、補修用工具などに適用すれば、補修作業に手間や時間を要せず、確実に行うことが可能となる。
【0050】
また、本発明に係るアクチュエータ素子は、上記以外に、高周波振動によるマイクロポンプ、リハビリ用補助動力マッサージ器などの健康器具、湿度計、湿度計コントロール装置、ソフトマニュピュレーター、水中バルブ、ソフト運搬装置などの工業用機器、金魚および海草などの水中モービル、動く釣り餌および推進ヒレなどのホビー用品などにも好適に使用することができる。
【0051】
本発明によれば、アクチュエータ素子を得ることができる。
【0052】
【実施例】
以下、本発明について実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【0053】
【実施例1】
厚さ0.2mmのフッ素樹脂系イオン交換樹脂成形品(デュポン社製;Nafion 117、イオン交換容量0.9meq/g)を、♯800番のアルミナ粒子を用いてサンドブラストし、成形品表面の粗化を行った。表面粗化後のイオン交換樹脂成形品は、超音波洗浄によってサンドブラスト粒子およびその他の汚れを除去したのち、25体積%の塩酸水溶液中で30分間煮沸し、さらに純水中で、30分間煮沸して塩酸を除去した。
【0054】
上記煮沸処理後のイオン交換樹脂成形品を白金・アミン錯体水溶液に6時間浸漬し、成形品内に白金・アミン錯体を吸着させた。その後、40〜65℃の水素化ホウ素ナトリウム水溶液に5時間浸漬して、白金・アミン錯体を還元して、イオン交換樹脂成形品表面に白金を析出させた。
【0055】
表面に白金が析出したイオン交換樹脂成形品をさらに白金・アミン錯体水溶液に浸漬し、塩酸ヒドロキシルアミン水溶液とヒドラジン水溶液とを添加して40〜60℃で5時間、白金・アミン錯体を還元して、イオン交換樹脂成形品表面の白金の成長めっきを行い、電極を形成した。
【0056】
電極形成後、上記イオン交換樹脂成形品を25体積%の塩酸水溶液中で30分間煮沸した後、さらに純水中で、30分間煮沸して塩酸を除去した。
さらに上記イオン交換樹脂成形品を1M LiOH水溶液中に6時間浸漬し、対イオンをLi+に交換したのち、1mm幅の短冊片に切り出し、アクチュエータ素子を作製した。
【0057】
得られたアクチュエータ素子に、2Vの電圧を印加したときの先端部位の曲げ変位量をレーザー変位計を用いて測定した。なお、曲げ変位量は、素子長10mmに対する変位量で評価した。
【0058】
結果を表1に示す。
【0059】
【実施例2】
実施例1において、1M LiOH水溶液の代わりに1M NaOH水溶液を用いて、対イオンをNa+に交換した以外は実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0060】
結果を表1に示す。
【0061】
【実施例3】
実施例1において、イオン交換樹脂成形品として、イオン交換容量1.4meq/gのものを使用し、かつ1M LiOH水溶液の代わりに1M NaOH水溶液を用いて、対イオンをNa+に交換した以外は実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0062】
結果を表1に示す。
【0063】
【実施例4】
実施例1において、1M LiOH水溶液の代わりに1M CuSO4水溶液を用いて、対イオンをCu2+に交換した以外は実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0064】
結果を表1に示す。
【0065】
【実施例5】
実施例1において、粗化後のイオン交換樹脂成形品を25体積%の塩酸水溶液中で30分間煮沸した後、さらに純水中で、30分間煮沸して塩酸を除去した。
【0066】
イオン交換樹脂成形品を、金錯体(ジクロロフェナントロリン金塩化物)水溶液中に浸漬し、成形品内に金錯体を吸着させた。金錯体を吸着したイオン交換樹脂成形品を亜硫酸ナトリウム水溶液に浸漬させ、40〜80℃で5時間、金錯体を還元して、イオン交換樹脂成形品表面に金を析出させて電極を形成した。
【0067】
電極を形成したイオン交換樹脂成形品を1N硫酸中で30分間浸漬した後、さらに純水中に浸漬して硫酸を除去した。
さらに上記イオン交換樹脂成形品を1M LiOH水溶液中に6時間浸漬し、対イオンをLi+に交換したのち、1mm幅の短冊片を切り出し、電極と接続して、アクチュエータ素子を作製した。
【0068】
得られたアクチュエータ素子について、実施例1と同様に曲げ変位量を評価した。
結果を表1に示す。
【0069】
【比較例1】
実施例1で使用したイオン交換樹脂成形品表面に化学めっきを施して、白金電極を形成した。
【0070】
電極が形成されたイオン交換樹脂成形品を、実施例1と同様に1M LiOH水溶液中に6時間浸漬し、対イオンをLi+に交換したのち、1mm幅の短冊片を切り出し、電極と接続して、アクチュエータ素子を作製した。
【0071】
得られたアクチュエータ素子について、実施例1と同様に曲げ変位量を評価した。
結果を表1に示す。
【0072】
【比較例2】
実施例1で使用したイオン交換樹脂成形品表面に、白金の真空蒸着を行い白金電極を形成した。
【0073】
電極が形成されたイオン交換樹脂成形品を、実施例1と同様に1M LiOH水溶液中に6時間浸漬し、対イオンをLi+に交換したのち、1mm幅の短冊片を切り出し、電極と接続して、アクチュエータ素子を作製した。
【0074】
得られたアクチュエータ素子について、実施例1と同様に曲げ変位量を評価した。
結果を表1に示す。
【0075】
【比較例3】
実施例1で使用したイオン交換樹脂成形品表面にスパッター法で白金電極を形成した。
【0076】
電極が形成されたイオン交換樹脂成形品を、実施例1と同様に1M LiOH水溶液中に6時間浸漬し、対イオンをLi+に交換したのち、1mm幅の短冊片を切り出し、電極と接続して、アクチュエータ素子を作製した。
【0077】
得られたアクチュエータ素子について、実施例1と同様に曲げ変位量を評価した。
結果を表1に示す。
【0078】
【比較例4】
実施例1で使用したイオン交換樹脂成形品表面に白金微粒子を含む導電性インクを塗布して白金電極を形成した。
【0079】
電極が形成されたイオン交換樹脂成形品を、実施例1と同様に1M LiOH水溶液中に6時間浸漬し、対イオンをLi+に交換したのち、1mm幅の短冊片を切り出し、電極と接続して、アクチュエータ素子を作製した。
【0080】
得られたアクチュエータ素子について、実施例1と同様に曲げ変位量を評価した。
結果を表1に示す。
【0081】
【実施例6】
実施例1において、1M LiOH水溶液の代わりに、1M HCl水溶液を用いて、対イオンをH+に交換した以外は実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0082】
結果を表1に示す。
【0083】
【実施例7】
実施例1において、1M LiOH水溶液の代わりに、1M CaCl2水溶液を用いて、対イオンをCa2+に交換した以外は実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0084】
結果を表1に示す。
【0085】
【実施例8】
実施例1において、1M LiOH水溶液の代わりに、1M FeCl3水溶液を用いて、対イオンをFe3+に交換した以外は実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0086】
結果を表1に示す。
【0087】
【実施例9】
実施例1において、1M LiOH水溶液の代わりに、1M MgCl2水溶液を用いて、対イオンをMg2+に交換した以外は実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0088】
結果を表1に示す。
【0089】
【実施例10】
実施例1において、白金・アミン錯体水溶液にイオン交換樹脂成形品を浸漬される代わりに、ロジウム錯体水溶液にイオン交換樹脂成形品を浸漬して、ロジウム電極を形成した以外は、実施例1と同様にして、アクチュエータ素子を作製し、曲げ変位量を評価した。
【0090】
結果を表1に示す。
【0091】
【表1】

Figure 0004154474

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る製造方法で得られたアクチュエータ素子の電圧無印加状態の概略断面図である。
【図2】本発明に係る製造方法で得られたアクチュエータ素子の電圧印加状態の概要断面図である。
【図3】本発明に係る製造方法で得られたアクチュエータ素子の応用例を示す概要図である。
【図4】図3の要部を拡大して示す模式図である。
【図5】本発明に係る製造方法で得られたさらに別のアクチュエータ素子の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 アクチュエータ素子
2 イオン交換樹脂成形品
3,3a,3b 電極
4 4a,4b リード線
5 電源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an actuator element, and more particularly to a method for manufacturing an actuator element for bending and deforming an ion exchange resin molded product.
[0002]
[Prior art]
In fields such as medical equipment, industrial robots, and micromachines, there is an increasing need for small, lightweight, and flexible actuators.
[0003]
As the actuator is miniaturized in this way, friction and viscous force become more dominant than inertial force. Therefore, a mechanism that uses inertial force, such as a motor or engine, to convert energy into motion is used as power for the microminiature actuator. It was difficult. For this reason, electrostatic attractive force type, piezoelectric type, ultrasonic type, shape memory alloy type, polymer expansion / contraction type, etc. have been proposed as the operating principle of the micro actuator.
[0004]
An electrostatic attraction type actuator operates by attracting an electrode plate, rod, or the like to a counter electrode. For example, the electrode is bent by applying a voltage of about 100 V to a counter electrode separated by several tens of μm. It has been known. Piezoelectric actuators operate by applying a voltage of several volts to a ceramic piezoelectric element such as barium titanate and expanding and contracting the element, and those capable of controlling displacement in nm units are known. The ultrasonic actuator is operated by combining ultrasonic vibration generated by a piezoelectric element or the like and a frictional force or causing a shift. The shape memory alloy actuator is operated by a change in temperature by utilizing the fact that the shape of the shape memory alloy changes greatly depending on the temperature. A polymer telescopic actuator operates by utilizing the fact that a polymer expands and contracts due to a change in temperature or pH or a change in the concentration of a surrounding chemical substance.
[0005]
However, each of these ultra-small actuators has problems such as limited operating environment, insufficient response, complicated structure, and lack of flexibility. . For example, in order to operate a polymer telescopic actuator, it is necessary to replace the solution in contact with the polymer with a solution containing other salts, which makes it difficult to use for applications that require a small and fast response. Met.
[0006]
On the other hand, as an actuator element that is easy to miniaturize, has a quick response, and operates with low power, it consists of an ion exchange membrane and an electrode joined on the surface of the ion exchange membrane. Has proposed an actuator element that causes an ion exchange membrane to bend and deform by applying a potential difference to the ion exchange membrane (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-275078).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
This actuator element is composed of an ion exchange resin film and a metal electrode joined to the surface of the ion exchange resin film in an insulated state. In the water-containing state of the ion exchange resin film, a potential difference is applied between the metal electrodes to form an ion exchange resin molded product. It is characterized by causing bending and deformation.
[0008]
In such an actuator element, an electrode is formed on the surface of an ion exchange resin molded product by a method such as chemical plating, electroplating, vacuum deposition, sputtering, coating, pressure bonding, or welding.
[0009]
For example, in chemical plating, after the surface of the ion exchange membrane is etched, a plating catalyst is carried and immersed in a plating bath to perform plating on the surface of the ion exchange membrane to form an electrode.
[0010]
However, the actuator element in which the electrode is formed by the above method cannot be said to have a sufficient amount of displacement. For this reason, it has been desired to generate an actuator element that can generate a larger displacement amount and that has a quick response.
[0011]
The present invention is intended to solve the problems associated with the prior art as described above, and has a large displacement and displacement force, a simple structure, easy miniaturization, quick response, and flexibility. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing such an actuator element.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention was invented in order to achieve the problems and objects in the prior art as described above,
An ion exchange resin molded article and a metal electrode formed in an insulated state on the surface of the ion exchange resin molded article. In a water-containing state of the ion exchange resin molded article, an ion is applied by applying a potential difference between the metal electrodes. When manufacturing an actuator element that causes bending and deformation of an exchange resin molded product,
(i) After adsorbing the metal complex in an aqueous solution on the ion exchange resin molded article,
(ii) The metal complex adsorbed on the ion exchange resin molded product is reduced, and a metal is deposited on the surface of the ion exchange resin molded product to form a metal electrode. By forming the metal electrode with such a configuration, it is possible to obtain an actuator element that has a simple structure, can be easily downsized, has a quick response, and can generate a large amount of displacement.
[0013]
Further, as the metal complex, a gold or platinum complex is preferably used, and when a gold or platinum complex is used as the metal complex, an actuator element having a large displacement can be manufactured.
[0014]
Furthermore, in the present invention, it is preferable that after forming the metal electrode, the counter ion of the ion exchange resin molded product is exchanged with one or more cations selected from Li + , Na + and Cu 2+. If the cation is exchanged, the displacement amount of the obtained actuator element can be further increased.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 are schematic cross-sectional views showing an optimum embodiment of an actuator element obtained by the manufacturing method according to the present invention. In this embodiment, the actuator element 1 includes an ion exchange resin molded product 2 having an elongated rectangular flat plate shape, and electrodes 3a and 3b formed in an insulated state on the surface of the ion exchange resin molded product 2, and ion exchange is performed. In the water-containing state of the resin molded product 2, the ion exchange resin molded product is bent and deformed by applying a potential difference between the electrodes.
[0016]
One end of a pair of lead wires 4a and 4b is electrically connected to the electrodes 3a and 3b, respectively, and each lead wire 4a and 4b is connected to a power source 5.
[0017]
The ion exchange resin molded product 2 is not limited to the rectangular flat plate shape, but may be a film shape, a columnar shape, a cylindrical shape, or the like.
Examples of the ion exchange resin constituting the ion exchange resin molded product 2 include anion exchange resins, cation exchange resins, and both ion exchange resins. Among these, the cation exchange resin is preferably used because the displacement amount of the actuator element can be increased.
[0018]
Examples of such cation exchange resins include those in which functional groups such as sulfonic acid groups and carboxyl groups are introduced into polyethylene, polystyrene, fluororesins, and the like. A cation exchange resin having a functional group introduced therein is preferred.
[0019]
Further, such a cation exchange resin has an ion exchange capacity of 0.8 to 2.2 meq / g, preferably 1.4 to 1.8 meq / g. When a cation exchange resin having such an ion exchange capacity is used, the displacement amount of the actuator element can be further increased.
[0020]
In the present invention, after the metal complex is adsorbed on the ion exchange resin molded article in an aqueous solution, the metal complex adsorbed on the ion exchange resin molded article is reduced with a reducing agent, and the metal is adsorbed on the surface of the ion exchange resin molded article. To form a metal electrode.
[0021]
As such a metal complex, a gold complex, a platinum complex, a palladium complex, a rhodium complex, a ruthenium complex, or the like is used. Among these, a gold complex and a platinum complex are particularly preferable because the displacement of the actuator element can be increased.
[0022]
Adsorption of these metal complexes onto an ion exchange resin molded product is performed by immersing the ion exchange resin molded product in an aqueous solution containing the metal complex.
Further, such reduction of the metal complex is performed by immersing the ion exchange resin molded article on which the metal complex is adsorbed in an aqueous solution containing a reducing agent.
[0023]
Examples of the reducing agent include sodium sulfite, hydroxylamine hydrochloride, hydrazine, and potassium borohydride, although depending on the type of metal complex used. Moreover, when reducing a metal complex, you may add an acid or an alkali as needed.
[0024]
When the metal complex adsorbed on the ion exchange resin molded product is reduced in this way, metal is deposited on the surface of the ion exchange resin molded product, and a metal electrode is formed.
In this invention, when forming a metal electrode, you may roughen the surface of the ion exchange resin molding used. Examples of the roughening treatment on the film surface include sand blast treatment and sand paper treatment. The degree of surface roughening may be such that the surface layer is scraped.
[0025]
By performing such roughening treatment, the contact area between the surface of the ion-exchange resin molded product and the electrode formed later can be increased, and the displacement of the actuator element can be increased.
[0026]
In the present invention, the following treatment may be applied to the ion exchange resin molded product to be used.
(1) Boil the ion exchange resin molded product in hot water.
[0027]
(2) Hydrochloric acid treatment The ion-exchange resin molded product is held in about 25 volume% dilute hydrochloric acid.
(3) NaOH treatment The ion exchange resin molded product is held in an aqueous sodium hydroxide solution of about 0.1 N.
[0028]
(4) The alcohol-treated ion exchange resin molded product is immersed in an alcohol such as methanol or ethanol.
[0029]
(5) Autoclave treatment The ion exchange resin molded product is treated at 110 to 150 ° C in an autoclave.
[0030]
Reduction of the metal complex adsorbed on the ion-exchange resin molded product causes the deposition of metal from the surface of the ion-exchange resin molded product where the metal complex and the reducing agent come into contact, and then the metal complex inside the membrane is near the membrane surface (deposition). It is thought that the metal is precipitated by moving to the metal). In addition, since the metal deposits are deposited not only on the surface of the ion exchange resin molded product but also inside the surface, the contact area between the ion exchange resin molded product and the metal electrode is larger than that of the conventional chemical plating method. It is thought that it is growing. For this reason, the actuator element obtained by the present invention has a larger displacement amount of the element than the conventional actuator element.
[0031]
The ion exchange resin molded article after electrode formation is usually washed with pure water to remove the metal complex and the reducing agent that have not been precipitated. Insulation between the electrodes can be performed by cutting an end portion of the ion exchange resin molded article on which the metal electrode is formed. In addition, it is possible to insulate between the electrodes by irradiating the ion-exchange resin molded product on which the metal electrodes are formed with laser light or an electron beam to cut off part of the metal electrodes and providing an insulating band between the electrodes. .
[0032]
Further, the ion exchange resin molded product after electrode formation may be subjected to the treatments (1) to (5).
Furthermore, an additional electrode layer may be provided on the formed electrode. The additional electrode layer can be formed by a method such as chemical plating, electroplating, vacuum deposition, sputtering, coating, pressure bonding, or welding. Such an additional electrode layer may be the same as or different from the metal layer formed on the surface of the ion exchange resin molded product.
[0033]
Furthermore, in the ion-exchange resin molded article on which the electrode is formed, the counter ion may be exchanged with Li + , Na + , Cu 2+ , H + , Ca 2+ , Fe 3+ , Mg 2+, or the like. . Among these ions, it is particularly preferable that they are exchanged for Li + , Na + or Cu 2+ . Such exchange of the counter ions can be performed by immersing the ion exchange resin molded article on which the electrode is formed in an aqueous solution such as LiOH or NaOH.
[0034]
When the actuator element thus obtained is operated, the ion exchange membrane needs to be in a water-containing state. Here, the water-containing state means that the actuator operates even in water or in high humidity air.
[0035]
The operating principle of such an actuator element is that when a potential difference is applied between the surfaces of the ion exchange resin molded product in an insulated state, + ions 4 in the ion exchange resin molded product move to the cathode side as shown in FIG. It is presumed that a difference in water content can be made between the anode side and the cathode side because water molecules move in the film accompanying the ions. Therefore, it is considered that the ion exchange resin molded product is curved by swelling when the water content increases and contracting when the water content decreases.
[0036]
The actuator element thus obtained can obtain a displacement of about 0.5 to 3 times the element length within a few seconds when a direct voltage of 0.1 to 3 V is applied between the electrodes. Such an actuator element can act flexibly in water.
[0037]
An application example using such an actuator element is a derivative shown in FIG.
In this application example, the guide wire 11 as a derivative is composed of an elongated linear member 12 made of, for example, a synthetic resin or stainless steel tube, and an actuator element 13 joined to the tip of the linear member 12. .
[0038]
The actuator 13 has a pair of electrodes formed by the method according to the present invention on both surfaces of a slightly elongated rectangular flat plate-shaped ion exchange resin molded product 14, and by applying a voltage to the electrodes 15a and 15b, The actuator element 13 is curved in two directions.
[0039]
One end of each of the pair of lead wires 16a and 16b is electrically joined to each of the electrodes 15a and 15b, and each of the lead wires 16a and 16b is located inside the linear member 12. The wire member 12 extends over the entire length, and the other ends of the lead wires 16 a and 16 b are connected to the operation control unit 17.
[0040]
The operation control unit 17 is provided with an operation lever 18 that can be switched. When the operation lever 18 is operated, a power is supplied via a double pole double throw switch 19 built in the operation control unit 17. The electrodes of the current flowing from 20 to the pair of lead wires 16a and 16b are switched.
[0041]
That is, in FIG. 4, when the two-pole double-throw switch 19 is in the position indicated by the solid line, one lead wire 16a is connected to the + electrode, and the other lead wire 16b is connected to the-electrode. When the switch 19 is switched from the neutral position as indicated by a two-dot chain line in accordance with the operation of the operation lever 18 of the operation control unit 17, this time, on the contrary, one lead wire 16a becomes the negative electrode and the other lead The line 16b is connected to the + electrode.
[0042]
Thus, the actuator element 1 can be arbitrarily and positively deformed by operating the anode and the cathode.
In addition, according to the manufacturing method of the present invention, a cylindrical actuator element 40 as shown in FIG. 5 can be produced.
[0043]
In such a cylindrical actuator element 40, first, the metal complex is adsorbed to the cylindrical ion exchange resin molded product 41 by the method as described above, and the metal complex is reduced by a reducing agent. A metal is deposited on the surface of the molded product 41 to form a metal layer.
[0044]
Next, the surface of the cylindrical ion exchange resin molded product 41 having the metal layer formed on the outer surface thereof is irradiated with laser light from a laser processing apparatus, so that the metal layer in the irradiated portion is removed and the groove-shaped An insulating band 42 and a plurality of mutually electrically insulated metal electrodes 43a, 43b, 43c, 43d are formed.
[0045]
In the actuator element shown in FIG. 5, one end of each of the lead wires 44a, 44b, 44c, and 44d is electrically connected to each of the metal electrodes 43a, 43b, 43c, and 43d, and the ion exchange resin molded product 41 is sandwiched therebetween. By applying a voltage to the opposing electrodes 43a and 43c, 43b and 43d, it is possible to bend in four directions and to rotate by combining the directions of the bends. Such a metal electrode may be provided on the inner peripheral surface of the ion exchange resin molded product.
[0046]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain an actuator element that has a simple structure, can be easily downsized, has a quick response, has a large amount of displacement, and can be operated with low power.
[0047]
Therefore, when the actuator element according to the present invention is joined to the distal end portion of the guide member body of the microdevice, the distal end portion of the guide member body can be arbitrarily and actively curved (deformed) by the operation of the operation control unit. It is possible to improve the guidance performance of microsurgery medical instruments such as scissors, forceps, snare, laser knife, spatula, etc., various sensors, tools, etc. connected to the target site in any direction. The operation can be performed quickly and easily without requiring skill.
[0048]
Therefore, tweezers, scissors, forceps, snare, laser knife, spatula, clip, etc. in microsurgery technology such as eyeball surgery, laparoscopic surgery, microvascular suture surgery, etc. If applied to this medical device, the pain given to the patient at the time of examination and treatment can be alleviated as much as possible, and the physical and mental burden on the patient can be reduced.
[0049]
In addition, such microdevices and micromachines equipped with such microdevices can be used for various sensors, repair tools, etc. for inspecting and repairing the piping system of engine systems such as power generation facilities, aircraft engines, etc. If it is applied, the repair work can be performed reliably without requiring time and effort.
[0050]
In addition to the above, the actuator element according to the present invention includes a health device such as a micro pump using high-frequency vibration, an auxiliary power massager for rehabilitation, a hygrometer, a hygrometer control device, a soft manipulator, a submersible valve, and a soft transport device. It can also be suitably used for industrial equipment such as underwater mobiles such as goldfish and seaweed, hobby supplies such as moving fishing bait and propeller fins.
[0051]
According to the present invention, an actuator element can be obtained.
[0052]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples at all.
[0053]
[Example 1]
Thickness 0.2mm fluororesin-based ion exchange resin molding (manufactured by Du Pont; Naf i on 117, ion exchange capacity 0.9 meq / g), and was sandblasted with alumina particles of No. # 800, the surface of the molded article Roughening was performed. The surface-roughened ion exchange resin molded product is subjected to ultrasonic cleaning to remove sandblast particles and other dirt, then boiled in 25% by volume hydrochloric acid aqueous solution for 30 minutes, and further boiled in pure water for 30 minutes. The hydrochloric acid was removed.
[0054]
The ion-exchange resin molded product after the boiling treatment was immersed in an aqueous platinum / amine complex solution for 6 hours to adsorb the platinum / amine complex in the molded product. Then, it was immersed in 40-65 degreeC sodium borohydride aqueous solution for 5 hours, platinum / amine complex was reduced, and platinum was deposited on the surface of the ion exchange resin molded article.
[0055]
The ion-exchange resin molded article with platinum deposited on the surface is further immersed in an aqueous platinum / amine complex solution, and an aqueous hydroxylamine hydrochloride solution and an aqueous hydrazine solution are added to reduce the platinum / amine complex at 40 to 60 ° C. for 5 hours. Then, platinum was grown on the surface of the ion exchange resin molded product to form an electrode.
[0056]
After forming the electrode, the ion-exchange resin molded article was boiled in a 25 volume% hydrochloric acid aqueous solution for 30 minutes, and further boiled in pure water for 30 minutes to remove hydrochloric acid.
Furthermore the ion exchange resin molded article was immersed for 6 hours in 1M LiOH aqueous solution, after exchanging the counterion Li +, cut into strips of 1mm wide, was produced actuator element.
[0057]
The bending displacement amount of the tip portion when a voltage of 2 V was applied to the obtained actuator element was measured using a laser displacement meter. The bending displacement was evaluated by the displacement with respect to the element length of 10 mm.
[0058]
The results are shown in Table 1.
[0059]
[Example 2]
In Example 1, an actuator element was produced in the same manner as in Example 1 except that a 1M NaOH aqueous solution was used in place of the 1M LiOH aqueous solution and the counter ion was exchanged with Na + , and the bending displacement amount was evaluated.
[0060]
The results are shown in Table 1.
[0061]
[Example 3]
In Example 1, an ion exchange resin molded article having an ion exchange capacity of 1.4 meq / g was used, and the counter ion was replaced with Na + by using a 1M NaOH aqueous solution instead of the 1M LiOH aqueous solution. Actuator elements were produced in the same manner as in Example 1, and the bending displacement amount was evaluated.
[0062]
The results are shown in Table 1.
[0063]
[Example 4]
In Example 1, an actuator element was prepared and the bending displacement amount was evaluated in the same manner as in Example 1 except that a 1M CuSO 4 aqueous solution was used instead of the 1M LiOH aqueous solution and the counter ion was replaced with Cu 2+ . .
[0064]
The results are shown in Table 1.
[0065]
[Example 5]
In Example 1, the ion-exchange resin molded product after the roughening was boiled for 30 minutes in a 25% by volume aqueous hydrochloric acid solution, and further boiled for 30 minutes in pure water to remove hydrochloric acid.
[0066]
The ion exchange resin molded article was immersed in an aqueous solution of gold complex (dichlorophenanthroline gold chloride) to adsorb the gold complex in the molded article. The ion exchange resin molded article adsorbing the gold complex was immersed in an aqueous sodium sulfite solution, the gold complex was reduced at 40 to 80 ° C. for 5 hours, and gold was deposited on the surface of the ion exchange resin molded article to form an electrode.
[0067]
The ion exchange resin molded article on which the electrode was formed was immersed in 1N sulfuric acid for 30 minutes, and further immersed in pure water to remove sulfuric acid.
Further, the ion exchange resin molded product was immersed in a 1M LiOH aqueous solution for 6 hours to exchange counter ions with Li + , and then a 1 mm wide strip was cut out and connected to an electrode to produce an actuator element.
[0068]
About the obtained actuator element, the bending displacement amount was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
[0069]
[Comparative Example 1]
The surface of the ion exchange resin molded product used in Example 1 was chemically plated to form a platinum electrode.
[0070]
The ion-exchange resin molded article on which the electrode was formed was immersed in a 1M LiOH aqueous solution for 6 hours in the same manner as in Example 1 and after exchanging the counter ion with Li + , a 1 mm wide strip was cut out and connected to the electrode. Thus, an actuator element was produced.
[0071]
About the obtained actuator element, the bending displacement amount was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
[0072]
[Comparative Example 2]
A platinum electrode was formed on the surface of the ion-exchange resin molded product used in Example 1 by vacuum deposition of platinum.
[0073]
The ion-exchange resin molded article on which the electrode was formed was immersed in a 1M LiOH aqueous solution for 6 hours in the same manner as in Example 1 and after exchanging the counter ion with Li + , a 1 mm wide strip was cut out and connected to the electrode. Thus, an actuator element was produced.
[0074]
About the obtained actuator element, the bending displacement amount was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
[0075]
[Comparative Example 3]
A platinum electrode was formed on the surface of the ion-exchange resin molded product used in Example 1 by sputtering.
[0076]
The ion-exchange resin molded article on which the electrode was formed was immersed in a 1M LiOH aqueous solution for 6 hours in the same manner as in Example 1 and after exchanging the counter ion with Li + , a 1 mm wide strip was cut out and connected to the electrode. Thus, an actuator element was produced.
[0077]
About the obtained actuator element, the bending displacement amount was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
[0078]
[Comparative Example 4]
The surface of the ion exchange resin molded product used in Example 1 was coated with a conductive ink containing platinum fine particles to form a platinum electrode.
[0079]
The ion-exchange resin molded article on which the electrode was formed was immersed in a 1M LiOH aqueous solution for 6 hours in the same manner as in Example 1 and after exchanging the counter ion with Li + , a 1 mm wide strip was cut out and connected to the electrode. Thus, an actuator element was produced.
[0080]
About the obtained actuator element, the bending displacement amount was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
[0081]
[Example 6]
In Example 1, an actuator element was produced in the same manner as in Example 1 except that a 1M HCl aqueous solution was used instead of the 1M LiOH aqueous solution and the counter ion was exchanged with H + , and the bending displacement amount was evaluated.
[0082]
The results are shown in Table 1.
[0083]
[Example 7]
In Example 1, instead of 1M LiOH aqueous solution with a 1M CaCl 2 solution, the counterion in the same manner as in Example 1 except for replacing the Ca 2+, to prepare the actuator element, evaluate the bending displacement did.
[0084]
The results are shown in Table 1.
[0085]
[Example 8]
In Example 1, an actuator element was prepared and the bending displacement was evaluated in the same manner as in Example 1 except that a 1M FeCl 3 aqueous solution was used instead of the 1M LiOH aqueous solution and the counter ion was replaced with Fe 3+. did.
[0086]
The results are shown in Table 1.
[0087]
[Example 9]
In Example 1, an actuator element was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 1M MgCl 2 aqueous solution was used instead of the 1M LiOH aqueous solution and the counter ion was changed to Mg 2+ , and the bending displacement was evaluated. did.
[0088]
The results are shown in Table 1.
[0089]
[Example 10]
In Example 1, instead of immersing the ion exchange resin molded product in the platinum / amine complex aqueous solution, the ion exchange resin molded product was immersed in the rhodium complex aqueous solution to form a rhodium electrode. Thus, an actuator element was produced and the amount of bending displacement was evaluated.
[0090]
The results are shown in Table 1.
[0091]
[Table 1]
Figure 0004154474

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an actuator element obtained by a manufacturing method according to the present invention in a state in which no voltage is applied.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a voltage application state of an actuator element obtained by a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an application example of an actuator element obtained by the manufacturing method according to the present invention.
4 is an enlarged schematic view showing a main part of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a schematic view showing an example of still another actuator element obtained by the manufacturing method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator element 2 Ion exchange resin molded product 3, 3a, 3b Electrode 4 4a, 4b Lead wire 5 Power supply

Claims (1)

イオン交換樹脂成形品と、該イオン交換樹脂成形品の表面に相互に絶縁状態で形成された金属電極とからなり、該イオン交換樹脂成形品の含水状態において、前記金属電極間に電位差をかけて、イオン交換樹脂成形品に湾曲および変形を生じさせるアクチュエータ素子を製造するに際して、
(i) フッ素樹脂にスルホン酸基が導入された陽イオン交換樹脂から構成されるイオン交換樹脂成形品に、金錯体または白金錯体を水溶液中で吸着させたのち、
(ii) イオン交換樹脂成形品に吸着した金錯体または白金錯体を、還元剤により還元して、前記イオン交換樹脂成形品表面に金または白金を析出させて、金属電極を形成し
(iii) 金属電極を形成した後、イオン交換樹脂成形品の対イオンを、L i + , a + およびC u 2+ から選ばれる1種以上の陽イオンに交換することを特徴とするアクチュエータ素子の製造方法。
An ion exchange resin molded article and a metal electrode formed in an insulated state on the surface of the ion exchange resin molded article. In the water-containing state of the ion exchange resin molded article, a potential difference is applied between the metal electrodes. In manufacturing an actuator element that causes bending and deformation in an ion exchange resin molded product,
(i) After adsorbing a gold complex or a platinum complex in an aqueous solution to an ion exchange resin molded article composed of a cation exchange resin having a sulfonic acid group introduced into a fluororesin ,
(ii) reducing the gold complex or platinum complex adsorbed on the ion exchange resin molded article with a reducing agent, and depositing gold or platinum on the surface of the ion exchange resin molded article to form a metal electrode ;
(iii) After the formation of the metal electrodes, the actuator, characterized in that the exchange of counter ions of the ion exchange resin moldings, L i +, to one or more cations selected from N a + and C u 2+ Device manufacturing method.
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