JP4897345B2 - Method for driving polymer actuator element, actuator and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、高分子アクチュエータ素子の駆動方法、ならびにアクチュエータおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a driving method of a polymer actuator element, an actuator, and a manufacturing method thereof.
ポリピロール等に代表される導電性高分子は、導電性を有するだけではなくイオンをドーパントとして取り込むことができ、電圧を印加することによりドーピングと脱ドーピングとを繰り返し行うことができる。そのため、導電性高分子は電気化学的な酸化還元により伸縮もしくは変形する現象である電解伸縮を発現することが可能である。この導電性高分子の電解伸縮は、高分子アクチュエータ素子の駆動として使用することが可能である。 A conductive polymer typified by polypyrrole or the like not only has conductivity but also can incorporate ions as a dopant, and can be repeatedly doped and dedoped by applying a voltage. Therefore, the conductive polymer can exhibit electrolytic expansion and contraction, which is a phenomenon that expands or contracts due to electrochemical oxidation and reduction. This electrolytic expansion and contraction of the conductive polymer can be used as a drive for the polymer actuator element.
導電性高分子を用いたアクチュエータは、軽量であることから組み込まれる装置全体の重量を軽減することが可能であり、マイクロマシン等の小型の駆動装置のみならず、大型の駆動装置として用いられることが期待されている。なかでも特に、人工筋肉、ロボットアーム、義手やアクチュエータ等の用途として応用が期待されている。たとえばポリピロールを用いたリニアアクチュエータは、電解伸縮によって、1酸化還元サイクル当たり最大で15.1%の伸縮率を示し、最大で22MPaの力を発生することができる(たとえば、非特許文献1参照)。 An actuator using a conductive polymer can reduce the weight of the entire device incorporated because it is lightweight, and can be used not only as a small drive device such as a micromachine but also as a large drive device. Expected. In particular, application is expected for uses such as artificial muscles, robot arms, artificial hands and actuators. For example, a linear actuator using polypyrrole exhibits an expansion / contraction ratio of 15.1% at maximum per one oxidation-reduction cycle by electrolytic expansion / contraction, and can generate a force of 22 MPa at maximum (for example, see Non-Patent Document 1). .
しかしながら、導電性高分子を用いた高分子アクチュエータ素子は、ドーパントとして一般的なアニオンであるトリフルオロメタンスルホン酸イオンを用いた場合には伸縮等の駆動速度が遅く、たとえば厚さ20μm程度の導電性高分子膜では膜面と平行な方向に特定時間当りに小さな伸縮率でしか伸縮することができなかった。このため、これまでの導電性高分子を用いた高分子アクチュエータ素子は、駆動速度が遅くても差しつかえない用途に好適に用いることができるものであった。一方、上述の導電性高分子を用いた高分子アクチュエータ素子の駆動に際しては、一定時間内に所定の長さの駆動を実現するために高分子アクチュエータ素子自体のサイズを大きくするなどの工夫が必要であった。 However, a polymer actuator element using a conductive polymer has a slow driving speed such as expansion and contraction when a trifluoromethanesulfonate ion, which is a general anion, is used as a dopant. The polymer film could expand and contract only in a direction parallel to the film surface with a small expansion rate per specific time. For this reason, the polymer actuator element using the conductive polymer until now could be used suitably for the use which may be sufficient even if drive speed is slow. On the other hand, when driving a polymer actuator element using the above-described conductive polymer, it is necessary to devise measures such as increasing the size of the polymer actuator element itself in order to achieve a predetermined length of driving within a certain period of time. Met.
そこで、本発明の目的は、伸縮率と応答速度に優れた高分子アクチュエータ素子の駆動方法を提供することである。また、本発明の目的は、伸縮率と応答速度に優れたアクチュエータおよびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for driving a polymer actuator element that is excellent in expansion / contraction rate and response speed. Moreover, the objective of this invention is providing the actuator excellent in the expansion-contraction rate and the response speed, and its manufacturing method.
本発明者らは、上記の目的を達成するため、高分子アクチュエータ素子の駆動方法について鋭意検討した結果、下記の手法を用いることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above object, the present inventors have intensively studied the driving method of the polymer actuator element. As a result, they have found that the above problem can be solved by using the following method, and have completed the present invention. .
すなわち、本願第一発明である高分子アクチュエータ素子の駆動方法は、
駆動電解液中で電圧を印加することにより駆動する導電性高分子を含む高分子アクチュエータ素子の駆動方法であって、
前記駆動電解液が、有機溶媒および酸の混合溶液、または有機溶媒、水、および酸の混合溶液であることを特徴とする。
That is, the driving method of the polymer actuator element which is the first invention of the present application is:
A driving method of a polymer actuator element including a conductive polymer that is driven by applying a voltage in a driving electrolyte,
The driving electrolyte is a mixed solution of an organic solvent and an acid, or a mixed solution of an organic solvent, water, and an acid.
また、本願第二発明である高分子アクチュエータ素子の駆動方法は、
駆動電解液中で電圧を印加することにより駆動する導電性高分子を含む高分子アクチュエータ素子の駆動方法であって、
前記導電性高分子が酸に接触処理したものであり、かつ、前記駆動電解液が、有機溶媒、または有機溶媒および水の混合溶液であることを特徴とする。
The driving method of the polymer actuator element according to the second invention of the present application is as follows.
A driving method of a polymer actuator element including a conductive polymer that is driven by applying a voltage in a driving electrolyte,
The conductive polymer is obtained by contact treatment with an acid, and the driving electrolyte is an organic solvent or a mixed solution of an organic solvent and water.
本発明によると、実施例の結果に示すように、上記駆動電解液が酸を含む混合溶液、または上記導電性高分子が酸に接触処理したものとすることにより、伸縮率と応答速度に優れた高分子アクチュエータ素子の駆動が可能となる。かかる特性を発現する理由の詳細は明らかではないが、上記駆動電解液中でのドーピング反応や脱ドーピング反応を迅速に進行させることにより、本発明における優れた効果を奏すると推測される。また、本発明では、従来と同一の駆動性能を発揮させる場合においても、従来よりも駆動電圧をより低く設定して駆動させることができる。 According to the present invention, as shown in the results of the examples, the driving electrolyte is excellent in stretch rate and response speed when the mixed solution containing acid or the conductive polymer is subjected to contact treatment with acid. The polymer actuator element can be driven. Although the details of the reason for exhibiting such characteristics are not clear, it is presumed that the excellent effect of the present invention can be obtained by rapidly proceeding the doping reaction and the dedoping reaction in the driving electrolyte. Further, in the present invention, even when the same driving performance as that of the prior art is exhibited, the driving voltage can be set lower than that of the prior art.
なお、従来の駆動電解液においては、駆動時に電気化学的に活性な物質を駆動電解液中に加えることは行われていなかった。これは、このような電気化学的に活性な物質を系中に存在させてしまうと、通常その電気化学的に活性な物質自身が電圧の印加により酸化還元反応の反応体となってしまい、その結果アクチュエータとしての機能に用いられる電圧および駆動性能などが著しく低下してしまうなどのためである。しかしながら、本発明のアクチュエータでは上述のような酸を含む駆動電解液を用いることにより、伸縮率と応答速度に優れた高分子アクチュエータ素子の駆動が可能となることを見出したものである。 In the conventional driving electrolyte, an electrochemically active substance is not added to the driving electrolyte during driving. This is because when such an electrochemically active substance is present in the system, the electrochemically active substance itself usually becomes a reactant of the oxidation-reduction reaction by the application of voltage. As a result, the voltage used for the function as the actuator, the driving performance, etc. are significantly reduced. However, it has been found that the actuator of the present invention can drive a polymer actuator element having an excellent expansion / contraction rate and response speed by using a driving electrolyte containing an acid as described above.
また、本発明においては、上記有機溶媒が、エステル結合、カーボネート結合、およびニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合または官能基を含む極性有機化合物であることが好ましい。 In the present invention, the organic solvent is preferably a polar organic compound containing at least one bond or functional group among an ester bond, a carbonate bond, and a nitrile group.
また、本発明においては、上記駆動電解液のpHが0〜4であることが好ましい。上記pHを上記範囲とすることにより、上記駆動電解液中でのドーピング反応や脱ドーピング反応をより確実に迅速に進行させ、その結果上述の優れた効果を奏すると推測される。 Moreover, in this invention, it is preferable that pH of the said drive electrolyte solution is 0-4. By setting the pH in the above range, it is presumed that the doping reaction and the dedoping reaction in the driving electrolyte solution proceed more reliably and rapidly, and as a result, the above-described excellent effects are exhibited.
さらに、上記導電性高分子が分子鎖にピロールおよび/またはピロール誘導体を含むことが好ましい。 Furthermore, the conductive polymer preferably contains pyrrole and / or a pyrrole derivative in the molecular chain.
また、上記導電性高分子が、下記式(1)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンがドープされた膜状導電性高分子であること、
(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)N− (1)
〔上記式(1)において、mおよびnは任意の整数。〕
または、下記式(2)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンがドープされた膜状導電性高分子であること、
(ClF(2l+1)SO2)(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)C− (2)
〔上記式(2)において、l、mおよびnは任意の整数。〕
が好ましい。
Further, the conductive polymer is a film-shaped conductive polymer doped with perfluoroalkylsulfonylimide ions represented by the following formula (1):
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) N - (1)
[In the above formula (1), m and n are arbitrary integers. ]
Or a film-like conductive polymer doped with perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (2):
(C l F (2l + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) C - (2)
[In the above formula (2), l, m and n are arbitrary integers. ]
Is preferred.
一方、本願第三発明であるアクチュエータは、導電性高分子と駆動電解液を含むアクチュエータであって、
上記駆動電解液が、有機溶媒および酸の混合溶液、または有機溶媒、水、および酸の混合溶液であることを特徴とする。
On the other hand, the actuator according to the third invention of the present application is an actuator including a conductive polymer and a driving electrolyte,
The driving electrolyte is a mixed solution of an organic solvent and an acid, or a mixed solution of an organic solvent, water, and an acid.
また、本願第四発明であるアクチュエータは、導電性高分子と駆動電解液を含むアクチュエータであって、
前記導電性高分子が酸に接触処理したものであり、かつ、前記駆動電解液が、有機溶媒、または有機溶媒および水の混合溶液であることを特徴とする。
The actuator according to the fourth invention of the present application is an actuator including a conductive polymer and a driving electrolyte,
The conductive polymer is obtained by contact treatment with an acid, and the driving electrolyte is an organic solvent or a mixed solution of an organic solvent and water.
他方、本願第五発明であるアクチュエータの製造方法は、
導電性高分子と駆動電解液を含み、前記駆動電解液が有機溶媒または有機溶媒と水の混合溶液であるアクチュエータの製造方法であって、
前記駆動電解液に酸を加える工程を含むことを特徴とする。
On the other hand, the manufacturing method of the actuator which is the fifth invention of the present application,
A method for producing an actuator comprising a conductive polymer and a driving electrolyte, wherein the driving electrolyte is an organic solvent or a mixed solution of an organic solvent and water,
The method includes a step of adding an acid to the driving electrolyte.
また、本願第六発明であるアクチュエータの製造方法は、
導電性高分子と駆動電解液を含み、前記駆動電解液が有機溶媒または有機溶媒と水の混合溶液であるアクチュエータの製造方法であって、
前記導電性高分子を酸に接触処理する工程を含むことを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the actuator which is the sixth invention of the present application,
A method for producing an actuator comprising a conductive polymer and a driving electrolyte, wherein the driving electrolyte is an organic solvent or a mixed solution of an organic solvent and water,
The method includes a step of contacting the conductive polymer with an acid.
本発明のアクチュエータの製造方法は上述のような工程を有するため、伸縮率と応答速度に優れたアクチュエータを簡便に製造することができる。 Since the method for manufacturing an actuator of the present invention includes the steps as described above, an actuator excellent in expansion / contraction rate and response speed can be easily manufactured.
上記アクチュエータは、上述の高分子アクチュエータ素子の駆動方法を用いるものであり、変位もしくは屈曲の変位を生じるアクチュエータとして、多種多様の実用的用途に容易に用いることができる。特に、上記アクチュエータは伸縮率と応答速度に優れた駆動を必要とする用途に好適である。また、従来と同一の駆動性能を発揮させる場合においても従来よりも駆動電圧をより低く設定できるため副反応を抑制しやすくなり、その結果耐久性の向上が期待される。さらには、上記アクチュエータは複雑な機械部品を必要としないため、用いられる装置の小型化および軽量化を容易にすることができる。さらには、上記アクチュエータを、屈曲運動を直線的な運動に変換する装置と組合せることにより、直線的が変位を生じるアクチュエータとすることもできる。直線的な変位もしくは屈曲の変位を生じるアクチュエータは、直線的な駆動力を発生する駆動部、または円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部として用いることができる。さらに、上記アクチュエータは、直線的な動作をする押圧部として用いることもできる。 The actuator uses the above-described driving method of the polymer actuator element, and can be easily used for various practical applications as an actuator that causes displacement or bending displacement. In particular, the actuator is suitable for applications that require driving with excellent expansion / contraction rate and response speed. Further, even when the same driving performance as the conventional one is exhibited, the driving voltage can be set lower than the conventional one, so that the side reaction can be easily suppressed, and as a result, the durability is expected to be improved. Furthermore, since the actuator does not require complicated mechanical parts, the apparatus used can be easily reduced in size and weight. Furthermore, by combining the actuator with a device that converts a bending motion into a linear motion, the actuator can be a linear actuator that produces a displacement. An actuator that generates a linear displacement or a bending displacement can be used as a driving unit that generates a linear driving force or a driving unit that generates a driving force for moving a track-type orbit made of an arc portion. . Furthermore, the actuator can be used as a pressing portion that performs a linear operation.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明のアクチュエータは、導電性高分子と駆動電解液を含むアクチュエータであって、
前記駆動電解液が、有機溶媒および酸の混合溶液、または有機溶媒、水、および酸の混合溶液であることを特徴とする。
The actuator of the present invention is an actuator containing a conductive polymer and a driving electrolyte,
The driving electrolyte is a mixed solution of an organic solvent and an acid, or a mixed solution of an organic solvent, water, and an acid.
また、本発明のアクチュエータは、導電性高分子と駆動電解液を含むアクチュエータであって、
前記導電性高分子が酸に接触処理したものであり、かつ、前記駆動電解液が、有機溶媒、または有機溶媒および水の混合溶液であることを特徴とする。
The actuator of the present invention is an actuator including a conductive polymer and a driving electrolyte,
The conductive polymer is obtained by contact treatment with an acid, and the driving electrolyte is an organic solvent or a mixed solution of an organic solvent and water.
(駆動電解液)
本発明に用いられる駆動電解液は、上記高分子アクチュエータ素子が電圧印可により駆動するための電解質を含み、上記電解質を溶解するための溶媒として用いられる。本発明においては、上記電解質を溶解する溶媒として有機溶媒および酸の混合溶液、または有機溶媒、水、および酸の混合溶液を用いることができる。また、上記導電性高分子が酸に接触処理したものを用いる場合では、上記電解質を溶解する溶媒として、有機溶媒、または有機溶媒および水の混合溶液を用いることができる。駆動電解液としてこれらの混合溶液を含むことにより、上記高分子アクチュエータ素子は、一定の電圧を与えた状態における時間に対する伸縮量(駆動速度)を測定した場合に、上記駆動電解液中で大きな駆動速度を示すことができる。
(Drive electrolyte)
The driving electrolyte used in the present invention includes an electrolyte for driving the polymer actuator element by applying a voltage, and is used as a solvent for dissolving the electrolyte. In the present invention, a mixed solution of an organic solvent and an acid, or a mixed solution of an organic solvent, water, and an acid can be used as a solvent for dissolving the electrolyte. Moreover, when using what the said conductive polymer contact-treated with the acid, an organic solvent or the mixed solution of an organic solvent and water can be used as a solvent which melt | dissolves the said electrolyte. By including these mixed solutions as the driving electrolyte, the polymer actuator element can drive a large amount in the driving electrolyte when the amount of expansion / contraction (driving speed) with respect to time in a state where a constant voltage is applied is measured. Speed can be shown.
また、本発明においては、上記有機溶媒が、エステル結合、カーボネート結合、およびニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合または官能基を含む極性有機化合物であることが好ましい。 In the present invention, the organic solvent is preferably a polar organic compound containing at least one bond or functional group among an ester bond, a carbonate bond, and a nitrile group.
上記有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、電気化学の反応場として用いることができる溶媒であることが好ましい。上記極性有機化合物としては、たとえば、γ−ブチロラクトン、α―メチル−γ−ブチロラクトン(以上、エステル結合を含む有機化合物)、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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(以上、カーボネート結合を含む有機化合物)、およびアセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル(以上、ニトリル基を含む有機化合物)をあげることができる。上記極性有機化合物は速い伸縮速度と大きな最大伸縮率を得ることができるために好ましく、なかでもプロピレンカーボネートが特に好ましい。 The organic solvent is not particularly limited, but is preferably a solvent that can be used as an electrochemical reaction field. Examples of the polar organic compound include γ-butyrolactone, α-methyl-γ-butyrolactone (an organic compound containing an ester bond), propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate (above, carbonate. Organic compounds containing a bond), and acetonitrile, propionitrile, succinonitrile (an organic compound containing a nitrile group). The polar organic compound is preferable because a high expansion rate and a large maximum expansion rate can be obtained, and propylene carbonate is particularly preferable.
また、上記混合溶媒に水を含む場合、水と有機溶媒との混合比は、特に限定されるものではない。上記駆動電解液の溶媒として水を含む混合溶媒を用いた場合には、有機溶媒のみを用いた場合に比べて通常2倍以上の駆動速度の向上をすることができる。また、上記有機溶媒は単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。 Moreover, when water is contained in the mixed solvent, the mixing ratio of water and the organic solvent is not particularly limited. When a mixed solvent containing water is used as the solvent of the driving electrolyte, the driving speed can be improved twice or more as compared with the case where only the organic solvent is used. Moreover, the said organic solvent may be used independently, and may mix and use 2 or more types.
上記駆動電解液は、導電性高分子や有機溶媒の種類により、上記混合比を特定することが難しい。有機溶媒の導電性高分子を膨潤させる能力等により、駆動速度を向上させるための有機溶媒の最小値は、上記有機溶媒の種類に依存することになる。たとえば、プロピレンカーボネートについては、特級試薬では水の含有量が0.005%であることから、水と有機溶媒との混合比を0.1:99.9とすることもできる。上記混合溶媒における水と有機溶媒との好適な混合比の範囲は、容量比で、水含有比下限が0.5、1.0、5.0、10または20から選ばれる値から、水含有比下限上限が99.5、99.0、95.0、90.0、または80.0から選ばれる範囲を、有機溶媒の種に応じて、選ぶことができる。なお、上記混合比は、ガスクロマトグラフィー法を用いた測定方法、特に水分含有率が少ない場合にはカールフィッシャー法を用いた測定方法を用いることにより、駆動電解液を分析することにより求めることができる。 It is difficult to specify the mixing ratio of the driving electrolyte according to the type of conductive polymer or organic solvent. The minimum value of the organic solvent for improving the driving speed depends on the kind of the organic solvent due to the ability of the organic solvent to swell the conductive polymer. For example, for propylene carbonate, the water content of the special grade reagent is 0.005%, so the mixing ratio of water and organic solvent can be 0.1: 99.9. The range of the suitable mixing ratio of water and the organic solvent in the mixed solvent is a volume ratio, and the water-containing ratio lower limit is selected from the values selected from 0.5, 1.0, 5.0, 10 or 20. A range in which the upper limit of the ratio is selected from 99.5, 99.0, 95.0, 90.0, or 80.0 can be selected depending on the type of the organic solvent. The mixing ratio can be obtained by analyzing the driving electrolyte by using a measurement method using a gas chromatography method, particularly a measurement method using the Karl Fischer method when the water content is low. it can.
たとえば、上記有機溶媒がプロピレンカーボネートである場合には、水とプロピレンカーボネートとの混合比が容量比で25:75〜75:25であることが、導電性高分子への電圧印可による駆動速度がより速くなるため好ましい。上記混合溶媒は、上記有機溶媒が複数種用いられていてもよく、この場合には、上記混合比は、水の重量と全有機溶媒の合計重量との比で計算される。 For example, when the organic solvent is propylene carbonate, the mixing ratio of water and propylene carbonate is 25:75 to 75:25 by volume ratio, so that the driving speed by applying voltage to the conductive polymer is high. It is preferable because it becomes faster. A plurality of the organic solvents may be used as the mixed solvent, and in this case, the mixing ratio is calculated by a ratio between the weight of water and the total weight of all organic solvents.
上記水は、特に限定されるものではないが、蒸留水もしくはイオン交換水であることが、金属イオンや塩化物イオン等による電解伸縮への阻害因子が含まれ難いために好ましい。 The water is not particularly limited, but is preferably distilled water or ion-exchanged water because an inhibitor to electrolytic stretching due to metal ions, chloride ions, or the like is hardly included.
また、上記駆動電解液には酸を含む混合溶液が用いられる。本発明に用いられる酸としては、特に限定されるものではないが、一価の強酸であることが好ましい。 In addition, a mixed solution containing an acid is used as the driving electrolyte. The acid used in the present invention is not particularly limited, but is preferably a monovalent strong acid.
上記酸としては、たとえば、(CF3SO2)2NH、(C2F5SO2)2NH、(CF3SO2)(C2F5SO2)NHなどのパーフルオロアルキルスルホニルイミド、(CF3SO2)3CH、(C2F5SO2)3CH、(CF3SO2)(C2F5SO2)2CHなどのパーフルオロアルキルスルホニルメチド、硝酸などの無機酸などが好ましいものとしてあげられる。 Examples of the acid include perfluoroalkylsulfonylimide such as (CF 3 SO 2 ) 2 NH, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NH, (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ) NH, Perfluoroalkylsulfonylmethides such as (CF 3 SO 2 ) 3 CH, (C 2 F 5 SO 2 ) 3 CH, (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ) 2 CH, and inorganic acids such as nitric acid And the like are preferable.
上記酸は単独で用いてもよいし、また2種以上を混合して使用してもよいが、上記駆動電解液のpHが0〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。上記pHが4以上であると十分な添加効果が得られにくく、一方、上記pHが0以下では溶媒が分解してしまうおそれがある。なお、上記導電性高分子が酸に接触処理したものを用いる場合では、特に酸を駆動電解液に含まなくてもよい。 The acid may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used, but the pH of the driving electrolyte is preferably 0-4, more preferably 1-2. preferable. When the pH is 4 or more, it is difficult to obtain a sufficient addition effect. On the other hand, when the pH is 0 or less, the solvent may be decomposed. In addition, when using what the said conductive polymer contact-treated with the acid, it is not necessary to contain an acid in drive electrolyte solution especially.
さらに、上記駆動電解液には、アニオンが含まれる。上記アニオンは、ドーパントイオンとして、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、BF4 −、PF6 −やパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを用いることができる。これらのアニオンを用いた場合であっても、上記混合溶媒を用いることにより、導電性高分子を含む高分子アクチュエータ素子の駆動速度を向上することができる。 Furthermore, the driving electrolyte contains an anion. The anion can use trifluoromethanesulfonic acid ions, BF 4 − , PF 6 − or perfluoroalkylsulfonylimide ions as dopant ions. Even when these anions are used, the driving speed of the polymer actuator element including the conductive polymer can be improved by using the mixed solvent.
特に、上記駆動電解液において、より速い駆動速度を得るために、上記高分子アクチュエータ素子に含まれる導電性高分子のバルク中に下記式(1)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含み、かつ、上記駆動電解液中にも下記式(1)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含むことがより好ましい。
(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)N− (1)
〔上記式(1)において、mおよびnは任意の整数。〕
In particular, in order to obtain a higher driving speed in the driving electrolyte solution, a perfluoroalkylsulfonylimide ion represented by the following formula (1) is included in the bulk of the conductive polymer included in the polymer actuator element. In addition, it is more preferable that the driving electrolyte contains a perfluoroalkylsulfonylimide ion represented by the following formula (1).
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) N - (1)
[In the above formula (1), m and n are arbitrary integers. ]
さらに、上記駆動電解液において、より速い駆動速度を得るために、上記高分子アクチュエータ素子に含まれる導電性高分子のバルク中に下記式(2)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含み、かつ、上記駆動電解液中にも下記式(2)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含むことがより好ましい。
(ClF(2l+1)SO2)(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)C− (2)
〔上記式(2)において、l、mおよびnは任意の整数。〕
Furthermore, in order to obtain a higher driving speed in the driving electrolyte, a perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (2) is contained in the bulk of the conductive polymer contained in the polymer actuator element. It is more preferable that the driving electrolyte contains a perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (2).
(C l F (2l + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) C - (2)
[In the above formula (2), l, m and n are arbitrary integers. ]
これらのドーパントイオンを含むことにより、上記導電性高分子のバルク中に上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンが取り込まれ、または放出されて、導電性高分子が大きな伸縮運動をすることができるので、上記高分子アクチュエータ素子は、従来の導電性高分子の電解伸縮方法に比べて、速い駆動速度を示すことができる。 By containing these dopant ions, the perfluoroalkylsulfonylimide or perfluoroalkylsulfonylmethide ion is taken into or released from the bulk of the conductive polymer, and the conductive polymer has a large stretching motion. Therefore, the polymer actuator element can exhibit a higher driving speed than the conventional electroconductive polymer electrostretching method.
なお、本発明の高分子アクチュエータ素子においては、特定の形状を有し、かつ導電性高分子を含んでなる導電性高分子有形物に含まれるアニオンと同じアニオンが、上記作動電解液中に含まれることが好ましい。上記高分子アクチュエータ素子に用いられた導電性高分子のバルク中に含まれ、ドーパントとして機能し得るアニオンと同じアニオンが上記作動電解液中に含まれることにより、導電性高分子バルク中への出入りが容易となりやすく、所望の伸縮量の電解伸縮を容易に得ることができる。また、上記駆動電解液中に含まれるアニオンがパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンである場合には、上記駆動電解液中で電解伸縮をさせる導電性高分子有形物の製造用電解液中に含まれるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンとイオン半径が同程度であることが、電解伸縮を容易に行うことができるので好ましい。 In the polymer actuator element of the present invention, the working electrolyte contains the same anion as the anion contained in the conductive polymer tangible material having a specific shape and containing the conductive polymer. It is preferable that The conductive electrolyte used in the polymer actuator element contains the same anion as the anion that can function as a dopant in the working electrolyte solution. Therefore, it is possible to easily obtain a desired amount of electrolytic expansion / contraction. In addition, when the anion contained in the driving electrolyte is perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion, production of a conductive polymer tangible material that causes electrolytic stretching in the driving electrolyte It is preferable that the ionic radius is the same as that of perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion contained in the electrolyte for electrolysis because the electrolytic expansion and contraction can be easily performed.
(高分子アクチュエータ素子)
本発明の高分子アクチュエータ素子は、上記の導電性高分子を含むものであって、電圧を印加することにより駆動電解液中で、電解伸縮により駆動することができる導電性高分子を含むものであれば、特に限定されるものではない。
(Polymer actuator element)
The polymer actuator element of the present invention includes the above-described conductive polymer, and includes a conductive polymer that can be driven by electrolytic expansion and contraction in a driving electrolyte by applying a voltage. If there is, it will not be specifically limited.
上記導電性高分子は、バルクとしての形状が特に限定されるものではなく、膜状体、筒状体、円柱状体、角柱状や六角柱状等の多角柱状体、円錐状体、板状体、直方体状体などの、特定の形状であればよい。上記導電性高分子が、特定の形状の有形物として高分子アクチュエータ素子の一部もしくは全体を構成することにより、導電性高分子への電圧印可による電解伸縮により上記導電性高分子が容易に駆動することができる。 The conductive polymer is not particularly limited in shape as a bulk, but is a film-like body, a cylindrical body, a cylindrical body, a polygonal columnar body such as a prismatic or hexagonal column, a conical body, or a plate-shaped body. Any specific shape such as a rectangular parallelepiped may be used. When the conductive polymer constitutes a part or the whole of the polymer actuator element as a tangible object having a specific shape, the conductive polymer can be easily driven by electrolytic expansion and contraction by applying voltage to the conductive polymer. can do.
上記高分子アクチュエータ素子の形状としては、上記の形状以外にも使用状況に適した形状に適宜形成することができる。また、本願発明の高分子アクチュエータ素子の形状に保護部材等の部品を付加して所望の形状とすることができる。なお、上記高分子アクチュエータ素子は、電解重合により作用電極上に得られた導電性高分子膜をそのまま用いてもよく、積層等の成形を施して、所望の形状にしてもよい。さらに、対極についても、柱状に限定されるものではなく、板状等の形状にすることができる。 As the shape of the polymer actuator element, besides the above shape, it can be appropriately formed into a shape suitable for the use situation. Moreover, components, such as a protection member, can be added to the shape of the polymer actuator element of this invention, and it can be set as a desired shape. For the polymer actuator element, the conductive polymer film obtained on the working electrode by electrolytic polymerization may be used as it is, or may be formed into a desired shape by forming such as lamination. Furthermore, the counter electrode is not limited to a columnar shape, and may be a plate shape or the like.
上記導電性高分子は、ドーパントとしてのアニオンを、該導電性高分子へのドーピングおよび脱ドーピングすることができるものであれば、特に限定されるものではない。上記ドーパントは、必要とされる電解伸縮量や用途等に応じて、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、BF4 −、PF6 −、過塩素酸イオンやパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを用いることができる。 The conductive polymer is not particularly limited as long as the conductive polymer can be doped and dedoped with an anion as a dopant. As the dopant, trifluoromethanesulfonic acid ion, BF 4 − , PF 6 − , perchloric acid ion or perfluoroalkylsulfonylimide ion can be used according to the required amount of electrolytic expansion and contraction, application, and the like.
特に、上記導電性高分子として、上記導電性高分子が、下記式(1)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンがドープされた膜状導電性高分子を用いること、
(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)N− (1)
〔上記式(1)において、mおよびnは任意の整数。〕
または、上記導電性高分子として、下記式(2)で表されるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンがドープされた膜状導電性高分子を用いること
(ClF(2l+1)SO2)(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)C− (2)
〔上記式(2)において、l、mおよびnは任意の整数。〕
が、より速い駆動速度を得ることができるために好ましい。
In particular, as the conductive polymer, the conductive polymer is a film-shaped conductive polymer doped with perfluoroalkylsulfonylimide ions represented by the following formula (1):
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) N - (1)
[In the above formula (1), m and n are arbitrary integers. ]
Alternatively, as the conductive polymer, a film-shaped conductive polymer doped with perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (2) is used. (C l F (2l + 1) SO 2 ) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) C - (2)
[In the above formula (2), l, m and n are arbitrary integers. ]
However, it is preferable because a higher driving speed can be obtained.
上述のようにパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンをバルク中に含む導電性高分子は、1酸化還元サイクル当たりの大きな伸縮率をも発揮することもできる。これらの上記アニオンは、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等の従来のドーパントに比べてより大きな分子サイズを有する。したがって、所定形状を有する導電性高分子の有形物では、パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンが内部に存在することになるが、印加する電圧の正負の切り替えを繰り返すことにより、これらのより大きな分子サイズのアニオンが導電性高分子の有形物から出入りし、その結果、1酸化還元サイクル当たりの大きな電解伸縮をすることができると推測している。 As described above, the conductive polymer containing perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion in the bulk can also exhibit a large expansion / contraction rate per one oxidation-reduction cycle. These anions have a larger molecular size than conventional dopants such as trifluoromethanesulfonate ions. Therefore, perfluoroalkylsulfonylimide ions or perfluoroalkylsulfonylmethide ions are present inside a tangible material of a conductive polymer having a predetermined shape, but by repeatedly switching the applied voltage between positive and negative. It is speculated that these larger molecular-size anions enter and exit the conductive polymer tangible material, and as a result, can perform large electrolytic expansion and contraction per one redox cycle.
上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンは、アニオン中心である窒素原子にスルホニル基が結合し、さらに、置換基である2つのパーフルオロアルキル基を有している。このパーフルオロアルキルスルホニル基は、一つはCnF(2n+1)SO2で表され、他のパーフルオロアルキルスルホニル基は、CmF(2m+1)SO2で表される。 In the perfluoroalkylsulfonylimide ion, a sulfonyl group is bonded to a nitrogen atom that is the center of an anion, and further, there are two perfluoroalkyl groups that are substituents. One of the perfluoroalkylsulfonyl groups is represented by C n F (2n + 1) SO 2 , and the other perfluoroalkylsulfonyl group is represented by C m F (2m + 1) SO 2 .
上記のmおよびnは、それぞれ1以上の任意の整数であり、mとnとが同じ整数であってもよく、nとmとが異なる整数であってもよい。たとえば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基などをあげることができる。上記パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩としては、たとえば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド塩、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド塩、ビス(ヘプタデカフルオロオクチルスルホニル)イミド塩などを用いることができる。 The above m and n are each an arbitrary integer of 1 or more, and m and n may be the same integer, or n and m may be different integers. For example, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, heptafluoropropyl group, nonafluorobutyl group, undecafluoropentyl group, tridecafluorohexyl group, pentadecafluoroheptyl group, heptadecafluorooctyl group, etc. it can. Examples of the perfluoroalkylsulfonylimide salt include bis (trifluoromethylsulfonyl) imide salt, bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide salt, and bis (heptadecafluorooctylsulfonyl) imide salt.
また、上記パーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンは、アニオン中心である炭素原子にスルホニル基が結合し、さらに、置換基である2つのパーフルオロアルキル基を有している。このパーフルオロアルキルスルホニル基は、一つはCnF2n+1SO2で表され、他のパーフルオロアルキルスルホニル基はCmF2m+1SO2、さらにClF21+1SO2で表される。 The perfluoroalkylsulfonylmethide ion has a sulfonyl group bonded to the carbon atom that is the center of the anion, and further has two perfluoroalkyl groups that are substituents. One of the perfluoroalkylsulfonyl groups is represented by C n F 2n + 1 SO 2 , and the other perfluoroalkylsulfonyl group is represented by C m F 2m + 1 SO 2 , and further C l F 21 + 1 SO 2 .
上記のl、mおよびnは、それぞれ1以上の任意の整数であり、l、m、およびnが同じ整数であってもよく、l、m、およびnが異なる整数であってもよい。たとえば、トリフルオロメチルスルホニル基、ペンタフルオロエチルスルホニル基、ヘプタフルオロプロピルスルホニル基、ノナフルオロブチルスルホニル基、ウンデカフルオロペンチルスルホニル基、トリデカフルオロヘキシルスルホニル基、ペンタデカフルオロヘプチルスルホニル基、ヘプタデカフルオロオクチルスルホニル基などをあげることができる。上記パーフルオロアルキルスルホニルメチド塩としては、たとえば、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド塩、トリス(ペンタフルオロエチルスルホニル)メチド塩、トリス(ヘプタデカフルオロオクチルスルホニル)メチド塩を用いることができる。中でも、本発明の態様として、上記メチドイオンが上記式1においてl=1、m=1、n=1、または上記式3においてn=1であるトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドイオンなどを用いることが好ましい。 The above-mentioned l, m, and n are each an arbitrary integer of 1 or more, and l, m, and n may be the same integer, and l, m, and n may be different integers. For example, trifluoromethylsulfonyl group, pentafluoroethylsulfonyl group, heptafluoropropylsulfonyl group, nonafluorobutylsulfonyl group, undecafluoropentylsulfonyl group, tridecafluorohexylsulfonyl group, pentadecafluoroheptylsulfonyl group, heptadecafluoro Examples thereof include an octylsulfonyl group. Examples of the perfluoroalkylsulfonylmethide salt include tris (trifluoromethylsulfonyl) methide salt, tris (pentafluoroethylsulfonyl) methide salt, and tris (heptadecafluorooctylsulfonyl) methide salt. Among them, as an aspect of the present invention, the trimeth (trifluoromethylsulfonyl) methide ion in which the above metide ion is 1 = 1 in the above formula 1, m = 1, n = 1, or n = 1 in the above formula 3 is used. preferable.
なお、上記導電性高分子は、ドーパントとしてのアニオンとして、該導電性高分子へのドーピングおよび脱ドーピングすることができる他のアニオンを含めることもできる。たとえば、必要とされる電解伸縮量や用途等に応じて、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、BF4 −、PF6 −、過塩素酸イオン、またはパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンなどを用いることができる。 In addition, the said conductive polymer can also contain the other anion which can dope and dedope this conductive polymer as an anion as a dopant. For example, trifluoromethanesulfonic acid ions, BF 4 − , PF 6 − , perchloric acid ions, perfluoroalkylsulfonylimide ions, or the like can be used depending on the required amount of electrolytic expansion and contraction, usage, and the like.
また、上記化学式(1)のパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンおよび上記化学式(2)のパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンは、カチオンと塩を形成することができ、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩またはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオン塩として電解重合法における電解液中に加えられていてもよい。 Further, the perfluoroalkylsulfonylimide ion of the above chemical formula (1) and the perfluoroalkylsulfonylmethide ion of the above chemical formula (2) can form a salt with a cation, and a perfluoroalkylsulfonylimide salt or a perfluoroalkyl A sulfonylmethide ion salt may be added to the electrolytic solution in the electrolytic polymerization method.
これらパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンと塩を形成するカチオンは、Li+などの1つの元素から構成されていてもよく、複数の元素より構成されていてもよい。また、上記カチオンは、1価の陽イオンとしてパーフルオロアルキルスルホニルイミド塩またはパーフルオロアルキルスルホニルメチド塩を形成することができ、電解液中で解離することができるルイス酸であれば、特に限定されるものではない。 The cation that forms a salt with these perfluoroalkylsulfonylimide ions or perfluoroalkylsulfonylmethide ions may be composed of one element such as Li + , or may be composed of a plurality of elements. The cation is not particularly limited as long as it is a Lewis acid capable of forming a perfluoroalkylsulfonylimide salt or a perfluoroalkylsulfonylmethide salt as a monovalent cation and dissociating in an electrolyte. Is not to be done.
また、上記導電性高分子は電解重合法などによって容易に得ることができる。また、上記導電性高分子は、電解重合法により得られた導電性高分子であって、上記電解重合に用いる電解液(導電性高分子製造用電解液)が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基およびニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合または官能基を含む有機化合物および/またはハロゲン化炭化水素を溶媒として含むことが好ましい。上記の電解液中に上記溶媒を含み、さらに、パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンなどを含むことにより、得られた導電性高分子は、1酸化還元サイクル当たりにおいてより大きな電解伸縮を示すものとなる。 The conductive polymer can be easily obtained by an electrolytic polymerization method or the like. The conductive polymer is a conductive polymer obtained by an electrolytic polymerization method, and an electrolytic solution (electrolytic solution for producing a conductive polymer) used for the electrolytic polymerization is an ether bond, an ester bond, a carbonate. It is preferable that an organic compound and / or a halogenated hydrocarbon containing at least one bond or functional group among a bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group be included as a solvent. By including the above-mentioned solvent in the above electrolytic solution and further including perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion, the obtained conductive polymer is larger in one redox cycle. It shows electrolytic expansion and contraction.
上記有機化合物としては、たとえば、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン(以上、エーテル結合を含む有機化合物)、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸-t-ブチル、1,2−ジアセトキシエタン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル(以上、エステル結合を含む有機化合物)、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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(以上、カーボネート結合を含む有機化合物)、エチレングリコール、ブタノール、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−オクタノール、1−デカノール、1−ドデカノール、1−オクタデカノール(以上、ヒドロキシル基を含む有機化合物)、ニトロメタン、ニトロベンゼン(以上、ニトロ基を含む有機化合物)、スルホラン、ジメチルスルホン(以上、スルホン基を含む有機化合物)、およびアセトニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル(以上、ニトリル基を含む有機化合物)をあげることができる。なお、ヒドロキシル基を含む有機化合物は、特に限定されるものではないが、多価アルコールおよび炭素数4以上の1価アルコールであることが、伸縮率が良いためにより好ましい。なお、上記有機化合物は、上記の例示以外にも、分子中にエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基およびニトリル基のうち、2つ以上の結合または官能基を任意の組合わせで含む有機化合物であってもよい。 Examples of the organic compound include 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane (an organic compound containing an ether bond), γ-butyrolactone, Ethyl acetate, n-butyl acetate, t-butyl acetate, 1,2-diacetoxyethane, 3-methyl-2-oxazolidinone, methyl benzoate, ethyl benzoate, butyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate ( As mentioned above, organic compound containing ester bond), propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate (organic compound containing carbonate bond), ethylene glycol, butanol, 1-hexanol, cyclohexanol, 1 -Octanol, 1-decanol, 1-dodecanol, 1-octadecanol (above, organic compound containing hydroxyl group), nitromethane, nitrobenzene (above, organic compound containing nitro group), sulfolane, dimethyl sulfone (above, sulfone group) And organic compounds containing nitrile groups), acetonitrile, butyronitrile, and benzonitrile (above, organic compounds containing a nitrile group). The organic compound containing a hydroxyl group is not particularly limited, but is preferably a polyhydric alcohol or a monohydric alcohol having 4 or more carbon atoms because of its high expansion / contraction ratio. In addition to the above examples, the organic compound may have any two or more bonds or functional groups among the ether bond, ester bond, carbonate bond, hydroxyl group, nitro group, sulfone group and nitrile group in the molecule. The organic compound contained in the combination may be sufficient.
また、上記導電性高分子製造用電解液に溶媒として含まれるハロゲン化炭化水素は、炭化水素中の水素が少なくとも1つ以上ハロゲン原子に置換されたもので、電解重合条件で液体として安定に存在することができるものであれば、特に限定されるものではない。上記ハロゲン化炭化水素としては、たとえば、ジクロロメタン、ジクロロエタンをあげることができる。上記ハロゲン化炭化水素は、1種類のみを上記導電性高分子製造用電解液中の溶媒として用いることもできるが、2種以上併用することもできる。また、上記ハロゲン化炭化水素は、上記の有機化合物との混合液として用いてもよく、該有機溶媒との混合溶媒を上記導電性高分子製造用電解液中の溶媒として用いることもできる。 In addition, the halogenated hydrocarbon contained as a solvent in the electrolytic solution for producing a conductive polymer is one in which at least one hydrogen in the hydrocarbon is substituted with a halogen atom, and is stably present as a liquid under electrolytic polymerization conditions. If it can do, it will not specifically limit. Examples of the halogenated hydrocarbon include dichloromethane and dichloroethane. Although only one kind of the halogenated hydrocarbon can be used as a solvent in the electrolytic solution for producing the conductive polymer, two or more kinds can be used in combination. The halogenated hydrocarbon may be used as a mixed solution with the organic compound, or a mixed solvent with the organic solvent may be used as a solvent in the electrolytic solution for producing the conductive polymer.
上記電解重合法により得られた導電性高分子のバルク中には、上記電解重合法に用いられた上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンが存在することとなる。上記導電性高分子が上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを含む上記導電性高分子は、上述のように1酸化還元サイクル当りの伸縮量が大きく、駆動速度(%/s)の値も大きく、しかも、容易に得ることができるので好ましい。たとえば、上記の導電性高分子の有形物を膜状体は、従来の導電性高分子の電解伸縮がその最大の伸縮率が面方向で1酸化還元サイクル当たり10〜15%程度までしか得られていなかったのに対して、ドーパントとして上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンを導電性高分子のバルク中に含むことにより、長さ方向において、1酸化還元サイクル当たり16%以上、特に20%以上の優れた最大の伸縮率を示すことが可能となる。上記膜状体は、人工筋肉に代表される大きな伸縮率が要求される用途に好適に用いることができる。なお、上記の導電性高分子の有形物は、ドーパントの他に、動作電極としての抵抗値を低下させるために、金属線や導電性酸化物などの導電性材料を適宜含むことができる。 In the bulk of the conductive polymer obtained by the electrolytic polymerization method, the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion used in the electrolytic polymerization method is present. The conductive polymer in which the conductive polymer contains the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion has a large expansion / contraction amount per one oxidation-reduction cycle as described above, and the driving speed (% / The value of s) is also large, and it is preferable because it can be easily obtained. For example, in the case of a film-like body of the above-described conductive polymer tangible material, the maximum expansion rate of conventional electroconductive polymer electrostriction can be obtained up to about 10 to 15% per oxidation-reduction cycle in the surface direction. In contrast, the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion is included as a dopant in the bulk of the conductive polymer, so that 16% per oxidation-reduction cycle in the lengthwise direction. As described above, an excellent maximum expansion / contraction rate of 20% or more can be exhibited. The film-like body can be suitably used for applications requiring a large expansion / contraction rate typified by artificial muscle. In addition to the dopant, the conductive polymer tangible material may appropriately include a conductive material such as a metal wire or a conductive oxide in order to reduce the resistance value as the working electrode.
上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンは、上記の説明と同様に、アニオン中心である窒素原子にスルホニル基が結合し、さらに、置換基である2つのパーフルオロアルキル基を有していればよい。たとえばトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基などをあげることができる。上記パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩としては、たとえば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド塩、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド塩、ビス(ヘプタデカフルオロオクチルスルホニル)イミド塩を用いることができる。 Similarly to the above description, the perfluoroalkylsulfonylimide ion only needs to have a sulfonyl group bonded to the nitrogen atom that is the center of the anion, and further has two perfluoroalkyl groups that are substituents. For example, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, heptafluoropropyl group, nonafluorobutyl group, undecafluoropentyl group, tridecafluorohexyl group, pentadecafluoroheptyl group, heptadecafluorooctyl group and the like can be mentioned. . Examples of the perfluoroalkylsulfonylimide salt include bis (trifluoromethylsulfonyl) imide salt, bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide salt, and bis (heptadecafluorooctylsulfonyl) imide salt.
また、上記パーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンは、上記の説明と同様に、アニオン中心である炭素原子にスルホニル基が結合し、さらに、置換基である3つのパーフルオロアルキル基を有していればよい。たとえば、トリフルオロメチルスルホニル基、ペンタフルオロエチルスルホニル基、ヘプタフルオロプロピルスルホニル基、ノナフルオロブチルスルホニル基、ウンデカフルオロペンチルスルホニル基、トリデカフルオロヘキシルスルホニル基、ペンタデカフルオロヘプチルスルホニル基、ヘプタデカフルオロオクチルスルホニル基などをあげることができる。上記パーフルオロアルキルスルホニルメチド塩としては、たとえば、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド塩、トリス(ペンタフルオロエチルスルホニル)メチド塩、トリス(ヘプタデカフルオロオクチルスルホニル)メチド塩を用いることができる。 In addition, the perfluoroalkylsulfonylmethide ion, as described above, has a sulfonyl group bonded to a carbon atom which is an anion center, and further has three perfluoroalkyl groups which are substituents. Good. For example, trifluoromethylsulfonyl group, pentafluoroethylsulfonyl group, heptafluoropropylsulfonyl group, nonafluorobutylsulfonyl group, undecafluoropentylsulfonyl group, tridecafluorohexylsulfonyl group, pentadecafluoroheptylsulfonyl group, heptadecafluoro Examples thereof include an octylsulfonyl group. Examples of the perfluoroalkylsulfonylmethide salt include tris (trifluoromethylsulfonyl) methide salt, tris (pentafluoroethylsulfonyl) methide salt, and tris (heptadecafluorooctylsulfonyl) methide salt.
上記電解重合法の電解液中に含むまれ得る上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンは、カチオンと塩を形成することができ、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩またはパーフルオロアルキルスルホニルメチド塩として電解重合法における電解液中に加えられていてもよい。パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンと塩を形成するカチオンは、Li+の様に1つの元素から構成されていてもよく、複数の元素より構成されていてもよい。上記カチオンは、1価の陽イオンとしてパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを形成することができ、電解液中で解離することができるルイス酸であれば、特に限定されるものではない。 The perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion that may be contained in the electrolytic solution of the electrolytic polymerization method can form a salt with a cation, and the perfluoroalkylsulfonylimide salt or perfluoroalkylsulfonyl It may be added as a methide salt in the electrolytic solution in the electrolytic polymerization method. The cation that forms a salt with the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion may be composed of one element such as Li + , or may be composed of a plurality of elements. The cation is not particularly limited as long as it is a Lewis acid capable of forming a perfluoroalkylsulfonylimide ion as a monovalent cation and dissociating in an electrolyte.
上記カチオンが金属元素である場合には、たとえばリチウムなどのアルカリ金属から選ばれる元素を用いることができる。また、上記カチオンが分子である場合には、たとえば、テトラブチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウムに代表されるアルキルアンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウムなどを用いることができる。 When the cation is a metal element, for example, an element selected from alkali metals such as lithium can be used. Moreover, when the cation is a molecule, for example, tetrabutylammonium, alkylammonium typified by tetraethylammonium, pyridinium, imidazolium, or the like can be used.
上記導電性高分子のドーパントとして用いられ得る上記のパーフルオロスルホニルイミドイオンは、上記のように塩基成分であるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンと酸成分であるカチオンとの組み合わせにより種々の塩を形成することができるが、パーフルオロスルホニルイミド塩は、溶液中の解離が容易であって入手も容易であることから、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、リチウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドなどのリチウムビス(パーフルオロアルキルスルホニル)イミド、ならびにビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、およびビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドなどのビス(パーフルオロアルキルスルホニル)イミドについての、テトラブチルアンモニウム塩、ピリジニウム塩またはイミダゾリジウム塩が好ましい。 The perfluorosulfonylimide ion that can be used as a dopant for the conductive polymer forms various salts by the combination of the perfluoroalkylsulfonylimide ion that is the base component and the cation that is the acid component as described above. However, since perfluorosulfonylimide salts are easily dissociated in solution and easily available, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, lithium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide, etc. Tetrabutylammonium for lithium bis (perfluoroalkylsulfonyl) imide and bis (perfluoroalkylsulfonyl) imide such as bis (trifluoromethylsulfonyl) imide and bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide Umushio, pyridinium salts or imidazolinium indium salts are preferred.
上記導電性高分子のドーパントとして用いられ得る上記のパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンは、上記のように塩基成分であるパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンと酸成分であるカチオンとの組み合わせにより種々の塩を形成することができるが、パーフルオロスルホニルメチド塩は、溶液中の解離が容易であって入手も容易であることから、リチウムトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド、リチウムトリス(ペンタフルオロエチルスルホニル)メチドなどのリチウムトリス(パーフルオロアルキルスルホニル)メチド、ならびにトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド、およびトリス(ペンタフルオロエチルスルホニル)メチドなどのトリス(パーフルオロアルキルスルホニル)メチドについての、テトラブチルアンモニウム塩、ピリジニウム塩またはイミダゾリジウム塩が好ましい。 The perfluoroalkylsulfonylmethide ion, which can be used as a dopant for the conductive polymer, has various salts depending on the combination of the perfluoroalkylsulfonylmethide ion as the base component and the cation as the acid component as described above. However, since perfluorosulfonylmethide salt is easily dissociated in solution and easily available, lithium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide, lithium tris (pentafluoroethylsulfonyl) ) For lithium tris (perfluoroalkylsulfonyl) methides such as methide, and tris (perfluoroalkylsulfonyl) methides such as tris (trifluoromethylsulfonyl) methide and tris (pentafluoroethylsulfonyl) methide Tetrabutylammonium salt, pyridinium salt or imidazolium indium salts are preferred.
上記電解重合法における上記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンまたはパーフルオロアルキルスルホニルメチドイオンの電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、十分な電解液のイオン導電性を確保するために、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩として、電解液中に1〜40重量%含まれるのが好ましく、2.8〜20重量%含まれるのがより好ましい。また、電解重合法により得られる導電性高分子膜の膜質を向上させるために、トリフルオロメタンスルホン酸塩を電解液中に1〜80%加えた複合電解質を用いることもできる。また、これらのイオンは単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。 The content of the perfluoroalkylsulfonylimide ion or perfluoroalkylsulfonylmethide ion in the electrolytic polymerization method in the electrolytic solution is not particularly limited, but in order to ensure sufficient ionic conductivity of the electrolytic solution. The perfluoroalkylsulfonylimide salt is preferably contained in the electrolytic solution in an amount of 1 to 40% by weight, and more preferably 2.8 to 20% by weight. Moreover, in order to improve the film quality of the conductive polymer film obtained by the electrolytic polymerization method, a composite electrolyte in which 1 to 80% of trifluoromethanesulfonate is added to the electrolytic solution can also be used. Moreover, these ions may be used alone or in combination of two or more.
また、上記電解重合法にて用いられる電解液(導電性高分子製造用電解液)には、さらに、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩を含む以外に、導電性高分子の単量体を含んでいてもよく、さらにポリエチレングリコールやポリアクリルアミドなどの公知のその他の添加剤を含むこともできる。 In addition, the electrolytic solution (electrolytic solution for producing a conductive polymer) used in the electrolytic polymerization method further contains a monomer of a conductive polymer in addition to the perfluoroalkylsulfonylimide salt. In addition, other known additives such as polyethylene glycol and polyacrylamide may also be included.
上記電解重合法は、導電性高分子単量体の電解重合として、公知の電解重合方法を用いることが可能であり、定電位法、定電流法および電気掃引法のいずれをも適宜用いることができる。たとえば、上記電解重合法は、電流密度0.01〜20mA cm−2、反応温度−70〜80℃で行うことができ、良好な膜質の導電性高分子を得るために、電流密度0.1〜2mA cm−2、反応温度−40〜40℃の条件下で行うことが好ましく、反応温度が−30〜30℃の条件であることがより好ましい。 As the electropolymerization method, a known electropolymerization method can be used as the electropolymerization of the conductive polymer monomer, and any of the constant potential method, the constant current method, and the electric sweep method can be appropriately used. it can. For example, the electrolytic polymerization method can be performed at a current density of 0.01 to 20 mA cm −2 and a reaction temperature of −70 to 80 ° C. In order to obtain a conductive polymer having a good film quality, a current density of 0.1 It is preferably carried out under the conditions of ˜2 mA cm −2 and a reaction temperature of −40 to 40 ° C., more preferably a reaction temperature of −30 to 30 ° C.
なお、上記電解重合法に用いられる作用電極は、電解重合に用いることができれば特に限定されるものではなく、ITOガラス電極、炭素電極や金属電極などを適宜用いることができる。上記金属電極は、金属を主とする電極であれば特に限定されるものではないが、Pt、Ti、Ni、Au、Ta、Mo、CrおよびWからなる群より選ばれた金属元素についての金属単体の電極または合金の電極を好適に用いることができる。なかでも、得られた導電性高分子の伸縮率および発生力が大きく、かつ電極を容易に入手できることから、金属電極に含まれる金属種がPt、Tiであることが特に好ましい。なお、上記合金としては、たとえば、商品名「INCOLOY alloy 825」、「INCONEL alloy 600」、「INCONEL alloy X−750」(以上、大同スペシャルメタル株式会社製)を用いることができる。また、対極については公知の電極、たとえばPt、Niを好適に用いることができる。 In addition, the working electrode used for the said electrolytic polymerization method will not be specifically limited if it can be used for electrolytic polymerization, An ITO glass electrode, a carbon electrode, a metal electrode, etc. can be used suitably. The metal electrode is not particularly limited as long as it is an electrode mainly composed of metal, but a metal for a metal element selected from the group consisting of Pt, Ti, Ni, Au, Ta, Mo, Cr and W. A single electrode or an alloy electrode can be preferably used. Among them, the metal species contained in the metal electrode is particularly preferably Pt or Ti because the obtained conductive polymer has a large expansion / contraction rate and generation force and the electrode can be easily obtained. As the above alloy, for example, trade names “INCOLOY alloy 825”, “INCONEL alloy 600”, “INCONEL alloy X-750” (manufactured by Daido Special Metal Co., Ltd.) can be used. As the counter electrode, a known electrode such as Pt or Ni can be preferably used.
上記電解重合法に用いられる電解液に含まれる導電性高分子の単量体としては、電解重合による酸化により高分子化して導電性を示す化合物であれば特に限定されるものではなく、たとえばピロール、チオフェン、イソチアナフテン等の複素五員環式化合物、ならびにそのアルキル基、オキシアルキル基等の誘導体があげられる。なかでも、ピロール、チオフェン等の複素五員環式化合物、ならびにその誘導体が好ましく、特にピロールおよび/またはピロール誘導体を含む導電性高分子であることが、製造が容易であり、導電性高分子として安定であるために好ましい。これらの化合物は単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。 The monomer of the conductive polymer contained in the electrolytic solution used in the above electrolytic polymerization method is not particularly limited as long as it is a compound that is polymerized by oxidation by electrolytic polymerization and exhibits conductivity. For example, pyrrole , Hetero five-membered cyclic compounds such as thiophene and isothianaphthene, and derivatives such as alkyl groups and oxyalkyl groups thereof. Of these, hetero five-membered cyclic compounds such as pyrrole and thiophene, and derivatives thereof are preferable, and in particular, a conductive polymer containing pyrrole and / or a pyrrole derivative is easy to produce, and as a conductive polymer. It is preferable because it is stable. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
また、上記導電性高分子が酸に接触処理したものを用いる場合では、上記電解質を溶解する溶媒として、有機溶媒、または有機溶媒および水の混合溶液を用いることができる。 Moreover, when using what the said conductive polymer contact-treated with the acid, an organic solvent or the mixed solution of an organic solvent and water can be used as a solvent which melt | dissolves the said electrolyte.
上記接触処理としては、たとえば、酸(酸溶液)に浸漬する手法や酸雰囲気下に静置する手法などがあげられるが、上記導電性高分子を酸に接触させるのであれば特に限定されない。 Examples of the contact treatment include a method of immersing in an acid (acid solution) and a method of standing in an acid atmosphere, but are not particularly limited as long as the conductive polymer is brought into contact with an acid.
上記接触処理に用いられる酸としては、特に限定されるものではないが、一価の強酸であることが好ましい。 Although it does not specifically limit as an acid used for the said contact process, It is preferable that it is a monovalent | monohydric strong acid.
上記酸としては、たとえば、(CF3SO2)2NH、(C2F5SO2)2NH、(CF3SO2)(C2F5SO2)NHなどのパーフルオロアルキルスルホニルイミド、(CF3SO2)3CH、(C2F5SO2)3CH、(CF3SO2)(C2F5SO2)2CHなどのパーフルオロアルキルスルホニルメチド、硝酸などの無機酸などが好ましいものとしてあげられる。 Examples of the acid include perfluoroalkylsulfonylimide such as (CF 3 SO 2 ) 2 NH, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NH, (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ) NH, Perfluoroalkylsulfonylmethides such as (CF 3 SO 2 ) 3 CH, (C 2 F 5 SO 2 ) 3 CH, (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ) 2 CH, and inorganic acids such as nitric acid And the like are preferable.
また、本発明においては、上記酸(酸溶液)のpHが0〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。上記pHが4以上であると十分な接触効果が得られない場合があり、一方、上記pHが0以下では導電性高分子が分解してしまうおそれがある。 Moreover, in this invention, it is preferable that pH of the said acid (acid solution) is 0-4, and it is more preferable that it is 1-2. When the pH is 4 or more, a sufficient contact effect may not be obtained. On the other hand, when the pH is 0 or less, the conductive polymer may be decomposed.
本発明における高分子アクチュエータ素子は上述のような構成を有するものである。上記導電性高分子により所望の形状を有する有形物が構成され、上記有形物が上記高分子アクチュエータ素子の全体または一部を構成し、上記有形物が駆動することにより上記高分子アクチュエータ素子が駆動する。上記導電性高分子成の有形物は、その形状が特に限定されるものではなく、膜状、管状、筒状、角柱および繊維状等の形状に成形または成型されたものであってもよいが、上記導電性高分子が電解重合時に作用電極に膜状として得られることから、膜状であることまたは膜状でてきようできることが好ましい。また、作用電極上に重合された導電性高分子は、アセトン等の導電性高分子を膨潤させることができる溶媒を用いて作用電極から分離することにより、上記有形物である導電性高分子膜として容易に得ることができる。 The polymer actuator element in the present invention has the above-described configuration. A tangible object having a desired shape is constituted by the conductive polymer, the tangible object constitutes all or part of the polymer actuator element, and the tangible object drives to drive the polymer actuator element. To do. The shape of the conductive polymer tangible material is not particularly limited, and may be formed or molded into a film shape, a tubular shape, a tubular shape, a prismatic shape, a fibrous shape, or the like. Since the conductive polymer is obtained in the form of a film on the working electrode during the electropolymerization, it is preferable that the conductive polymer is in the form of a film or can be formed into a film. Further, the conductive polymer polymerized on the working electrode is separated from the working electrode using a solvent capable of swelling the conductive polymer such as acetone. Can be easily obtained.
(駆動条件)
本発明の高分子アクチュエータ素子の駆動方法において、上記駆動電解液の温度は特に限定されるものではないが、上記の導電性高分子をより速い速度で電解伸縮させるために、10〜100℃であることが好ましく、20〜60℃であることがさらに好ましい。
(Driving condition)
In the driving method of the polymer actuator element of the present invention, the temperature of the driving electrolyte is not particularly limited, but is 10 to 100 ° C. in order to cause the conductive polymer to be electrostretched at a higher speed. It is preferable and it is more preferable that it is 20-60 degreeC.
また、上記駆動電解液中のアニオンの濃度も特に限定されるものではないが、0.1〜5.0mol dm−3であることが好ましく、大きな伸縮率が得られ、安定して駆動することができる。 Further, the concentration of the anion in the driving electrolyte is not particularly limited, but it is preferably 0.1 to 5.0 mol dm −3 , and a large expansion / contraction ratio is obtained, so that the driving can be stably performed. Can do.
また上記駆動方法においては、上記導電性高分子を含む高分子アクチュエータ素子が上記駆動電解液中に置かれ、上記駆動電解液中に対極が設置されて、上記導電性高分子と上記対極とに電圧が印加されることにより、上記高分子アクチュエータ素子が駆動させることができる。 In the driving method, a polymer actuator element containing the conductive polymer is placed in the driving electrolyte, and a counter electrode is installed in the driving electrolyte, so that the conductive polymer and the counter electrode are provided. The polymer actuator element can be driven by applying a voltage.
また、上記高分子アクチュエータ素子の駆動における上記電圧は特に限定されるものではないが、その厚みが0.01mm〜1mm程度である場合には、通常印加電圧(V)の絶対値が0.2〜5Vであることができるが、0.5〜3Vであることが好ましく、0.5〜1.5Vであることがより好ましい。なお、本発明の高分子アクチュエータ素子を用いることにより、従来と同一の駆動性能を発揮させる場合においても、従来よりも駆動電圧をより低く設定して駆動させることができる。 The voltage for driving the polymer actuator element is not particularly limited, but when the thickness is about 0.01 mm to 1 mm, the absolute value of the normal applied voltage (V) is 0.2. Although it can be -5V, it is preferable that it is 0.5-3V, and it is more preferable that it is 0.5-1.5V. By using the polymer actuator element of the present invention, even when the same driving performance as the conventional one is exhibited, it can be driven with the driving voltage set lower than the conventional one.
また、上記高分子アクチュエータ素子にたとえば左右に往復する等の連続的な変位運動をさせる場合には、0.001〜100Hz周期で各電極に反対電圧が印加されるようにすることが好ましく、0.1〜10Hz周期であることがより好ましく、1〜5Hz周期であることがさらに好ましい。 In addition, when the polymer actuator element is continuously displaced, for example, reciprocating left and right, it is preferable that an opposite voltage is applied to each electrode at a period of 0.001 to 100 Hz. More preferably, the cycle is 1 to 10 Hz, and more preferably 1 to 5 Hz.
(アクチュエータ)
本発明のアクチュエータは上記導電性高分子と上記駆動電解液を含むアクチュエータであることを特徴とする。
(Actuator)
The actuator of the present invention is an actuator including the conductive polymer and the driving electrolyte.
上記アクチュエータは、装置構成として作動部、電解質(駆動電解液)および対極を含めば特に限定されるものではないが、作動の際に液漏れがしないように作動部へ取付けられたシャフトが筐体にパッキングされたアクチュエータ、または作動部の作動にしたがう伸縮が可能な筐体を備えたアクチュエータであることが、電解液等の液漏れを生じないので好ましい。 The actuator is not particularly limited as long as it includes an operating part, an electrolyte (driving electrolyte), and a counter electrode as a device configuration, but a shaft attached to the operating part is a housing so that liquid leakage does not occur during operation. It is preferable to use an actuator packed in the case or an actuator provided with a casing that can be expanded and contracted according to the operation of the operating portion, because no leakage of electrolyte or the like occurs.
上記作動部は、上述の導電性高分子を含み、電圧印加により電解伸縮をすれば特に限定されるものではない。上記作動部は、特に、電圧印加した際に伸縮率16%以上の伸縮性を示すことが好ましい。上記作動部が電圧印加した際に16%以上の伸縮をすることにより16%以上の伸縮をするアクチュエータを得ることができ、このアクチュエータは、人工筋肉に代表される大きな伸縮率が要求される用途に好適に用いることができる。上記作動部は、ドーパントの他に、動作電極としての抵抗値を低下させるために、金属線や導電性酸化物などの導電性材料を適宜含むことができる。 The operating part is not particularly limited as long as it includes the above-described conductive polymer and undergoes electrolytic expansion and contraction by voltage application. In particular, it is preferable that the operating portion exhibits a stretchability of 16% or more when a voltage is applied. An actuator that expands and contracts by 16% or more can be obtained by expanding and contracting by 16% or more when a voltage is applied to the operating part, and this actuator is used for applications that require a large expansion and contraction rate typified by artificial muscles. Can be suitably used. In addition to the dopant, the operating unit can appropriately include a conductive material such as a metal wire or a conductive oxide in order to reduce the resistance value as the working electrode.
本発明のアクチュエータは、その形状が特に限定されるものではない。上記アクチュエータは、たとえば、円筒状、角柱状や六角柱状等の多角柱状、円錐状、板状、直方体状など使用状況に対応する形状に形成することができる。また、本願発明のアクチュエータの内部に設置される作動部は、円柱状に限定されるものではなく、角柱状や六角柱状等の多角柱状、円錐状、直方体状など、アクチュエータの外形に応じて適切な形状とすることができる。上記作動部は、電解重合により作用電極上に得られた導電性高分子膜をそのまま用いてもよく、積層等の成形を施して、所望の形状にしてもよい。さらに、対極についても、柱状に限定されるものではなく、板状等の形状にすることができる。 The shape of the actuator of the present invention is not particularly limited. The actuator can be formed in a shape corresponding to the use situation such as a cylindrical shape, a polygonal column shape such as a prismatic shape or a hexagonal column shape, a conical shape, a plate shape, or a rectangular parallelepiped shape. In addition, the operating portion installed inside the actuator of the present invention is not limited to a cylindrical shape, and is appropriate according to the outer shape of the actuator, such as a polygonal column shape such as a prismatic shape or a hexagonal column shape, a conical shape, a rectangular parallelepiped shape, etc. It can be made into a simple shape. The working part may use the conductive polymer film obtained on the working electrode by electrolytic polymerization as it is, or may be formed into a desired shape by molding such as lamination. Furthermore, the counter electrode is not limited to a columnar shape, and may be a plate shape or the like.
また、上記アクチュエータにおいて、作動部と電解質として、導電性高分子含有層と固体電解質との積層体を用いることもできる。上記積層体は、導電性高分子含有層に、上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を含む層を用いることにより、層中の導電性高分子が大きく伸縮して、より大きな伸縮の用途に用いることができる。なお、対極は、上記固体電解質を介し、対極と導電性高分子含有層との間で電圧を印加できるように設置されていればよく、特に設置する場所が限定されるものではない。 In the actuator, a laminate of a conductive polymer-containing layer and a solid electrolyte can also be used as the operating part and the electrolyte. In the laminate, the conductive polymer-containing layer is made of a layer containing the conductive polymer obtained by the above-described method for producing a conductive polymer, so that the conductive polymer in the layer expands and contracts greatly. It can be used for larger expansion and contraction applications. In addition, the counter electrode should just be installed so that a voltage can be applied between a counter electrode and a conductive polymer content layer through the said solid electrolyte, and the place to install in particular is not limited.
上記アクチュエータは、内部の作動部に上述の構成を有することにより優れた伸縮率と応答速度を得ることができるので、変位が小さくても用いることができるスイッチやセンサー等の用途以外に変位が大きい用途である人工筋肉としても好適に用いることがでる。上記アクチュエータは、リニアアクチュエータ、駆動装置、押圧装置として用いることができる。本発明のアクチュエータは、電圧の印加により導電性高分子が駆動するアクチュエータであるので、駆動時に無音もしくは低音であるために、室内用途装置における駆動部または押圧部として好適である。また、上記アクチュエータは、金属部品が少ないために従来のリニアアクチュエータに比べて軽量であるので、位置決め装置、姿勢制御装置、昇降装置、搬送装置、移動装置、調節装置、調整装置、誘導装置ならびに関節装置の駆動部として用いること好適に用いることができる。 Since the actuator has the above-described configuration in the internal working portion, it can obtain an excellent expansion / contraction rate and response speed, so that the displacement is large except for applications such as switches and sensors that can be used even if the displacement is small. It can also be suitably used as an artificial muscle that is used. The actuator can be used as a linear actuator, a driving device, or a pressing device. Since the actuator of the present invention is an actuator that is driven by a conductive polymer by application of a voltage, and is silent or low sound when driven, it is suitable as a driving part or a pressing part in an indoor application device. In addition, the actuator is lighter than conventional linear actuators because there are few metal parts, so a positioning device, a posture control device, a lifting device, a transport device, a moving device, an adjusting device, an adjusting device, a guiding device, and a joint It can be suitably used as a drive unit of the apparatus.
(用途)
本発明のアクチュエータは、人工筋肉、ロボットアーム、パワードスーツ、義手および義足に好適に使用することができる。また、本発明のアクチュエータを、マイクロサージェリー技術におけるピンセット、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、検査や補修等を行う各種センサーもしくは補修用工具など、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、金魚などの水中モービル、または動く釣り餌や推進ヒレなどのホビー用品などの水中で用いられる物品に好適に使用することができる。
(Use)
The actuator of the present invention can be suitably used for artificial muscles, robot arms, powered suits, artificial hands and artificial legs. Further, the actuator of the present invention is a medical instrument such as tweezers, scissors, forceps, snare, laser knife, spatula, clip, etc. in microsurgery technology, various instruments or inspection tools for performing inspections and repairs, health instruments, hygrometers, etc. Suitable for articles used underwater such as industrial equipment such as hygrometer control device, soft manipulator, submersible valve, soft transport device, underwater mobile such as goldfish, or hobby equipment such as moving fishing bait and propeller fin Can be used.
より具体的には、上記アクチュエータは、OA機器、アンテナ、ベッドや椅子等の人を乗せる装置、医療機器、エンジン、光学機器、固定具、サイドトリマ、車両、昇降器械、食品加工装置、清掃装置、測定機器、検査機器、制御機器、工作機械、加工機械、電子機器、電子顕微鏡、電気かみそり、電動歯ブラシ、マニピュレータ、マスト、遊戯装置、アミューズメント機器、乗車用シミュレーション装置、車両乗員の押さえ装置および航空機用付属装備展張装置、OA機器や測定機器等の上記機器等を含む機械全般に用いられる弁、ブレーキおよびロック装置において、直線的な駆動力を発生する駆動部もしくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作もしくは曲線的な動作をする押圧部として好適に用いることができる。また、上記アクチュエータは、上記の装置、機器、器械等以外においても、機械機器類全般において、位置決め装置の駆動部、姿勢制御装置の駆動部、昇降装置の駆動部、搬送装置の駆動部、移動装置の駆動部、量や方向等の調節装置の駆動部、軸等の調整装置の駆動部、誘導装置の駆動部、および押圧装置の押圧部において、直線的な駆動力を発生する駆動部もしくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作もしくは曲線的な動作をする押圧部として好適に用いることができる。また、上記アクチュエータは、関節装置における駆動部として、関節中間部材等の直接駆動可能な関節部または関節に回転運動を与える駆動部に好適に用いることができる。 More specifically, the actuator is an OA device, an antenna, a device on which a person such as a bed or a chair is placed, a medical device, an engine, an optical device, a fixture, a side trimmer, a vehicle, a lifting device, a food processing device, or a cleaning device. , Measuring equipment, inspection equipment, control equipment, machine tools, processing machines, electronic equipment, electron microscopes, electric razors, electric toothbrushes, manipulators, masts, amusement equipment, amusement equipment, riding simulation equipment, vehicle occupant restraining devices and aircraft A track-type track consisting of a drive part or a circular arc part that generates a linear drive force in valves, brakes, and lock devices used in all machines including the above equipments such as attached equipment extension devices, OA equipment and measuring equipment Drive unit that generates driving force to move the unit, or linear or curvilinear operation It can be suitably used as a pressure part. In addition to the above-described devices, devices, instruments, etc., the actuator is a positioning device drive unit, a posture control device drive unit, a lifting device drive unit, a transport device drive unit, and a movement in general mechanical devices. A drive unit that generates a linear driving force in a drive unit of the device, a drive unit of an adjustment device such as an amount or a direction, a drive unit of an adjustment device such as a shaft, a drive unit of a guidance device, and a pressing unit of a pressing device or It can be suitably used as a driving unit that generates a driving force for moving a track-type orbit formed by an arc portion, or a pressing unit that performs a linear operation or a curved operation. In addition, the actuator can be suitably used as a drive unit in a joint device, such as a joint unit that can be directly driven, such as a joint intermediate member, or a drive unit that gives a rotational motion to the joint.
上記アクチュエータは、たとえば、CAD用プリンター等のインクジェットプリンターにおけるインクジェット部分の駆動部、プリンターの上記光ビームの光軸方向を変位させる駆動部、外部記憶装置等のディスクドライブ装置のヘッド駆動部、ならびに、プリンター、複写機およびファックスを含む画像形成装置の給紙装置における紙の押圧接触力調整手段の駆動部として好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a drive unit of an inkjet part in an inkjet printer such as a CAD printer, a drive unit that displaces the optical axis direction of the light beam of the printer, a head drive unit of a disk drive device such as an external storage device, and the like. It can be suitably used as a drive unit for paper pressing contact force adjusting means in a paper feeding device of an image forming apparatus including a printer, a copier, and a fax machine.
上記アクチュエータは、たとえば、電波天文用の周波数共用アンテナ等の高周波数給電部を第2焦点へ移動させるなどの測定部や給電部の移動設置させる駆動機構の駆動部、ならびに、車両搭載圧空作動伸縮マスト(テレスコーピングマスト)等のマストやアンテナにおけるリフト機構の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a measurement unit for moving a high-frequency power supply unit such as a frequency sharing antenna for radio astronomy to the second focal point, a drive unit for a drive mechanism for moving the power supply unit, and a vehicle-mounted pneumatic operation expansion / contraction It can be suitably used for a mast (telescope coping mast) or other mast or drive unit of a lift mechanism in an antenna.
上記アクチュエータは、たとえば、椅子状のマッサージ機のマッサージ部の駆動部、介護用または医療用ベットの駆動部、電動リクライニング椅子の姿勢制御装置の駆動部、マッサージ機や安楽椅子等に用いられるリクライニングチェアのバックレスト・オットマンの起倒動自在にする伸縮ロッドの駆動部、椅子や介護用ベッド等における背もたれやレッグレスト等の人を乗せる家具における可倒式の椅子の背もたれやレッグレスト或いは介護用ベッドの寝台の旋回駆動等に用いられる駆動部、ならびに、起立椅子の姿勢制御のため駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a driving unit for a massage unit of a chair-shaped massage machine, a driving unit for a nursing care or medical bed, a driving unit for a posture control device of an electric reclining chair, a reclining chair used for a massage machine, an easy chair, etc. The backrest of the ottoman, the telescopic rod drive that allows the ottoman to move up and down, the backrest of the chair and the bed for nursing, and the backrest of the chair, the legrest and the bed for the nursing It can be suitably used for a drive unit used for driving a turn of the bed, and a drive unit for posture control of a standing chair.
上記アクチュエータは、たとえば、検査装置の駆動部、体外血液治療装置等に用いられている血圧等の圧力測定装置の駆動部、カテーテル、内視鏡装置や鉗子等の駆動部、超音波を用いた白内障手術装置の駆動部、顎運動装置等の運動装置の駆動部、病弱者用ホイストのシャシの部材を相対的に伸縮させる手段の駆動部、ならびに、介護用ベッドの昇降、移動や姿勢制御等のための駆動部に好適に用いることができる。 The actuator uses, for example, a driving unit of a testing device, a driving unit of a pressure measuring device such as a blood pressure used in an extracorporeal blood treatment device, a driving unit of a catheter, an endoscope device, forceps, or the like, and an ultrasonic wave. Drive unit for cataract surgery device, drive unit for exercise device such as jaw motion device, drive unit for means for relatively expanding and contracting chassis member of sick hoist, and raising / lowering, moving and posture control of care bed It can use suitably for the drive part for.
上記アクチュエータは、たとえば、エンジン等の振動発生部からフレーム等の振動受部へ伝達される振動を減衰させる防振装置の駆動部、内燃機関の吸排気弁のための動弁装置の駆動部、エンジンの燃料制御装置の駆動部、ならびにディーゼルエンジン等のエンジンの燃料供給装置の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a drive unit for a vibration isolator that attenuates vibration transmitted from a vibration generating unit such as an engine to a vibration receiving unit such as a frame, a drive unit for a valve operating device for intake and exhaust valves of an internal combustion engine, It can be suitably used for a drive unit of an engine fuel control device and a drive unit of an engine fuel supply device such as a diesel engine.
上記アクチュエータは、たとえば、手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部、家庭用ビデオカメラレンズ等のレンズ駆動機構の駆動部、スチルカメラやビデオカメラ等の光学機器の移動レンズ群を駆動する機構の駆動部、カメラのオートフォーカス部の駆動部、カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置に用いられるレンズ鏡筒の駆動部、光学望遠鏡の光を取り込むオートガイダの駆動部、立体視カメラや双眼鏡等の2光学系を有する光学装置のレンズ駆動機構または鏡筒の駆動部、光通信、光情報処理や光計測等に用いられるファイバ型波長可変フィルタの波長変換のファイバに圧縮力を与える駆動部もしくは押圧部、光軸合せ装置の駆動部、ならびに、カメラのシャッタ機構の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a driving unit for a calibration device of an imaging apparatus with a camera shake correction function, a driving unit for a lens driving mechanism such as a home video camera lens, and a mechanism for driving a moving lens group of an optical device such as a still camera or a video camera. 2 such as a camera driving unit, a camera auto-focusing unit driving unit, a lens barrel driving unit used in an imaging apparatus such as a camera or a video camera, an auto-guider driving unit that captures light from an optical telescope, a stereoscopic camera, binoculars, etc. Lens drive mechanism or lens barrel drive unit of an optical device having an optical system, drive unit or pressing unit that applies compressive force to a wavelength conversion fiber of a fiber-type wavelength tunable filter used for optical communication, optical information processing, optical measurement, etc. It can be suitably used for the drive unit of the optical axis alignment device and the drive unit of the shutter mechanism of the camera.
上記アクチュエータは、たとえば、ホース金具をホース本体にカシメ固定する等の固定具の押圧部に好適に用いることができる。 The actuator can be suitably used, for example, for a pressing portion of a fixture such as caulking and fixing a hose fitting to a hose body.
上記アクチュエータは、たとえば、自動車のサスペンションの巻ばね等の駆動部、車両のフューエルフィラーリッドを解錠するフューエルフィラーリッドオープナーの駆動部、ブルドーザーブレードの伸張および引っ込みの駆動の駆動部、自動車用変速機の変速比を自動的に切り替えるためやクラッチを自動的に断接させるための駆動装置の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a driving unit such as a winding spring of an automobile suspension, a driving unit of a fuel filler lid opener that unlocks a fuel filler lid of a vehicle, a driving unit of a bulldozer blade extending and retracting, and an automobile transmission. It can be suitably used for a drive unit of a drive device for automatically switching the gear ratio and for automatically connecting and disconnecting the clutch.
上記アクチュエータは、たとえば、座板昇降装置付車椅子の昇降装置の駆動部、段差解消用昇降機の駆動部、昇降移載装置の駆動部、医療用ベッド、電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、介護用ベッド、昇降テーブル、CTスキャナ、トラックのキャビンチルト装置、リフター等や各種昇降機械装置の昇降用の駆動部、ならびに重量物搬送用特殊車両の積み卸し装置の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a driving unit for a lifting device for a wheelchair with a seat plate lifting device, a driving unit for a lift for removing a step, a driving unit for a lifting / lowering transfer device, a medical bed, an electric bed, an electric table, an electric chair, and a nursing care The present invention can be suitably used for a bed, a lifting table, a CT scanner, a truck cabin tilt device, a lifter or the like, a lifting drive unit for various lifting machines, and a drive unit for a heavy vehicle carrying special vehicle loading / unloading device.
上記アクチュエータは、たとえば、食品加工装置の食材吐出用ノズル装置等の吐出量調整機構の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator can be suitably used for, for example, a drive unit of a discharge amount adjusting mechanism such as a food discharge nozzle device of a food processing apparatus.
上記アクチュエータは、たとえば、清掃装置の台車や清掃部等の昇降等の駆動部に好適に用いることができる。 The said actuator can be used suitably for drive parts, such as raising / lowering of the trolley | bogie of a cleaning apparatus, a cleaning part, etc., for example.
上記アクチュエータは、たとえば、面の形状を測定する3次元測定装置の測定部の駆動部、ステージ装置の駆動部、タイヤの動作特性を検知システム等のセンサー部分の駆動部、力センサーの衝撃応答の評価装置の初速を与える装置の駆動部、孔内透水試験装置を含む装置のピストンシリンダのピストン駆動装置の駆動部、集光追尾式発電装置における仰角方向へ動かすための駆動部、気体の濃度測定装置を含む測定装置のサファイアレーザー発振波長切替機構のチューニングミラーの振動装置の駆動部、プリント基板の検査装置や液晶、PDPなどのフラットパネルディスプレイの検査装置においてアライメントを必要とする場合にXYθテーブルの駆動部、電子ビーム(Eビーム)システムまたはフォーカストイオンビーム(FIB)システムなどの荷電粒子ビームシステム等において用いる調節可能なアパーチャー装置の駆動部、平面度測定器における測定対象の支持装置もしくは検出部の駆動部、ならびに、微細デバイスの組立をはじめ、半導体露光装置や半導体検査装置、3次元形状測定装置などの精密位置決め装置の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a driving unit of a measuring unit of a three-dimensional measuring device that measures the shape of a surface, a driving unit of a stage device, a driving unit of a sensor part such as a detection system for tire operating characteristics, and an impact response of a force sensor. Drive unit of the device that gives the initial speed of the evaluation device, drive unit of the piston drive device of the piston cylinder of the device including the in-hole water permeability test device, drive unit for moving in the elevation angle direction of the concentrating tracking power generation device, measurement of gas concentration When the alignment is required in the driving unit of the tuning mirror vibration device of the sapphire laser oscillation wavelength switching mechanism of the measuring device, the inspection device of the printed circuit board, and the flat panel display such as a liquid crystal display and a PDP, etc. Drive unit, electron beam (E beam) system or focused ion beam (FIB) system Adjustable aperture device drive unit used in charged particle beam systems, etc., etc., measuring device support device or detection unit drive unit in flatness measuring instrument, as well as assembly of fine devices, semiconductor exposure devices and semiconductors It can be suitably used for a driving unit of a precision positioning device such as an inspection device or a three-dimensional shape measuring device.
上記アクチュエータは、たとえば、電気かみそりの駆動部、ならびに、電動歯ブラシの駆動部に好適に用いることができる。 The actuator can be suitably used for, for example, an electric razor drive unit and an electric toothbrush drive unit.
上記アクチュエータは、たとえば、三次元物体の撮像デバイス或いはCD、DVD共用の読み出し光学系の焦点深度調整用デバイスの駆動部、複数のアクチュエータによって駆動対象面を能動曲面としてその形状を変形させることによって所望の曲面を近似的に形成して焦点位置を容易に可変できる可変ミラーの駆動部、光ピックアップ等の磁気ヘッドの少なくとも一方を有する移動ユニットを直線移動させることが可能なディスク装置の駆動部、リニアテープストレージシステム等の磁気テープヘッドアクチュエータアセンブリのヘッド送り機構の駆動部、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどに適用される画像形成装置の駆動部、磁気ヘッド部材等の搭載部材の駆動部、集束レンズ群を光軸方向に駆動制御する光ディスク原盤露光装置の駆動部、光ヘッドを駆動するヘッド駆動手段の駆動部、記録媒体に対する情報の記録または記録媒体に記録された情報の再生を行う情報記録再生装置の駆動部、ならびに、回路しゃ断器(配電用回路しゃ断器)の開閉操作の駆動部に好適に用いることができる。 The above-mentioned actuator is desired, for example, by changing the shape of a driving target surface as an active curved surface by a driving unit of an imaging device for a three-dimensional object or a device for adjusting the depth of focus of a reading optical system shared by CDs and DVDs, and a plurality of actuators. The drive unit of the variable mirror that can form the curved surface approximately and easily change the focal position, the drive unit of the disk device that can linearly move the moving unit having at least one of the magnetic heads such as an optical pickup, and the linear Drive unit of head feeding mechanism of magnetic tape head actuator assembly such as tape storage system, drive unit of image forming apparatus applied to electrophotographic copying machine, printer, facsimile, etc., drive unit of mounting member such as magnetic head member , An optical disc that drives and controls the focusing lens group in the optical axis direction Driving unit for disc exposure apparatus, driving unit for head driving means for driving optical head, driving unit for information recording / reproducing apparatus for recording information on recording medium or reproducing information recorded on recording medium, and circuit breaker It can be suitably used for a drive unit for opening / closing operation of a (distribution circuit breaker).
上記アクチュエータは、たとえば、ゴム組成物のプレス成形加硫装置の駆動部、移送される部品について単列・単層化や所定の姿勢への整列をさせる部品整列装置の駆動部、圧縮成形装置の駆動部、溶着装置の保持機構の駆動部、製袋充填包装機の駆動部、マシニングセンタ等の工作機械や射出成形機やプレス機等の成形機械等の駆動部、印刷装置、塗装装置やラッカ吹き付け装置等の流体塗布装置の駆動部、カムシャフト等を製造する製造装置の駆動部、覆工材の吊上げ装置の駆動部、無杼織機における房耳規制体等の駆動装置、タフティング機の針駆動システム、ルーパー駆動システム、およびナイフ駆動システム等の駆動部、カム研削盤や超精密加工部品等の部品の研磨を行う研磨装置の駆動部、織機における綜絖枠の制動装置の駆動部、織機における緯糸挿通のための経糸の開口部を形成する開口装置の駆動部、半導体基板等の保護シート剥離装置の駆動部、通糸装置の駆動部、CRT用電子銃の組立装置の駆動部、衣料用縁飾り、テーブルクロスやシートカバー等に用途をもつトーションレースを製造するためのトーションレース機におけるシフターフォーク駆動選択リニア制御装置の駆動部、アニールウィンドウ駆動装置の水平移動機構の駆動部、ガラス溶融窯フォアハースの支持アームの駆動部、カラー受像管の蛍光面形成方法等の露光装置のラックを進退動させる駆動部、ボールボンディング装置のトーチアームの駆動部、ボンディングヘッドのXY方向への駆動部、チップ部品のマウントやプローブを使った測定などにおける部品の実装工程や測定検査工程の駆動部、基板洗浄装置の洗浄具支持体の昇降駆動部、ガラス基板を走査される検出ヘッドを進退させる駆動部、パターンを基板上に転写する露光装置の位置決め装置の駆動部、精密加工などの分野においけるサブミクロンのオーダで微小位置決め装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングツールの計測装置の位置決め装置の駆動部、導体回路素子や液晶表示素子等の回路デバイスをリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光装置および走査露光装置に好適なステージ装置の位置決めのための駆動部、ワーク等の搬送または位置決め等の手段の駆動部、レチクルステージやウエハステージ等の位置決めや搬送のための駆動部、チャンバ内の精密位置決めステージ装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングシステムでのワークピースまたは半導体ウェーハの位置決め装置の駆動部、半導体のステッパー装置の駆動部、加工機械の導入ステーション内に正確に位置決めする装置の駆動部、NC機械やマシニングセンター等の工作機械等またはIC業界のステッパーに代表される各種機器用のパッシブ除振およびアクティブ除振の除振装置の駆動部、半導体素子や液晶表示素子製造のリソグラフィ工程に使用される露光装置等において光ビーム走査装置の基準格子板を上記光ビームの光軸方向に変位させる駆動部、ならびに、コンベヤの横断方向に物品処理ユニット内へ移送する移送装置の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, a drive unit of a rubber composition press molding vulcanizing device, a driving unit of a component aligning device that aligns a component to be transferred into a single row / single layer and a predetermined posture, and a compression molding device Drive unit, drive unit for welding device holding mechanism, drive unit for bag making filling and packaging machine, drive unit for machine tool such as machining center, molding machine such as injection molding machine and press machine, printing device, coating device and lacquer spraying Drive unit of fluid application device such as device, drive unit of manufacturing device that manufactures camshaft, etc., drive unit of lifting device of lining material, drive device such as tuft ear regulating body in non-woven loom, needle of tufting machine Drive units such as drive systems, looper drive systems, and knife drive systems, drive units for polishing devices that polish parts such as cam grinders and ultra-precision machined parts, and drive for brake devices for hook frames in looms , An opening device driving unit for forming a warp opening for weft insertion in a loom, a driving unit for a protective sheet peeling device such as a semiconductor substrate, a driving unit for a threading device, and a driving unit for an assembly device for an electron gun for CRT , A drive unit of a shifter fork drive selection linear control device in a torsion race machine for manufacturing a torsion race having application to a garment for clothing, a table cloth, a seat cover, etc., a drive unit of a horizontal movement mechanism of an annealing window drive device, Driving unit for glass melting furnace for hearth, driving unit for advancing and retreating the rack of exposure device such as fluorescent screen forming method of color picture tube, driving unit for torch arm of ball bonding device, driving of bonding head in XY direction Parts mounting process and measurement / inspection process drive unit for mounting, chip component mounting and measurement using probes, etc. In the fields of up / down drive unit for cleaning tool support of substrate cleaning device, drive unit for moving back and forth detection head that scans glass substrate, drive unit for exposure device positioning device that transfers pattern onto substrate, precision processing, etc. The exposure used when manufacturing circuit devices such as conductor parts and liquid crystal display elements, etc., in the sub-micron order, micropositioning device drive unit, chemical mechanical polishing tool measurement device positioning unit drive unit A drive unit for positioning a stage device suitable for an apparatus and a scanning exposure apparatus, a drive unit for transporting or positioning a workpiece, a drive unit for positioning and transporting a reticle stage, a wafer stage, etc. Precision positioning stage drive, workpiece in chemical mechanical polishing system or Represented by semiconductor wafer positioning device drive unit, semiconductor stepper device drive unit, drive unit for precise positioning in the processing machine introduction station, machine tools such as NC machines and machining centers, etc. or IC industry steppers The reference grating plate of the light beam scanning device is used in the drive unit of the passive vibration isolation device for various devices and the vibration isolation device for active vibration isolation, the exposure device used in the lithography process for manufacturing semiconductor elements and liquid crystal display elements, etc. It can be suitably used for a drive unit that is displaced in the direction of the optical axis and a drive unit of a transfer device that transfers the product into the article processing unit in the transverse direction of the conveyor.
上記アクチュエータは、たとえば、電子顕微鏡等の走査プローブ顕微鏡のプローブの位置決め装置の駆動部、ならびに、電子顕微鏡用試料微動装置の位置決め等の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator can be suitably used for, for example, a driving unit for a probe positioning device of a scanning probe microscope such as an electron microscope and a driving unit for positioning a sample micro-movement device for an electron microscope.
上記アクチュエータは、たとえば、自動溶接ロボット、産業用ロボットや介護用ロボットを含むロボットまたはマニピュレータにおけるロボットアームの手首等に代表される関節機構の駆動部、直接駆動型以外の関節の駆動部、ロボットの指のそのもの、ロボット等のハンドとして使用されるスライド開閉式チャック装置の運動変換機構の駆動部、細胞微小操作や微小部品の組立作業等において微小な対象物を任意の状態に操作するためのマイクロマニピュレータの駆動部、開閉可能な複数のフィンガーを有する電動義手等の義肢の駆動部、ハンドリング用ロボットの駆動部、補装具の駆動部、ならびにパワースーツの駆動部に好適に用いることができる。 The actuator includes, for example, an automatic welding robot, a robot including an industrial robot and a nursing robot, or a joint mechanism represented by a wrist of a robot arm in a manipulator, a joint drive other than a direct drive type, a robot drive Micro for operating a minute object in an arbitrary state in a finger itself, a drive unit of a motion conversion mechanism of a slide opening / closing chuck device used as a hand of a robot or the like, a micro operation of a cell or an assembly of a micro part, etc. It can be suitably used for a drive unit of a manipulator, a drive unit of a prosthesis such as an electric prosthesis having a plurality of openable / closable fingers, a drive unit of a handling robot, a drive unit of a prosthesis, and a drive unit of a power suit.
上記アクチュエータは、たとえば、サイドトリマの上回転刃または下回転刃等を押圧する装置の押圧部に好適に用いることができる。 The said actuator can be used suitably for the press part of the apparatus which presses the upper rotary blade of a side trimmer, a lower rotary blade, etc., for example.
上記アクチュエータは、たとえば、パチンコ等の遊戯装置における役物等の駆動部、人形やペットロボット等のアミューズメント機器の駆動部、ならびに、乗車用シミュレーション装置のシミュレーション装置の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator can be suitably used for, for example, a driving unit for an accessory in a game device such as a pachinko machine, a driving unit for an amusement device such as a doll or a pet robot, and a driving unit for a simulation device of a boarding simulation device. .
上記アクチュエータは、たとえば、上記機器等を含む機械全般に用いられる弁の駆動部に用いることができ、たとえば、蒸発ヘリウムガスの再液化装置の弁の駆動部、ベローズ式の感圧制御弁の駆動部、綜絖枠を駆動する開口装置の駆動部、真空ゲート弁の駆動部、液圧システム用のソレノイド動作型制御バルブの駆動部、ピボットレバーを用いる運動伝達装置を組み込んだバルブの駆動部、ロケットの可動ノズルのバルブの駆動部、サックバックバルブの駆動部、ならびに、調圧弁部の駆動部に好適に用いることができる。 The actuator can be used, for example, in a valve drive unit used in general machines including the above-described devices. For example, the valve drive unit of an evaporative helium gas reliquefaction device, the drive of a bellows pressure-sensitive control valve , Opening device drive unit for driving the frame, vacuum gate valve drive unit, solenoid operated control valve drive unit for hydraulic system, valve drive unit incorporating a motion transmission device using a pivot lever, rocket The movable nozzle can be suitably used as a valve drive section, a suck back valve drive section, and a pressure regulating valve section drive section.
上記アクチュエータは、たとえば、上記機器等を含む機械全般に用いられるブレーキの押圧部として用いることができ、たとえば、非常用、保安用、停留用等のブレーキやエレベータのブレーキに用いて好適な制動装置の押圧部、ならびに、ブレーキ構造もしくはブレーキシステムの押圧部に好適に用いることができる。 The actuator can be used, for example, as a brake pressing unit used in all machines including the equipment and the like. For example, a braking device suitable for use in an emergency brake, a safety brake, a stop brake, or an elevator brake. And the pressing portion of the brake structure or brake system.
上記アクチュエータは、たとえば、上記機器等を含む機械全般に用いられるロック装置の押圧部として用いることができ、たとえば、機械的ロック装置の押圧部、車両用ステアリングロック装置の押圧部、ならびに、負荷制限機構および結合解除機構を合わせ持つ動力伝達装置の押圧部に好適に用いることができる。 The actuator can be used, for example, as a pressing portion of a locking device used in all machines including the equipment and the like. For example, a pressing portion of a mechanical locking device, a pressing portion of a vehicle steering lock device, and a load limiter It can be suitably used for a pressing portion of a power transmission device having both a mechanism and a coupling release mechanism.
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。 Examples and the like specifically showing the configuration and effects of the present invention will be described below. In addition, the evaluation item in an Example etc. measured as follows.
<伸縮率の測定>
下記の方法により作製した高分子アクチュエータ素子の1酸化還元サイクル当たりの伸縮率(%)を測定した。
<Measurement of stretch rate>
The expansion / contraction rate (%) per oxidation-reduction cycle of the polymer actuator element produced by the following method was measured.
各高分子アクチュエータ素子を長さ15mm、幅2mmの短冊状とし、高分子アクチュエータ素子を動作電極とし、白金プレートを対向電極とし、各電極の端部にリードを接続し、各電極を上記電解液中に保持しながら、リードを介して電源と接続して、各周波数(Hz)における電位(−0.7〜+0.7V v.s. Ag/Ag+)を1サイクル印加して変位量(変位した長さ)を測定した。動作電極が1サイクルの印加(1酸化還元サイクル)で伸長と収縮とをすることにより得られた変位の差を、動作電極の元の長さで割ることにより、1酸化還元サイクル当たりの伸縮率(%)を求めた。 Each polymer actuator element has a strip shape with a length of 15 mm and a width of 2 mm, the polymer actuator element as an operating electrode, a platinum plate as a counter electrode, a lead connected to the end of each electrode, and each electrode as the above electrolyte solution While being held in, it is connected to a power source through a lead, and a potential (−0.7 to +0.7 V vs. Ag / Ag + ) at each frequency (Hz) is applied for one cycle to apply a displacement amount ( Displaced length) was measured. The expansion / contraction rate per oxidation-reduction cycle is obtained by dividing the displacement obtained by extending and contracting the working electrode by applying one cycle (one redox cycle) by the original length of the working electrode. (%) Was calculated.
<変位角の測定>
下記の方法により作製した高分子アクチュエータ素子の変位角(°)を測定した。
<Measurement of displacement angle>
The displacement angle (°) of the polymer actuator element produced by the following method was measured.
作製した各高分子アクチュエータ素子について、一方の端部から2mm内側の位置において、一対の金属電極のそれぞれに通電できるように、白金端子にて高分子アクチュエータ素子の厚さ方向に挟み、膜面が重力方向と平行になるように握持した。 About each produced polymer actuator element, it sandwiched in the thickness direction of the polymer actuator element with a platinum terminal so that each of a pair of metal electrodes can be energized at a position 2 mm inside from one end, and the film surface is It was held so as to be parallel to the direction of gravity.
次に、ポテンショスタット(ボテンショ・ガルバノスタット HA−151、北斗電工社製)およびマルチファンクションジェネレータ(エヌエフ回路設計ブロック社製、ウェーブファクトリーWF1946)を用いて一対の金属電極の一方が正極、もう一方が負極となるようにして、±0.5Vの正弦波電圧を印加し、次いで3.0Hz周期で各金属電極に反対電圧が印加されるように電圧を印加し左右に往復する変位運動をさせた。 Next, using a potentiostat (Bottensio Galvanostat HA-151, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) and a multifunction generator (manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd., Wave Factory WF 1946), one of the pair of metal electrodes is the positive electrode and the other is the positive electrode. A sine wave voltage of ± 0.5 V was applied so as to be a negative electrode, and then a voltage was applied so that an opposite voltage was applied to each metal electrode in a cycle of 3.0 Hz, and a displacement motion reciprocating left and right was performed. .
この往復変位運動における屈曲ないし変位した状態での高分子アクチュエータ素子の先端の変位凸面の接線方向と重力方向とのなす角を、室温にて、右側変位、左側変位とも測定し、これを平均して変位角とした。 The angle between the tangential direction of the displacement convex surface at the tip of the polymer actuator element in the reciprocating displacement movement and the state of gravity and the direction of gravity are measured at room temperature for both the right side displacement and the left side displacement, and this is averaged. The displacement angle.
〔実施例1〕
ピロール(0.1mol dm−3)、テトラブチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(TBATFSI)(0.2mol dm−3)を含む安息香酸メチルとフタル酸ジメチルの混合溶媒(体積比1:5)を電解液として用い、作用極として白金をスパッタしたステンレス板(SUS310S板)を用い、対極としてニッケル板を用い、電流密度0.2mA cm−2の定電流法で0℃、4時間電解重合を行い、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドイオン(TFSI)がドープされたポリピロール膜(a)を作用極上に得た。このポリピロール膜(a)をアセトン中で剥がし、洗浄後、風乾して高分子アクチュエータ素子である自立ポリピロール膜(a)を調製した。
[Example 1]
Mixed solvent (volume ratio 1: 5) of methyl benzoate and dimethyl phthalate containing pyrrole (0.1 mol dm −3 ), tetrabutylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TBATFSI) (0.2 mol dm −3 ) ) As an electrolytic solution, a stainless steel plate (SUS310S plate) sputtered with platinum as a working electrode, a nickel plate as a counter electrode, and electropolymerization at 0 ° C. for 4 hours by a constant current method with a current density of 0.2 mA cm −2. Then, a polypyrrole film (a) doped with bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ion (TFSI) was obtained on the working electrode. The polypyrrole film (a) was peeled off in acetone, washed, and air-dried to prepare a self-supporting polypyrrole film (a) as a polymer actuator element.
得られたポリピロール膜(a)を短冊状(長さ2mm×幅10mmのサイズ)に切断し、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(1.0mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート(PC)溶液と0.05mol dm−3の硝酸水溶液との混合溶液(体積比2:3)を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。 The obtained polypyrrole film (a) was cut into strips (length 2 mm × width 10 mm), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) (1.0 mol dm −3 ) was used as a driving electrolyte. The polymer actuator element was evaluated using a mixed solution (volume ratio 2: 3) of a propylene carbonate (PC) solution and a 0.05 mol dm −3 nitric acid aqueous solution.
〔比較例1〕
得られたポリピロール膜(a)を短冊状(長さ10mm×幅2mmのサイズ)に切断し、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(1.0mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート溶液と水との混合溶液(体積比2:3)、対極として白金板を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。
[Comparative Example 1]
The obtained polypyrrole film (a) was cut into strips (length 10 mm × width 2 mm), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) (1.0 mol dm −3 ) was used as a driving electrolyte. The polymer actuator element was evaluated using a mixed solution of propylene carbonate solution and water (volume ratio 2: 3) and a platinum plate as a counter electrode.
実施例1および比較例1で得られた高分子アクチュエータ素子の伸縮率(%)の測定を行った。得られた結果を表1に示す。 The expansion / contraction rate (%) of the polymer actuator element obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was measured. The obtained results are shown in Table 1.
上記表1の結果より、周波数の高い場合(0.25〜2.0Hz)において、駆動電解質に硝酸水溶液を添加した場合(実施例1)、硝酸水溶液を添加しなかった場合(比較例1)に比べ、より大きな伸縮率を示すことがわかった。硝酸水溶液を添加することによって上記ポリピロール膜がより高速に駆動することが可能となった。 From the results of Table 1 above, when the frequency is high (0.25 to 2.0 Hz), when the aqueous nitric acid solution is added to the driving electrolyte (Example 1), when the aqueous nitric acid solution is not added (Comparative Example 1) It was found that a larger expansion / contraction rate was exhibited. By adding an aqueous nitric acid solution, the polypyrrole film can be driven at a higher speed.
〔実施例2〕
実施例1と同様の電解重合溶液を調製し、作用極として延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)膜の両面に金をスパッタした基材を用い、対極にニッケル板を配置して、電流密度0.2mA cm−2の定電流法で0℃、4時間電解重合を行い、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドイオン(TFSI)がドープされたポリピロールePTFE複合膜を得た。この複合膜は、ePTFEが絶縁膜であり、その両側にTFSIがドープされたポリピロールが配置された構造のバイモルフ型の高分子アクチュエータ素子である。
[Example 2]
An electrolytic polymerization solution similar to that in Example 1 was prepared, and a base plate on which gold was sputtered on both sides of an expanded porous polytetrafluoroethylene (ePTFE) film as a working electrode, a nickel plate was disposed on the counter electrode, and current density Electropolymerization was performed at 0 ° C. for 4 hours by a constant current method of 0.2 mA cm −2 to obtain a polypyrrole ePTFE composite film doped with bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ion (TFSI). This composite film is a bimorph type polymer actuator element in which ePTFE is an insulating film and polypyrrole doped with TFSI is disposed on both sides thereof.
得られたポリピロールePTFE複合膜を短冊状(長さ15mm×幅2mmのサイズ)に切断し、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(0.5mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート溶液と0.1mol dm−3の硝酸水溶液との混合溶液(体積比1:1)を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。 The obtained polypyrrole ePTFE composite membrane was cut into a strip shape (length 15 mm × width 2 mm), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) (0.5 mol dm −3 ) was contained as a driving electrolyte. The polymer actuator element was evaluated using a mixed solution (volume ratio 1: 1) of a propylene carbonate solution and a 0.1 mol dm −3 nitric acid aqueous solution.
〔比較例2〕
得られたポリピロールePTFE複合膜を短冊状(長さ15mm×幅2mmのサイズ)に切断し、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(0.5mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート(PC)溶液と水との混合溶液(体積比1:1)を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。
[Comparative Example 2]
The obtained polypyrrole ePTFE composite membrane was cut into a strip shape (length 15 mm × width 2 mm), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) (0.5 mol dm −3 ) was contained as a driving electrolyte. The polymer actuator element was evaluated using a mixed solution (volume ratio 1: 1) of a propylene carbonate (PC) solution and water.
実施例2および比較例2で得られた高分子アクチュエータ素子の変位角(°)の測定を行った。得られた結果を表2に示す。 The displacement angle (°) of the polymer actuator element obtained in Example 2 and Comparative Example 2 was measured. The obtained results are shown in Table 2.
上記表2の結果より、同一周波数で同一電圧において、駆動電解質に硝酸水溶液を添加した場合(実施例2)、硝酸水溶液を添加しなかった場合(比較例2)に比べ、より大きく振れることがわかった。硝酸水溶液を添加することによって上記ポリピロールePTFE複合膜の変位性能を大きく向上させることが可能となった。 From the results shown in Table 2 above, when the nitric acid aqueous solution is added to the driving electrolyte at the same frequency and the same voltage (Example 2), it can shake more greatly than when the nitric acid aqueous solution is not added (Comparative Example 2). all right. By adding an aqueous nitric acid solution, the displacement performance of the polypyrrole ePTFE composite membrane can be greatly improved.
〔実施例3〕
ピロール(0.1mol dm−3)、テトラブチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(TBATFSI)(0.2mol dm−3)を含む安息香酸メチルとフタル酸ジメチルの混合溶媒(体積比1:5)を電解液として用い、作用極として白金を用い、対極としてニッケル板を用い、+1.4V v.s. Ag/AgClの定電位法で−10℃、6時間電解重合を行い、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドイオン(TFSI)がドープされたポリピロール膜(b)を作用極上に得た。このポリピロール膜(b)をアセトン中で剥がし、洗浄後、風乾して高分子アクチュエータ素子である自立ポリピロール膜(b)を調製した。
Example 3
Mixed solvent (volume ratio 1: 5) of methyl benzoate and dimethyl phthalate containing pyrrole (0.1 mol dm −3 ), tetrabutylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TBATFSI) (0.2 mol dm −3 ) ) As an electrolyte, platinum as a working electrode, a nickel plate as a counter electrode, and + 1.4V v. s. Electropolymerization was performed at −10 ° C. for 6 hours by a constant potential method of Ag / AgCl to obtain a polypyrrole film (b) doped with bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ion (TFSI) on the working electrode. The polypyrrole film (b) was peeled off in acetone, washed, and air-dried to prepare a self-supporting polypyrrole film (b) as a polymer actuator element.
得られたポリピロール膜(b)を短冊状(長さ2mm×幅10mmのサイズ)に切断し、プロピレンカーボネートと0.1mol dm−3の硝酸水溶液との混合溶液(体積比9:1)に5分間含浸した後、再びアセトンで洗浄、風乾した。酸に接触処理をした上記ポリピロール膜(b)を、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(1.0mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート溶液と水との混合溶液(体積比2:3)を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。 The obtained polypyrrole film (b) was cut into strips (length 2 mm × width 10 mm), and mixed with propylene carbonate and 0.1 mol dm −3 nitric acid aqueous solution (volume ratio 9: 1) to 5 After impregnating for minutes, it was again washed with acetone and air dried. The polypyrrole film (b) subjected to contact treatment with an acid was mixed with a propylene carbonate solution containing lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) (1.0 mol dm −3 ) as a driving electrolyte and water ( Polymer actuator elements were evaluated using a volume ratio of 2: 3).
〔比較例3〕
得られたポリピロール膜(b)を短冊状(長さ10mm×幅2mmのサイズ)に切断し、実施例3の酸への接触処理を行わずに、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(1.0mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート溶液と水との混合溶液(体積比2:3)、対極として白金板を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。
[Comparative Example 3]
The obtained polypyrrole film (b) was cut into strips (length 10 mm × width 2 mm), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) was used as the driving electrolyte without performing the contact treatment with the acid of Example 3. ) Polymer actuator elements were evaluated using a mixed solution of propylene carbonate solution containing imide (LiTFSI) (1.0 mol dm −3 ) and water (volume ratio 2: 3) and a platinum plate as a counter electrode.
実施例3および比較例3で得られた高分子アクチュエータ素子の伸縮率(%)の測定を行った。得られた結果を表3に示す。 The expansion / contraction rate (%) of the polymer actuator elements obtained in Example 3 and Comparative Example 3 was measured. The obtained results are shown in Table 3.
上記表3の結果より、酸への接触処理を行った場合(実施例3)、酸への接触処理を行わなかった場合(比較例3)に比べ、周波数の高い場合(0.1〜2.0Hz)において、+0.7Vv.s.Ag/AgClの定電位を印加した伸長、−0.7Vv.s.Ag/AgClの定電位を印加した収縮のいずれにおいても、より大きな伸縮率を示すことがわかった。酸の前処理を行ったことによって上記ポリピロール膜がより高速に駆動することが可能となった。 From the results of Table 3 above, when the contact treatment with acid was performed (Example 3 ), when the contact treatment with acid was not performed (Comparative Example 3 ), the frequency was higher (0.1 to 2 .0 Hz) at +0.7 Vv. Elongation with constant potential of s.Ag/AgCl applied, -0.7 Vv. It was found that any shrinkage to which a constant potential of s.Ag/AgCl was applied showed a larger stretch rate. By performing the acid pretreatment, the polypyrrole film can be driven at a higher speed.
〔実施例4〕
実施例1と同様に調製したTFSIがドープされたポリピロール膜(a)を短冊状(長さ2mm×幅10mmのサイズ)に切断し、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(1.0mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート(PC)溶液と0.05mol dm−3のビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド酸(HTFSI)水溶液との混合溶液(体積比2:3)を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。
Example 4
The polypyrrole film (a) doped with TFSI prepared in the same manner as in Example 1 was cut into strips (size of 2 mm length × 10 mm width), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) as a driving electrolyte. ) A mixed solution (volume ratio 2: 3) of a propylene carbonate (PC) solution containing (1.0 mol dm −3 ) and a 0.05 mol dm −3 aqueous bis (trifluoromethylsulfonyl) imidic acid (HTFSI) solution. The polymer actuator element was evaluated using this.
〔比較例4〕
得られたポリピロール膜(a)を短冊状(長さ10mm×幅2mmのサイズ)に切断し、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(1.0mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート溶液と水との混合溶液(体積比2:3)、対極として白金板を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。
[Comparative Example 4]
The obtained polypyrrole film (a) was cut into strips (length 10 mm × width 2 mm), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) (1.0 mol dm −3 ) was used as a driving electrolyte. The polymer actuator element was evaluated using a mixed solution of propylene carbonate solution and water (volume ratio 2: 3) and a platinum plate as a counter electrode.
実施例4および比較例4で得られた高分子アクチュエータ素子の伸縮率(%)の測定を行った。得られた結果を表4に示す。 The expansion / contraction rate (%) of the polymer actuator element obtained in Example 4 and Comparative Example 4 was measured. Table 4 shows the obtained results.
上記表4の結果より、駆動電解質に硝酸水溶液を添加した場合(実施例4)、硝酸水溶液を添加しなかった場合(比較例4)に比べ、周波数の高い場合(0.1〜2.0Hz)において、+0.7V v.s. Ag/AgClの定電位を印加した伸長、−0.7V v.s. Ag/AgClの定電位を印加した収縮のいずれにおいても、より大きな伸縮率を示すことがわかった。硝酸水溶液を添加することによって上記ポリピロール膜がより高速に駆動することが可能となった。 From the results of Table 4 above, when the aqueous nitric acid solution was added to the driving electrolyte (Example 4), the case where the frequency was higher (0.1 to 2.0 Hz) than when the aqueous nitric acid solution was not added (Comparative Example 4). ) + 0.7V v. s. Elongation with constant potential of Ag / AgCl applied, -0.7 V It was found that any expansion / contraction with a constant potential of s. Ag / AgCl showed a larger expansion / contraction rate. By adding an aqueous nitric acid solution, the polypyrrole film can be driven at a higher speed.
〔実施例5〕
ピロール(0.25mol dm−3)、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド(DMPIMe)(0.12mol dm−3)を含む安息香酸メチルを電解液として用い、作用極としてグラッシーカーボン板を用い、対極としてニッケル板を用い、+1.2V v.s. Ag/AgClの定電位法で−10℃、15時間電解重合を行い、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドイオンがドープされたポリピロール膜(c)を作用極上に得た。このポリピロール膜(c)をアセトン中で剥がし、洗浄後、風乾して高分子アクチュエータ素子である自立ポリピロール膜(c)を調製した。
Example 5
Methyl benzoate containing pyrrole (0.25 mol dm −3 ), 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide (DMPIMe) (0.12 mol dm −3 ) is used as an electrolyte. Using a glassy carbon plate as the working electrode and a nickel plate as the counter electrode, + 1.2V v. s. Electropolymerization was performed at −10 ° C. for 15 hours by a constant potential method of Ag / AgCl to obtain a polypyrrole film (c) doped with tris (trifluoromethylsulfonyl) methide ion on the working electrode. The polypyrrole film (c) was peeled off in acetone, washed and air-dried to prepare a self-supporting polypyrrole film (c) as a polymer actuator element.
得られたポリピロール膜(c)を短冊状(長さ2mm×幅10mmのサイズ)に切断し、駆動電解液として1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド(DMPIMe)(0.10mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート(PC)溶液と0.1mol dm−3の硝酸水溶液との混合溶液(体積比2:3)を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。 The obtained polypyrrole membrane (c) was cut into strips (size of 2 mm length × 10 mm width), and 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide (DMPIMe) was used as a driving electrolyte. The polymer actuator element was evaluated using a mixed solution (volume ratio 2: 3) of a propylene carbonate (PC) solution containing (0.10 mol dm −3 ) and a 0.1 mol dm −3 nitric acid aqueous solution.
〔比較例5〕
得られたポリピロール膜(c)を短冊状(長さ10mm×幅2mmのサイズ)に切断し、駆動電解液としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)(1.0mol dm−3)を含むプロピレンカーボネート溶液と水との混合溶液(体積比9:1)、対極として白金板を用いて高分子アクチュエータ素子を評価した。
[Comparative Example 5]
The obtained polypyrrole film (c) was cut into strips (length 10 mm × width 2 mm), and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) (1.0 mol dm −3 ) was used as a driving electrolyte. The polymer actuator element was evaluated using a mixed solution of propylene carbonate solution and water (volume ratio 9: 1) and a platinum plate as a counter electrode.
実施例5および比較例5で得られた高分子アクチュエータ素子の伸縮率(%)の測定を行った。得られた結果を表5に示す。 The expansion / contraction rate (%) of the polymer actuator elements obtained in Example 5 and Comparative Example 5 was measured. The results obtained are shown in Table 5.
上記表5の結果より、周波数の高い場合(0.1〜0.5Hz)において、駆動電解質に硝酸水溶液を添加した場合(実施例5)、硝酸水溶液を添加しなかった場合(比較例5)に比べ、より大きな伸縮率を示すことがわかった。硝酸水溶液を添加することによって上記ポリピロール膜がより高速に駆動することが可能となった。 From the results of Table 5 above, when the frequency is high (0.1 to 0.5 Hz), when the aqueous nitric acid solution is added to the drive electrolyte (Example 5), when the aqueous nitric acid solution is not added (Comparative Example 5) It was found that a larger expansion / contraction rate was exhibited. By adding an aqueous nitric acid solution, the polypyrrole film can be driven at a higher speed.
Claims (12)
前記駆動電解液が、有機溶媒および酸の混合溶液、または有機溶媒、水、および酸の混合溶液であることを特徴とするアクチュエータ。 An actuator including a conductive polymer and a driving electrolyte,
The actuator, wherein the driving electrolyte is a mixed solution of an organic solvent and an acid, or a mixed solution of an organic solvent, water, and an acid.
前記導電性高分子が酸に接触処理したものであり、かつ、前記駆動電解液が、有機溶媒、または有機溶媒および水の混合溶液であることを特徴とするアクチュエータ。 An actuator including a conductive polymer and a driving electrolyte,
An actuator, wherein the conductive polymer is contact-treated with an acid, and the driving electrolyte is an organic solvent or a mixed solution of an organic solvent and water.
(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)N− (1)
〔上記式(1)において、mおよびnは任意の整数。〕 The actuator according to claim 1 , wherein the conductive polymer is a film-shaped conductive polymer doped with perfluoroalkylsulfonylimide ions represented by the following formula (1).
(C m F (2m + 1 ) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) N - (1)
[In the above formula (1), m and n are arbitrary integers. ]
(ClF(2l+1)SO2)(CmF(2m+1)SO2)(CnF(2n+1)SO2)C− (2)
〔上記式(2)において、l、mおよびnは任意の整数。〕 The actuator according to claim 1 , wherein the conductive polymer is a film-shaped conductive polymer doped with a perfluoroalkylsulfonylmethide ion represented by the following formula (2).
(C l F (2l + 1 ) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2) C - (2)
[In the above formula (2), l, m and n are arbitrary integers. ]
前記駆動電解液に酸を加える工程を含むことを特徴とするアクチュエータの製造方法。 It is a manufacturing method of the actuator in any one of Claim 1 and Claim 3-8 ,
The manufacturing method of the actuator characterized by including the process of adding an acid to the said drive electrolyte solution.
前記導電性高分子を酸に接触処理する工程を含むことを特徴とするアクチュエータの製造方法。 A method for manufacturing the actuator according to any one of claims 2 to 8 ,
A method for manufacturing an actuator comprising the step of contacting the conductive polymer with an acid.
前記電解液中で、前記導電性高分子を電解重合法により、製造することを特徴とする請求項9又は10に記載のアクチュエータの製造方法。The method for manufacturing an actuator according to claim 9 or 10, wherein the conductive polymer is manufactured in the electrolytic solution by an electrolytic polymerization method.
前記駆動電解液中で電圧を印加することにより、前記導電性高分子が駆動することを特徴とするアクチュエータの駆動方法。 A driving method of the actuator according to any one of claims 1 to 8,
By applying a voltage in the drive electrolytic solution, a driving method of the actuator the conductive polymer characterized that you drive.
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