CN1910810B - 促动器及促动器用平板状电极支撑体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明作为家务服务、办公服务或护理服务等中可以使用的机械手等的驱动源，提供驱动源自身小型、轻量并且柔软而安全的促动器及其平板状电极支撑体的制造方法。是在设置了导电性聚合物层(3)的电极(1)和对置电极(2)之间具有与导电性聚合物层接触的电解质层(4)，通过向两电极间施加电场而使导电性聚合物层膨胀收缩变形的促动器，该促动器的设置了导电性聚合物层的电极是被图案处理成在作为导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上成为低刚性的平板状电极。

Description

促动器及促动器用平板状电极支撑体的制造方法
技术领域
本发明涉及可以适用于家庭用机械手等中的、因电刺激而变形的、柔软而又轻量的平板薄形的促动器及平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法。
背景技术
作为以往的产业用机械手的关节驱动机构的驱动源，使用电磁马达、液压促动器、气压促动器等。使用了这些驱动源的关节驱动机构有使用了由金属主体构成的电磁马达和减速机构的、使用了金属制的液气压气缸的等，其自身由硬而重的材质制成，在工厂内的特定的场所中被管理使用。
与之不同，被期待在家庭或办公室、医院等中因家务服务、办公服务、高龄者或残障者的护理服务等而在人之间活跃的机械手等机器的驱动源被要求为，驱动源自身小型、轻量并且柔软而安全。
作为此种促动器，在所述气压式促动器之中，有富于柔软性的橡胶制的气压式促动器，然而为了驱动，压缩机或控制阀等辅机类也是必需的，从而在***整体的轻量化方面有限制。
针对于此，提出过使用了轻量而富于柔软性的各种聚合物材料的人工肌肉促动器，迫切期望它的实用化。
对于因电刺激而动作的聚合物促动器，在非专利文献1(SG.Wax，R.R.Sands，Smart Structures And Materials 1999：Electroactive PolymerAcutators and Devices，Proc.SPIE，Vol.3669，pp.2-10，1999.)中被作为主题演讲而解说过。每年都进行该领域的研讨，积极地进行研究。在高分子凝胶、金属合成物离子聚合物、有机导电性聚合物、碳分散导电性聚合物、介电性弹性体等中，正在进行因电刺激而驱动的聚合物促动器的研究。其中，有机导电性聚合物、碳分散导电性聚合物等导电性聚合物可以用比较低的电压驱动，其产发应力具有超过生物体的肌肉的能力，被期待作为具有轻量而柔软的性质的促动器。
作为导电性聚合物的例子，在专利文献1(特开平11-169394号公报)中，公布有在作为有机导电性聚合物的聚苯胺膜体中形成金属电极并用固体电解质成形体夹持的促动器。有机导电性聚合物自身由于具有导电性，因此也可以将它们作为电极而施加电压，然而为了减少由导电性聚合物的电阻造成的电压降低，形成了金属电极。通过向这些电极间施加电压，固体电解质成形体中的阴离子从阴极向阳极移动，阴离子被掺杂到阳极的聚苯胺中而膨胀。另一方面，阴极侧的聚苯胺受到相反的作用，即，阴离子被去掺杂，从而收缩。其结果是，由导电性聚合物和聚苯胺膜体构成的该构成的促动器发生弯曲。该动作是较薄的膜体弯曲的现象，虽然可以获得很大的位移，然而由于弯曲刚性低，因此有无法引发很大的力的缺点。
作为并非弯曲变形，而是使导电性聚合物沿长边方向伸缩变形的促动器，在非专利文献2(Gordon G.Wallace etc.，Smart Structures And Materials2002：Electroactive Polymer Actuators and Devices，Proc.SPIE，Vol.4695，pp.8-16，2002.)中公布有将金属制的螺旋弹簧作为电极而在其中设置了有机导电性聚合物的例子。有机导电性聚合物为圆筒状，在捆扎起来的情况下有生成产发力的有效截面积小的问题。另外，该例子中，为了将电解液密封，采用了将该带有螺旋弹簧的圆筒状聚合物收纳于圆筒状容器中的构造，因而有效截面积进一步变小。另外，力的作用部是在其中结合可动销栓和弹簧的构造，从而有制造方法十分复杂的问题。
另外，专利文献2(特开平7-83159号公报)及专利文献3(特开平6-133922号公报)中，都公布有为了利用电刺激进行屈曲动作，而将梳齿状电极制成了圆筒体的促动器，然而由于任何一个都是促动器的厚度很大的圆筒形或卷绕了的形状，因此响应性差，只能在低速下动作，制造也不容易。
而且，这里，所谓导电性聚合物是指，包括在聚合物自身中具有导电性的有机导电性聚合物、添加了碳微粒等导电性材料的导电性高分子的广义的导电性聚合物。
发明内容
所以，本发明的目的在于，解决所述问题，作为此种促动器，提供如下的使用了导电性聚合物的平板薄形的促动器及平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，其可以产生很大的力，并且高速地动作，制造容易，可靠性优良。
为了实现所述目的，本发明如下所示地构成。
根据本发明，提供如下的平板薄形的促动器，即，具有：
平板状的导电性聚合物层、
与所述导电性聚合物层接触的电极、
与所述电极相面对的对置电极、
在所述电极和所述对置电极之间与所述导电性聚合物层及所述对置电极接触的电解质层，
所述电极是按照在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上成为低刚性，并且在与所述长边方向大致正交的宽度方向上成为高刚性的方式，在所述长边方向上具有至少1个屈曲部而进行了图案处理的平板状电极，通过向所述电极和所述对置电极之间施加电场，使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形。
另外，根据本发明，提供如下的平板薄形的促动器，即，具有：
平板状的导电性聚合物层、
与所述导电性聚合物层接触的电极、
与所述电极相面对的对置电极、
在所述电极和所述对置电极之间与所述导电性聚合物层及所述对置电极接触的电解质层，
所述电极是按照在伴随着所述导电性聚合物层的伸缩的驱动力的输出方向上成为低刚性，并且在与所述输出方向大致正交的宽度方向上成为高刚性的方式，在所述输出方向上具有至少1个屈曲部而进行了图案处理的平板状电极，通过向所述电极和所述对置电极之间施加电场，使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形，而将所述驱动力沿所述输出方向输出。
另外，根据本发明，提供一种平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，是在对置电极和设置了平板状的导电性聚合物层的电极之间具有与所述导电性聚合物层及所述对置电极接触的电解质层，通过向所述电极和所述对置电极之间施加电场而使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形的平板薄形的促动器中的由所述导电性聚合物层和所述电极构成的平板薄形的促动器的平板状电极支撑体的制造方法，其特征是，
对于平板状电极，按照在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上成为低刚性，并且在与所述长边方向大致正交的宽度方向上成为高刚性的方式，利用蚀刻加工或冲裁加工进行图案处理，从使得在所述长边方向上具有至少1个屈曲部，由此形成所述电极，
在将所述被图案处理了的平板状电极与其他的平板顶靠的状态下，在所述电极上利用电解聚合或浇注法形成了所述导电性聚合物层后，将所述平板除去，制造出所述平板状电极支撑体。
根据本发明，在设置了平板状的导电性聚合物层的电极和对置电极之间具有与所述导电性聚合物层接触的电解质层，通过向两电极间施加电场而使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形的平板薄形的促动器中，所述设置了导电性聚合物层的电极可以设为如下的平板状电极，即，在作为导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向(换言之，是促动器的驱动力的输出方向)上成为低刚性，在与长边方向大致正交的宽度方向上成为高刚性地进行图案处理(形成图案)，另外还兼具作为支撑体的功能。这样，作为被期待在家庭或办公室、医院等中因家务服务、办公服务、高龄者或残障者的护理服务等而在人之间活跃的机械手等机器的驱动源，就可以实现驱动源自身小型轻量并且柔软而安全的促动器。作为此种促动器，可以提供能够产生很大的力，并且高速地动作，制造容易，可靠性优良的平板薄形的促动器及平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法。
附图说明
本发明的这些及其他的目的和特征将由与针对附加的图的优选的实施方式关联的如下的记述来阐明。该附图中，
图1A是本发明的实施方式1的一个方式的促动器的俯视图，
图1B是本发明的实施方式1的所述一个方式的促动器的剖面图，
图1C是本发明的实施方式1的其他的方式的促动器的俯视图，
图1D是本发明的实施方式1的所述其他的方式的促动器的剖面图，
图2A是说明本发明的促动器的动作原理的剖面图，
图2B是说明本发明的促动器的动作原理的剖面图，
图2C是说明本发明的促动器的动作原理的剖面图，
图2D是说明本发明的促动器的动作原理的剖面图，
图3A是表示本发明的实施方式1的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图3B是表示本发明的实施方式1的示意性的方式的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图3C是表示本发明的实施方式1的其他的方式的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图3D是表示本发明的实施方式1的图3C的方式的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图3E是表示本发明的实施方式1的其他的方式的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图3F是表示本发明的实施方式1的其他的方式的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图3G是表示本发明的实施方式1的其他的方式的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图3H是表示本发明的实施方式1的其他的方式的促动器进行伸缩的样子的俯视图，
图4是表示将本发明的实施方式1的图案处理的图案形状的电极的刚性与其他的形状的情况比较的表的图，
图5A是表示用于说明将本发明的实施方式1的促动器的变形状态解析计算后的结果的参考例的俯视图，
图5B是表示将本发明的实施方式1的促动器的变形状态解析计算后的结果的俯视图，
图5C是表示对用于说明将本发明的实施方式1的促动器的变形状态解析计算后的结果的图4的(c)的形状的电极的促动器的变形状态进行了解析计算后的结果的俯视图，
图5D是表示对用于说明将本发明的实施方式1的促动器的变形状态解析计算后的结果的图4的(d)的形状的电极的促动器的变形状态进行了解析计算后的结果的俯视图，
图5E是表示在图5B的实施方式1的促动器中，将促动器的长度设为8mm并且改变了促动器的电极的膜厚时(5μm、10μm、20μm)的相对于导电性聚合物层的厚度的促动器的位移量的关系的图表，
图5F是表示在图5B的实施方式1的促动器中，将促动器的长度设为8mm并且改变了促动器的电极的膜厚时(5μm、10μm、20μm)的相对于导电性聚合物层的厚度的促动器的位移量的增大率(位移增大率)的图表，
图5G是将纵轴设为位移增大率、将横轴设为(导电性聚合物层的厚度/电极的膜厚)的比后的图5F的结果的图表，
图6是本发明的实施方式1的试制的平面上电极的俯视图，
图7A是本发明的实施方式2的促动器的俯视图，
图7B是本发明的实施方式2的促动器的剖面图，
图8A是本发明的实施方式2的其他的方式的促动器的俯视图，
图8B是本发明的实施方式2的所述其他的方式的促动器的剖面图，
图9A是本发明的实施方式2的另一个的方式的促动器的俯视图，
图9B是本发明的实施方式2的另一个方式的促动器的剖面图，
图10A是本发明的实施方式3的促动器的俯视图，
图10B是本发明的实施方式3的促动器的剖面图，
图11A是本发明的实施方式3的其他的方式的促动器的俯视图，
图11B是本发明的实施方式3的所述其他的方式的促动器的剖面图，
图12A是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，将平板状电极与其他的平板紧密顶靠而支撑的状态的俯视图，
图12B是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，将平板状电极与其他的平板紧密顶靠而支撑的状态的剖面图，
图12C是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，覆盖平板状电极的大部分和平板地形成了导电性聚合物层的状态的俯视图，
图12D是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，覆盖平板状电极的大部分和平板地形成了导电性聚合物层的状态的剖面图，
图12E是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，平板被从电极和导电性聚合物层中除去了的状态的俯视图，
图12F是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，平板被从电极和导电性聚合物层中除去了的状态的剖面图，
图12G是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，在导电性聚合物层的背面也形成了导电性聚合物层的状态的剖面图，
图12H是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，从平板状电极中将两侧的断开部分别断开的状态的俯视图，
图12I是表示在本发明的实施方式4的带有导电性聚合物的平板状电极支撑体的制造方法中，从平板状电极中将两侧的断开部分别断开的状态的剖面图，
图13A是在本发明的实施方式4的制造方法中所用的限制夹具所夹持的基板及电极上形成了导电性聚合物层的状态的俯视图，
图13B是在本发明的实施方式4的制造方法中所用的限制夹具所夹持的基板及电极上形成了导电性聚合物层的状态的剖面图，
图13C是本发明的实施方式4的变形例的制造方法中所用的在底座中嵌入了磁铁的限制夹具所夹持的基板及电极上形成了导电性聚合物层的状态的俯视图，
图13D是在图13C的限制夹具所夹持的基板及电极上形成了导电性聚合物层的状态的剖面图，
图13E是表示在使用了图13A及图13B的限制夹具的情况下产生的问题的局部放大图，
图13F是表示通过使用图13D的限制夹具，磁铁将电极拉向磁铁侧的状态的剖面图，
图14A是将本发明的所述实施方式的促动器应用于关节驱动机构的促动器中的本发明的实施方式5的关节驱动机构的非驱动状态下的侧视图，
图14B是将本发明的所述实施方式的促动器应用于关节驱动机构的促动器中的本发明的实施方式5的关节驱动机构的驱动状态下的侧视图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。
以下，在详细说明本发明的实施方式之前，对本发明的各种形态进行说明。
根据本发明的第一形态，提供如下的平板薄形的促动器，即，具有：
平板状的导电性聚合物层、
与所述导电性聚合物层接触的电极、
与所述电极相面对的对置电极、
在所述电极和所述对置电极之间与所述导电性聚合物层接触的电解质层，
所述电极是按照在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上成为低刚性，并且在与所述长边方向大致正交的宽度方向上成为高刚性的方式，在所述长边方向上具有至少1个屈曲部而进行了图案处理的平板状电极，通过向两电极间施加电场，使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形。
根据本发明的第二形态，提供如下的第一形态所述的平板薄形的促动器，即，所述电极是在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上具有多个屈曲部的锯齿形状的平板状电极。
根据本发明的第三形态，提供如下的第一或第二形态所述的平板薄形的促动器，即，所述电极是由：在与作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向大致正交的宽度方向延伸的多个带状部、将所述相邻的带状部彼此之间连结的在所述长边方向延伸的连结部构成的平板状电极。
根据本发明的第四形态，提供如下的第一～第三形态中任意一项所述的平板薄形的促动器，即，在所述电极的作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的所述长边方向的两端，设有平板状的延长部，将这些延长部作为力的作用部。
根据本发明的第五形态，提供如下的第四形态所述的平板薄形的促动器，即，在所述电极的表背两面设有所述导电性聚合物层，并且在所述电极的作为所述延长部的力的作用部设置孔，通过将所述表背的导电性聚合物层连结而补强。
根据本发明的第六形态，提供如下的第一～第五形态中任意一项所述的平板薄形的促动器，即，将设置了所述导电性聚合物层的所述电极与所述对置电极交互地配置而层叠。
根据本发明的第七形态，提供如下的第一～第六形态中任意一项所述的平板薄形的促动器，即，所述电极是由金、铂、镍、钛、不锈钢等金属或合金、或碳制成的薄板或者对这些薄板实施了涂敷所述材质组或化学氧化等表面处理的电极。
根据本发明的第八形态，提供如下的第一～第七形态中任意一项所述的平板薄形的促动器，即，所述导电性聚合物层由：聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩基体的π共轭聚合物或作为其衍生物的有机导电性聚合物或碳微粒、碳纳米管、碳纤维等碳分散体系的导电性聚合物构成。
根据本发明的第九形态，提供如下的第一～第八形态中任意一项所述的平板薄形的促动器，即，所述电解质层为含有离子性液体的高分子凝胶或高分子。
根据本发明的第十形态，提供如下的第一或第二形态所述的平板薄形的促动器，即，所述导电性聚合物层的厚度与所述电极的厚度的比在3以下。
根据本发明的第十一形态，提供如下的平板薄形的促动器，即，具有：
平板状的导电性聚合物层、
与所述导电性聚合物层接触的电极、
与所述电极相面对的对置电极、
在所述电极和所述对置电极之间与所述导电性聚合物层接触的电解质层，
所述电极是按照在伴随着所述导电性聚合物层的伸缩的驱动力的输出方向上成为低刚性，并且在与所述输出方向大致正交的方向上成为高刚性的方式，在所述输出方向上具有至少1个屈曲部而进行了图案处理的平板状电极，通过向两电极间施加电场，使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形而将所述驱动力沿所述输出方向输出。
根据本发明的第十二形态，提供一种平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，是在设置了平板状的导电性聚合物层的电极和对置电极之间具有与所述导电性聚合物层接触的电解质层，通过向两电极间施加电场而使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形的平板薄形的促动器中的由所述导电性聚合物层和所述电极构成的平板薄形的促动器的平板状电极支撑体的制造方法，其特征是，
作为所述电极，对于平板状电极，按照在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上成为低刚性，并且在与所述长边方向大致正交的宽度方向上成为高刚性的方式，利用蚀刻加工或冲裁加工进行图案处理，从使得在所述长边方向上具有至少1个屈曲部，
在将所述被图案处理了的平板状电极与其他的平板顶靠的状态下，在所述电极上利用电解聚合或浇注法形成了所述导电性聚合物层后，将所述平板除去，制造出所述平板状电极支撑体。
根据本发明的第十三形态，提供如下的第十二形态所述的平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，即，在除去了所述平板的面上，利用电解聚合或浇注法又形成所述导电性聚合物层而制造所述平板状电极支撑体。
根据本发明的第十四形态，提供如下的第十二形态所述的平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，即，在成为所述电极的平板状电极被用断开部连结部与不作为所述电极残留的断开部连结的状态下，在所述电极上利用电解聚合或浇注法形成了所述导电性聚合物层后，在所述断开部连结部处切断，将所述断开部除去而制造所述平板状电极支撑体。
根据本发明的第十五形态，提供如下的第十二形态所述的平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，即，将成为所述电极的平板状电极设为磁性体，利用磁力吸引由磁性体构成的所述电极而使之与所述其他的平板顶靠。
以下，将基于附图对本发明的相关实施方式进行详细说明。
(实施方式1)
图1A及图1B是表示本发明的实施方式1的一个方式的平板薄形的促动器的俯视图和剖面图，在电极1的厚度方向的任意一侧，例如在下侧配置了导电性聚合物层3和对置电极2。该所述的一个方式是由本发明的最小限度的构成要素组成的例子。
另一方面，图1C及图1D是表示本发明的实施方式1的其他的方式的平板薄形的促动器的俯视图和剖面图。后者的图1C、图1D的方式是以前者的图1A及图1B的方式的电极1为中心，在其厚度方向的上下的位置上对称地配置了导电性聚合物层3和对置电极2的构成。通过向电极1和相面对的2个电极2施加同相的电压，就可以使促动器沿伸缩方向5进行伸缩变形。该构成中，由于构造在厚度方向上对称，因此不会产生由刚性的不平衡造成的不需要的弯曲变形，在促动器的长边方向上，换言之，在伸缩方向5的方向(即，促动器的驱动力的输出方向)上，可以效率良好地使促动器伸缩，在这一点上是更为优选的方式。
图1A及图1B所示的这些促动器具有：长方体的平板形状的导电性聚合物层3、被嵌入导电性聚合物层3的图1A的上面侧地设置的不锈钢等金属的电极1、被与电极1相面对地远离电极1配置并且为不锈钢等金属的矩形板状的对置电极2、在与电极1接触的导电性聚合物层3和对置电极2之间被相接地配置的电解质层4。
图1C及图1D所示的这些促动器具有：长方体的板形状的导电性聚合物层3C、被嵌入导电性聚合物层3C的图1D的厚度方向的中央部地设置的不锈钢等金属的电极1、被与电极1相面对地远离电极1而在上下分别配置并且为不锈钢等金属的矩形板状的对置电极2、在上下与电极1接触的各个导电性聚合物层3和各个对置电极2之间被相接地配置的电解质层4。如前所述，前者的促动器(图1A及图1B)仅在电极1的单侧配置有对置电极2，而后者的促动器(图1C及图1D)在电极1的上下两侧配置有对置电极2，在这一点上不同。
而且，作为一个例子，优选作为导电性聚合物层的厚度设为80μm以下，作为电极的厚度设为5～50μm而构成平板薄形的促动器。因为如果电极的厚度小于5μm，则难以发挥其作为支撑体的功能，当超过50μm时，则刚性变得过大，难以进行位移，因此不够理想。另外，由于当导电性聚合物层的厚度超过80μm时，则从导电性聚合物层的表背面进出的离子种就难以行进至膜的中央，产发位移变小，并且动作速度降低，因此不够理想。另外，作为更为优选的例子，可以是将导电性聚合物层的厚度设为30μm以下，将电极的厚度设为5～10μm而构成平板薄形的促动器。
图1A～图1D的设置了导电性聚合物层3、3C的电极1为了在导电性聚合物层3、3C的伸缩方向(图1A中为促动器的长边方向)5上成为低刚性而被进行了图案处理，形成平板状电极。图1A～图1D的电极1的被图案处理的图案形状形成如下的形状，即，沿与所述长边方向5大致正交的宽度方向(促动器的宽度方向)延伸地，并且在所述长边方向5上等间隔地配置多个细长矩形的宽度方向长方形图案1a，用沿长边方向延伸的矩形的较短的长方形并且将相邻的宽度方向长方形图案(带状部的一个例子。)1a之间在各自相面对的宽度方向的端部用连结部1b连结，从而能够在促动器的宽度方向的各个端部屈曲。当像这样将相邻的宽度方向长方形图案1a的端部之间用连结部1b连结时，连结部1b就被沿长边方向交互地配置，使得电极1构成近似锯齿状的形状。这里所谓近似锯齿状的形状是指，在宽度方向上具有至少1个缺口或空间并且沿长边方向5连续的细长的形状。所述近似锯齿状的形状如果是均一的图案，则作为促动器容易进行动作控制。导电性聚合物层3、3C的一部分进入由所述相邻的宽度方向长方形图案1a和连结部1b形成的空间内，图1A中导电性聚合物层3和电极1的上面变得大致相同，图1A中，电极1被从上面嵌入至导电性聚合物层3的厚度的一半左右。另一方面，图1D中第一导电性聚合物层3b和电极1的上面变得大致相同，与图1A相同，在电极1被从上面嵌入至第一导电性聚合物层3b的厚度的一半左右的状态下，在所述上面配置薄的长方体的板形状的第二导电性聚合物层3a，结果是，电极1被配置于将第一导电性聚合物层3b和第二导电性聚合物层3a对合了的导电性聚合物层3C中。在功能上，导电性聚合物层3C相当于图1A的导电性聚合物层3。
另外，在图1A～图1D的各电极1的长边方向5(换言之，箭头5也称作促动器的驱动力的输出方向。)的两端，分别设有电极1的矩形板状的延长部1c，将各延长部1c作为力的作用部。在与作为电极1的延长部1c的力的作用部的端缘相反一侧的图案形成侧，在图1A中，沿着宽度方向在一条直线上设有3个用于使电极1和导电性聚合物层3的连结牢固的孔1d。另外，在延长部1c的中央附近，设有用于使连结销栓7贯穿该力的作用部的销栓孔1g，将夹入各延长部1c的钩6和各延长部1c用贯穿了销栓孔1g的销栓7连结，形成支承作用于各个延长部1c的载荷8的构造。在电极1和对置电极2之间，夹隔开关10连接可以向其间施加可变电压的电源9，通过将开关10打开而在两电极1、2间施加电压，使导电性聚合物层3沿长边方向5伸缩。
当导电性聚合物为有机导电性聚合物时，电解质层4中所含的离子种被向导电性聚合物层3中掺杂或不掺杂，由此而产生该伸缩。其变形机理被认为是，由于离子种具有一定的体积，因此与其出入对应地导电性聚合物层3的体积也变化，或者是伴随着氧化还原作用的导电性聚合物层3的导电性聚合物的高分子构造的构像的变化造成，以及由被利用电压施加而注入的同种电荷导致的静电反作用力等造成。当导电性聚合物为碳分散导电性聚合物时，该伸缩虽然不伴随所述氧化还原，然而因离子种的出入和同种电荷的静电反作用力而变形。
图2A、图2B、图2C及图2D中，为了容易理解动作原理，将这些变形的机理之中的，伴随着阴离子(anion)向导电性聚合物层3(这里，由于对于导电性聚合物层3C也相同，因此作为代表，用导电性聚合物层3进行说明。)中掺杂或不掺杂而产生的膨胀收缩变形的样子用剖面图来图示。在某种有机导电性聚合物的材料体系中，该阴离子的掺杂、去掺杂被认为是主要的变形的机理。图2A表示在开关为关的状态下未向电极施加电压的状态。图2B表示在导电性聚合物层3侧施加了正电压的状态。在无电压施加时，在电解质层4中均匀地存在的阴离子被拉向正电极侧的导电性聚合物层侧(参照图2A及图2B的阴离子的箭头。)，从电解质层4进入到导电性聚合物层3内，伴随着该氧化过程，导电性聚合物层3的体积膨胀，在沿着导电性聚合物层3的叠层面内的长边方向5的方向上，导电性聚合物层3伸长。而且，图2B中，表示促动器的长边方向5的左端被固定，右端从开关为关的状态的右端的基准位置R伸长的状态。图2C表示在开关为关的状态下未向电极施加电压的状态，并且图2D与图2B相反，表示向导电性聚合物层3施加了负电压的状态。存在于导电性聚合物层3中的阴离子被拉向对置电极2的一方(参照图2C及图2D的阴离子的箭头。)，从导电性聚合物层3向电解质层4内脱离，伴随着该还原过程，导电性聚合物层3的体积收缩，在沿着导电性聚合物层3的叠层面内的长边方向5的方向上，导电性聚合物层3收缩。而且，图2D中，表示促动器的长边方向5的左端被固定，右端从开关为关的状态的右端的基准位置R收缩的状态。对于其他的材料体系，虽然也有因阳离子(cation)的向导电性聚合物层3的出入或阴离子和阳离子的相互的出入而伸缩的情况，然而这里单纯化地表示为只是阴离子的出入的情况，说明了伸缩的机理。
这里，通过在导电性聚合物层3、3C中设置电极1，与不设置电极1的情况相比，由于可以在瞬间使电压均一地加在导电性聚合物层3、3C上，因此就会高速地产生所述离子种的掺杂现象，能够高速地使导电性聚合物层3、3C伸缩。通过将电极1如上所述地图案处理，在作为导电性聚合物层3、3C的伸缩方向的长边方向5上成为低刚性，在与长边方向5大致正交的宽度方向上成为高刚性，就可以不阻碍导电性聚合物层3、3C的伸缩地生成很大的产发变形。发明人等发现，生成该很大的产发变形的功能不只是仅为不阻碍伸缩的消极的意味上的功能，而且利用由被图案处理了的电极1造成的刚性的异向性赋予，会有积极地增大产发变形的效果。对于该情况，将在后面用图5A～图5D进行详细叙述。
另外，通过将电极1设为兼具作为支撑体的功能的平板状电极，就可以将由导电性聚合物层3、3C的薄片单独难以处理的材料设为容易处理的材料。这里所谓作为支撑体的功能是指，具备它的平板状电极的至少一部分的刚性大于导电性聚合物层的刚性，具有将导电性聚合物层托持支撑的功能。另外，由于电极1为平板状，因此作为促动器的各过程要素也成为平面的构造，可以形成能够容易地层叠的构造。与层叠了的促动器的伸缩有关的导电性聚合物层3、3C的截面比率由于可以采取此种平面叠层构造，因此具有容易提高填充密度的优点。
作为将电极1图案处理为在作为伸缩方向的长边方向上成为低刚性的具体的构成，可以形成如下的构成，即，如上所述，在与长边方向5大致正交的宽度方向上，配置多个细长的图案1a，将它们用连结部1b连结为锯齿形状的屈曲状。虽然平板的面内刚性极高，但是通过设为此种图案，就可以容易地实现长边方向5的低刚性化。此种构成中，同时地，在与长边方向5大致正交的宽度方向上变为高刚性，在长边方向和与之大致正交的方向上被赋予刚性的异向性。
所述实施方式1中，通过在长边方向的两端设置电极1的延长部1c，作为力的作用部，就可以与图案处理同时地形成作为形成促动器的必需要素的力的作用部，可以实现在电极1自身中构成了力的作用部的促动器。所以，具有作为力的作用部不需要其他构件的优点。另外，由于电极1是被与产生伸缩作用的导电性聚合物层3、3C直接连结的构件，因此相对于加在力的作用部上的负载可以确保优良的强度。
通过在电极1的延长部上设置孔1d，形成导电性聚合物层3、3C的导电性聚合物将孔1d填充的构成，就可以产生锚定效应，利用该锚定效应，可以产生提高该部分的强度的作用。电极1和导电性聚合物层3、3C之间的界面的附着强度有时因材质的组合而不一定很牢固，然而通过设为此种将孔1d用导电性聚合物填充的构成，就可以加强电极1和导电性聚合物层3、3C之间的界面的附着强度。
图3A～图3H是将实施方式1的促动器伸缩的样子以俯视图表示的图。为了简单起见，仅示意性地图示了导电性聚合物层3(图3A～图3H中，由于对于导电性聚合物3C都相同，因此作为代表，以导电性聚合物层3进行说明。)和设置了它的电极1。一并地还表示了本发明的促动器所可以采用的几个其他的方式。图3A及图3B是其电极1的形状为与图1A～图1D相同的形式的图案形状的情况。图3A表示初期状态，图3B表示促动器的长边方向5的左端被固定，导电性聚合物层3的右端从图3A的初期状态的基准位置R伸长了δ1的状态。即，表示在与长边方向5大致正交的宽度方向上电极1的各个细长的图案1a与该伸长对应地沿长边方向5变形的样子。
图3C及图3D同样地作为本发明的其他的方式，表示电极1的多个细长图案1a当中的1个周期的细长图案1a的图案形状的情况下的变形前后的样子。即，表示促动器的长边方向5的左端被固定，导电性聚合物层3的右端从图3C的初期状态的基准位置R伸长了δ2的状态。
一般来说，为了较大地产生促动器的位移，通过将促动器的伸缩方向5设为促动器的长边方向，将伸缩部的长度设得较大即可，然而也可以如该例所示，将与伸缩方向5正交的宽度方向作为长边方向。本发明并不将促动器的伸缩方向5限定为促动器的长边方向。
另外，图3E及图3F作为本发明的其他的方式，表示本发明的促动器的图案处理的图案形状所可以取得的最小的单位。即，图3E中，表示电极1的多个细长的图案1a当中的半个周期的细长图案1a的图案形状的情况，图3F中，表示电极1的多个细长的图案1a当中的1/4周期的细长图案1a的图案形状的情况。
另外，作为本发明的其他的方式，作为电极1和导电性聚合物层3的宽度方向的配置关系，既可以如图3G所示，设为电极1的宽度比导电性聚合物层3的宽度更大的配置，另外也可以将该配置关系如图3H所示地相反地设置，无论哪种都属于本发明的范围内。
图4是表示计算了怎样利用本发明的实施方式1的促动器的电极1的图案处理的图案形状，可以将作为其伸缩方向的长边方向的刚性低刚性化的结果的表。作为计算前提值，材质设为不锈钢SUS304，纵弹性模量设为0.072×1012N/m2，板厚设为10μm。对于表中(a)的平板(扁平形状)的电极的情况，在束缚宽度14mm×长度8mm的平板的上端，在平板的下端施加了总载荷1mN的分布载荷时的下端中央的位移为0.308μm。与之不同，对在表中(b)的整体宽度14mm×长度8mm的部分，用本发明的实施方式1的电极1的图案处理的图案形状，进行了线宽0.1mm、间距1mm的图案处理的构成中，同样地施加了1mN的集中载荷时的下端部的位移被计算为50.56mm，对于其刚性比，如果将前者的平板的情况设为1，则后者的刚性就为6.1×10-6。像这样，利用本发明的实施方式1的电极1的图案处理，与平板的情况相比，可以将其刚性设为十万分之一以下。
表中(c)为了进行比较，表示将连结电极1的细长图案1a的连结部1b不是配置为屈曲状，而是配置于细长图案1a的宽度的中央部而沿长边方向相连的情况的计算结果。在下端相同地施加了1mN的集中载荷时的下端中央部的位移被计算为38.6μm，其刚性比为7.9×10-3，低刚性化停留于百分之一弱。像这样，为了获得大的低刚性化效果，需要相对于电极1的细长图案1a将连结部1b配置为屈曲状。另外，表中(d)是将电极图案处理为波形时的计算结果，用此种形状，推测也能够实现相当程度的低刚性化。
图5B～图5D是在图4所示的(b)～(d)的图案处理的图案形状的电极中设置导电性聚合物层，利用有限要素法模拟计算了伴随着该导电性聚合物层的面内方向的收缩的变形的图。作为导电性聚合物层将材质设为聚吡咯，采用纵弹性模量为0.003×1012N/m2，泊松比为0.3，聚吡咯的面内方向等向地收缩的材料，对各电极图案处理的图案形状的情况的变形进行了相对比较。整体尺寸与图4的情况相同，宽度14mm×长度8mm，聚吡咯的导电性聚合物层的厚度设为20μm。
图5A表示没有电极而只是导电性聚合物层的薄片的情况，将此时的下端中央部的位移设为1，比较了相同部位的相对位移。而且，计算结果是将变形前后的形状、距离束缚点(上端中央)的各部的位移的等高线与该相对位移一起，用浓淡显示来表示。
图5B是在图4的(b)的本发明的实施方式1的图案处理的图案形状的电极1中设置了导电性聚合物层3的情况。该情况的相对位移被计算为1.16，不仅是只是因将电极1的促动器的长边方向5的刚性降低而造成的对位移的阻碍变少，发现利用此种电极1的刚性的异向性，还有产发位移增大的效果。而且，图5B中，将变形前的状态用单点划线表示，将变形后的收缩状态用实线表示。
此种本发明的促动器长边方向的产发位移增大效果可以解释为因如下的情况而产生，即，由于与该长边方向大致正交的宽度方向的刚性高，因此该方向的位移被限制，没有了去处的变形成分被作为促动器长边方向的位移施加。
而且，作为计算的前提，认为收缩在导电性聚合物层的薄片的面内是等向性地产生的看法或泊松比设为一定的假定虽然在导电性聚合物层的变形机理中并不能说一定严格地正确，然而作为一次近似可以期待采用了计算的前提的导电性聚合物层所具有的弹性的性质可以保持。
图5C是在将图4(c)的电极1的细长图案1a的连结部1b在中央部沿长边方向相连的电极中设置了导电性聚合物层的薄片的情况。该情况下，未看到产发位移的增大效果，位移的计算结果是，与仅有导电性聚合物层的薄片的情况相比，减少为62％。
图5D是图案处理为图4的(d)的电极的情况。该情况下，虽然与所述图5B的情况相比较小，然而还是可以看到位移增大效果。但是，与图5B的情况下的变形是在全部面积的各部分均一地产生不同，在D的情况下，变为不均一的变形，与之相伴的作为促动器的不需要的变形或内部应力被认为对于作为促动器的动作可靠性等有不良影响。另外，在图5B的情况下，导电性聚合物层的薄片距离电极的平面上的距离在全部面积范围中均一并且靠近，可以对导电性聚合物层施加均匀的电场，并且有助于变形的向导电性聚合物层中的离子种的掺杂也可以均一并且高速地进行。与之相反，在图5D的情况下，由于导电性聚合物层的薄片距离电极的平面上的距离不均一，因此就会产生与之对应的电场的不均一和离子种的掺杂的不均一，伴随着这些不均一，在动作的高速化中也产生限制。而且，在图5D中，将变形前的状态用单点划线表示，将变形后的收缩状态用实线表示。像这样，虽然图5D的情况是本发明的实施方式1，然而图5B的情况更为理想。
图5E是表示在图5B的本发明的实施方式1的促动器中，将促动器的长度设为8mm并且改变了促动器的电极的膜厚时(5μm、10μm、20μm)的相对于导电性聚合物层的厚度的促动器的位移量的关系的图表。另外，图5E、图5E是表示在图5B的本发明的实施方式1的促动器中，将促动器的长度设为8mm并且改变了促动器的电极的膜厚时(5μm、10μm、20μm)的相对于导电性聚合物层的厚度的促动器的位移量的增大率(位移增大率)的图表。它们对于进行了图案处理的电极，作为其计算前提值，与前面所述相同，材质设为不锈钢SUS304，纵弹性模量为0.072×1012N/m2，泊松比为0.3，其厚度设为10μm。与之不同，对于导电性聚合物层，作为其计算前提值，将材质设为聚吡咯，纵弹性模量为0.003×1012N/m2，泊松比为0.3，将其厚度设为10μm、20μm、40μm、80μm、160μm，表示了模拟后的结果。发现在导电性聚合物层的厚度与电极的厚度为相同程度的10μm时，位移增大率为30％，然而随着厚度增加，该位移增大效果减少。
图5G是在纵轴中设为位移增大率，在横轴中设为(导电性聚合物层的厚度/电极的膜厚)的比而将图5F的结果图表化后的图。特别是，在该(导电性聚合物层的厚度/电极的膜厚)的比在3以下的情况下，发现有明显的位移增大效果。
在本发明的实施方式1的促动器的长边方向(伸缩方向)上产生的位移增大效果被认为是因如下情况而产生的，即，由于与该长边方向大致正交的宽度方向的刚性高，因此该宽度方向的位移被限制，没有了去处的变形成分作为促动器的长边方向(伸缩方向)的位移而施加，然而位移增大效果伴随着所述的厚度增加而减少的现象的原因被认为是，当导电性聚合物层的厚度与进行了图案处理的电极的厚度相比增大时，则该变形成分就被厚度方向的体积部分吸收，作为促动器的长边方向(伸缩方向)的位移而参与的成分减少。所以说明，由本发明的实施方式1的促动器的构成所体现的位移增大效果是尤其在平板薄形的促动器中会特征性地体现的特性。
在使导电性聚合物层膨胀收缩变形的促动器中，由于其主要的变形原理是由伴随着氧化还原反应的阴离子或阳离子的向导电性聚合物层的出入而造成，因此在施加了过度的电压的情况下，该电化学反应变为不可逆，产生对循环寿命造成影响的问题。所述的本发明的实施方式1的促动器的位移增大效果与不具有位移增大效果的情况相比，为了获得相同的产发位移，可以用相对低的电压来驱动，所以，由于可以避免不可逆的电化学反应，因此在这一点上，是在使导电性聚合物层膨胀收缩的促动器中特别有利的方面，可以提供循环寿命、耐久性优良的促动器。同样地，由于电解液也会因过度的电压施加而分解，对促动器的寿命产生影响，因此可以利用低电压驱动来改善这一点。
另外，阴离子或阳离子向导电性聚合物层的出入是利用由电压施加造成的电荷注入，来使这些离子种出入，由于该过程是扩散过程，因此其速度由扩散过程决定。通过将本发明的实施方式1的促动器的导电性聚合物层设为平板薄形，就可以在厚度方向整体上快速地进行该扩散，从而可以提供能够高速驱动的促动器。
(实施例1)
图6作为电极1，表示将厚度10μm的不锈钢箔蚀刻加工为与图3A相同的方式的锯齿形状的电极图案的图案形状的试制电极1-1。细长图案1a的宽度为10μm，长度为14mm，以间距1mm配置。由于这些锯齿状的图案形成非常细的线状，因此是以它们自身的自重变形而将形状破坏的程度的刚性，出于加强的目的，在两侧设置沿着长边方向配置的断开部1f，将细长图案1a的连结部1b和断开部1f之间，用断开部连结部1e连结。虽然将在后面叙述，然而这些断开部1f在电极1-1上形成了导电性聚合物层3后，将在图6中的单点划线的切断位置21断开而去除。在切断后，电极1的图案形成部的尺寸为100mm，宽度为14mm(相当于所述的细长的图案1a的长度)。在该电极1-1的两端部设置作为力的作用部发挥作用的延长部1c，设置用于将钩以销栓结合的销栓孔1g。另外，在电极1-1的延长部1c的端部，还设有引出电极1h。而且，配置于两端的位于销栓孔1g的外侧的小孔和长孔是作为制作工序中的销栓定位用而设置的孔。
导电性聚合物层3在该电极1-1上的形成虽然可以利用电解聚合或浇注法来进行，然而在这里，作为有机导电性聚合物的形成法使用了电解聚合法。该情况下，由于在该图案处理了的电极部的不存在电极的部位也聚合生长导电性聚合物3，因此在将图6的电极以与其他的不锈钢制平板电极顶靠的状态电解聚合后，将其去掉。作为导电性聚合物层3，是在溶解了聚吡咯的单体0.1摩尔/升、成为支持电解质层的对苯酚磺酸0.25摩尔/升的水溶液中，以所述电极作为析出电极，利用恒电流模式(恒电流控制模式)，以电流密度1mA/cm2，利用电解聚合而合成了膜厚20μm的聚吡咯。
然后，作为电解质层，将含有包含丁基甲基亚酰胺阳离子(BMIM+)六氟合磷酸盐(PF6)的离子性流体的高分子凝胶薄片与所述聚吡咯薄片贴合，向该高分子凝胶薄片上作为对置电极喷洒涂布了碳粉末。
在向所述构成的促动器施加了±1V的电压后，在无负载状态下，在其长边方向上观测到了约为3.5％的变形，另外在将其位移限制了的状态下，观测到了约为3MPa的产发应力。而且，用与所述相同的材料体系，不使用本发明的所述实施方式1的电极1，以聚吡咯单体研究了产发位移后，其产发位移约为3％，可以确认通过使用本发明的所述实施方式1的电极1而带来的位移增大效果。
在前面所述的及后述的本发明的各实施方式中，作为电极1的材质，除了所述实施方式的不锈钢以外，也可以使用金、铂、镍或钛等金属或合金或碳。另外，也可以在它们的薄板上利用溅射蒸镀等涂敷所述的材料组。另外，也可以对它们的表面实施利用化学氧化等的表面处理。这些材质当中，对利用溅射蒸镀将钛的薄板或钛涂敷了的表面，用SCl溶液(H2O2∶NH3∶水＝1∶1∶5)等碱性水溶液进行了化学氧化处理的材料，因与聚吡咯的附着强度特别良好而优选。另外，该化学氧化膜与聚吡咯的导电性也很良好。
在前面所述的及后述的本发明的各实施方式中，作为导电性聚合物层3的材料，通过使用聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩基体的π共轭聚合物或其衍生物的有机导电性聚合物、碳微粒、碳纳米管、碳纤维等碳类导电性聚合物，可以实现与所述实施方式相同的能够膨胀收缩变形的促动器。
在前面所述及后述的本发明的各实施方式中，作为利用浇注法形成有机导电性聚合物层的例子，将利用氧化聚合合成的聚苯胺的碱性翠绿亚胺(翠绿亚胺碱：EB)的粉末溶解于溶剂中，通过在基板上展开而将溶剂蒸发，作为有机导电性聚合物层即得到聚苯胺的浇注薄膜。
另外，作为利用浇注法形成碳分散体系的导电性聚合物层的例子，可以将碳微粒混合到Nafion分散溶液中，通过在基板上展开而使溶剂蒸发来获得。
在前面所述及后述的本发明的各实施方式中，作为电解质层，通过如所述实施方式那样，设为含有离子性液体的高分子凝胶或高分子，可以具有如下的优点。即，离子性液体在常温下，其蒸汽压在1mHg以下，是不挥发的，所以电解质层不会因蒸发而变化，可以在大气中可靠性良好地长期地使用。
在前面所述及后述的本发明的各实施方式中，作为构成电解质层的电解质，可以考虑使用纤维状的薄片而在其中物理性地浸渍了电解质溶剂的材料、用高分子凝胶骨架托持电解质溶剂的材料。作为电解质，可以考虑使用离子性流体而将其物理性地浸渍纤维状的薄片的材料、将其用高分子凝胶骨架托持的材料。
在前面所述及后述的本发明的各实施方式中，作为对置电极，除了所述实施方式的涂布了碳粉末的以外，也可以涂布含有碳或金等非氧化性金属粉末的导电膏体或油脂。另外，也可以使用金、铂、镍或钛等金属或合金或者碳等的蒸镀薄膜，或者使用对该薄膜进行图案处理，减少了促动器的长边方向的刚性的材料。
在前面所述及后述的本发明的各实施方式中，当然也可以将与电极1相同的构成的平板状电极作为对置电极2使用。
(实施方式2)
图7A及图7B是本发明的实施方式2的具有其他的电极图案的图案形状的平板薄形的促动器的俯视图和剖面图。图7A及图7B所示的促动器在设置了导电性聚合物层3的电极1-2(相当于所述电极1。)和对置电极2之间，具有与导电性聚合物层3接触的电解质层4，在这一点上与图1的情况相同。设置了导电性聚合物层3的电极1-2被图案处理为沿导电性聚合物层3的伸缩方向成为低刚性，形成兼作支撑体的平板状电极。图7A及图7B的电极1-2的图案处理的图案形状是以与所述长边方向5正交的方向为主体，配置多个细长图案1a-2(相当于所述细长图案1a。)，形成将它们用连结部1b连结的形状。虽然这一点也与图1A相同，然而由细长图案1a-2形成的基本图案是以封闭回路(换言之，以四角框状)封闭，将它们用连结部1b连结的图案。该情况下有如下的优点，即，如果在封闭回路图案部1a-2中发生断线，则与图1A的图案的情况相比，不会导致致命的电极1-2的导通不良。
图8A及图8B是本发明的实施方式2的具有其他的方式的电极1-3(相对于所述电极1。)的图案处理的图案形状的促动器的俯视图和剖面图。图中的构成要素及其作用由于与图1A相同，因此将记述省略。该电极图案的图案形状的特征为，相对于多个细长图案1a-3(相当于所述细长图案1a。)，进一步减少了其连结部1b的部位，增加了由细长图案构成的封闭回路图案部1a-3。其结果是，万一电极断线时，可以进一步减小发生致命性的功能丧失的概率。
图9A及图9B是本发明的实施方式2的具有其他的方式的电极1-4(相当于所述电极1。)的图案处理的图案形状的促动器的俯视图。图9A中，将靠近电极1-4的延长部1c(力的作用部)的位置的细长图案1a-4(相当于所述细长图案1a。)及连结部1b-4(相当于所述连结部1b。)的宽度相对地展宽为大于除它以外的部分的细长图案1a-5(相当于所述细长图案1a。)及连结部1b-5(相当于所述连结部1b。)，提高伸缩方向5的刚性。图9B是作为本发明的实施方式2的具有其他的方式的电极1-6(相当于所述电极1。)的图案处理的图案形状的促动器，与图9A相同地形成将靠近该延长部1c(力的作用部)的部位的细长图案1a-6(相当于所述细长图案1a。)和连结部1b-6(相当于所述连结部1b。)配置多列的构成，而可以提高该部位的伸缩方向5的刚性，加强该部位的强度。通过像这样任意地分布电极1-6的图案处理的图案形状，就可以进行所需的功能赋予。
(实施方式3)
图10A、图10B及图11A、图11B分别表示本发明的实施方式3的叠层型的促动器和实施方式3的其他的方式的叠层型的促动器的俯视图和剖面图。
图10A、图10B所示的促动器是以如下的构成作为平板薄形的单位构成体，即，在图7A的实施方式2的平板薄形的促动器的上面与导电性聚合物层3一体化地形成第二导电性聚合物层，在导电性聚合物层3的中央部分配置电极1-2，并且在导电性聚合物层3的上面侧也配置了电解质层4和对置电极2。将该平板薄形的单位构成体重叠多个，例如按照将电极1-2、导电性聚合物层3、电解质层4和对置电极2相互平行配置的方式重叠3段，并且将第一段的促动器的下端的对置电极2和第二段的促动器的上端的对置电极2以1个对置电极2来共用，而且将第二段的下端的对置电极2和第三段的上端的对置电极2以1个对置电极2来共用。另外，在第一段促动器的各延长部1c和第二段的促动器的各延长部1c之间夹隔导电性连结构件13而相互地电连接，并且将第二段的促动器的各延长部1c和第三段的促动器的各延长部1c之间夹隔导电性连结构件13而相互地电连接。此外，将从第一段的促动器的延长部1c直至第三段的促动器的延长部1c用钩6夹入，销栓7将该钩6、所夹入的第一段的促动器的延长部1c、上侧的导电性连结构件13、第二段的促动器的延长部1c、下侧的导电性连结构件13、第三段的促动器的延长部1c贯穿，通过用该销栓7将这些构件连结，就形成支承作用于各个延长部1c上的载荷8的构造。而且，图10A的12是沿着第三段的促动器的对置电极2的宽度方向伸出的突出部，在该突出部12上，连接有具有开关10和电源9的电路的一端，将另一端与配置于任意一方的促动器的端部的导电性连结构件13连接。
另外，图11A、图11B所示的促动器表示其他的方式的促动器。即，图11A、图11B所示的促动器是以如下的构成作为平板薄形的单位构成体，即，在图7A的实施方式2的促动器的上面与导电性聚合物层3一体化地形成第二导电性聚合物层，在导电性聚合物层3的中央部分配置电极1-2，并且在导电性聚合物层3的上面侧也配置了电解质层4和对置电极，将该单位构成体重叠多个，例如按照将电极1-2、导电性聚合物层3、电解质层4和对置电极2相互平行地配置的方式，重叠2段，并且将上侧(图11B中为第二段)的促动器的下端的对置电极2和下侧(图11B中为第三段)的促动器的上端的对置电极2以1个对置电极2共用。另外，在最上段(图11B中为第一段)的促动器中，在导电性聚合物层3的上面侧未配置电解质层4和对置电极2，在最下段(图11B中为第四段)的促动器中，在导电性聚合物层3的下面侧未配置电解质层4和对置电极2。另外，在第一段的促动器的各延长部1c和第二段的促动器的各延长部1c之间夹隔导电性连结构件13而相互电连接，并且在第三段的促动器的各延长部1c和第四段的促动器的各延长部1c之间夹隔导电性连结构件13而相互电连接。此外，将从第一段的促动器的延长部1c直至第四段的促动器的延长部1c用钩6夹入，而销栓7将该钩6、所夹入的第一段的促动器的延长部1c、上侧的导电性连结构件13、第二段的促动器的延长部1c、中间的导电性连结构件13、第三段的促动器的延长部1c、下侧的导电性连结构件13、第四段的促动器的延长部1c贯穿，通过用该销栓7将这些构件连结，就形成支承作用于各个延长部1c上的载荷8的构造。而且，图11A的14是沿着第一段的促动器的下侧的对置电极2的宽度方向伸出的突出部，在该突出部12上，连接有具有开关10和电源9的电路的一端，将另一端与配置于任意一方的促动器的端部的导电性连结构件13连接。
在所述实施方式3的叠层型的促动器及所述实施方式3的其他的方式的叠层型的促动器中，由于电极1-2为平板状，因此作为促动器的各构成要素也成为平面的构造，可以形成能够像这样容易地层叠的构造。与层叠了的促动器的伸缩有关的导电性聚合物层3的截面比率由于可以采取此种平面叠层构造，因此具有容易提高填充密度的优点。其结果是，对于若为单层则在其截面积方面有限制的导电性聚合物层3，可以增大其截面积，可以实现具有在应用于机械手等中之时所必需的较大的产发力的促动器。
而且，离子种向导电性聚合物层3的出入为扩散过程，为了缩短扩散中所需的时间，有导电性聚合物层3越薄越好的权衡。所以，最好将多个较薄的导电性聚合物层3重叠而获得截面积。
(实施方式4)
作为实施方式4，对作为用于形成从所述的实施方式1到3的促动器的基本构件的促动器用平板状电极支撑体的制造方法进行说明。
图12A、图12B～图12H、图12I是表示在电极1上设置导电性聚合物层3而构成的平板状电极支撑体及其制造方法的俯视图及剖面图。图12A、图12B中主要的构成构件由于与用图1A说明了的平板薄形的促动器的电极1(图12A中，为了与空间部分区别，在电极1上加有阴影。)相同，因此详细叙述省略。这里，作为便于制造平板状电极支撑体90的构成要素，形成在宽度方向的两侧设置了最终不作为电极1残留的断开部1f。对于将电极1的图案处理了的多个细的图案部1a相互连结的各连结部1b，用断开部连结部1e，与分别相面对的断开部1f进行连结。此种图案处理是利用蚀刻加工或冲裁加工来进行的。图12A、图12B表示将此种平板状电极1与别的平板20密接顶靠地支撑的状态。
此外，图12C、图12D是表示覆盖与平板20密接顶靠的平板状电极1的大部分和平板20地形成了导电性聚合物层3的状态(图12C中，为了与空间部分区别，在电极1上加有阴影。)。当导电性聚合物层3是利用电解聚合形成时，则将平板20作为平板电极，将电极1和平板电极20双方作为析出电极，使导电性聚合物电解析出，覆盖电极1的大部分和平板电极20地形成导电性聚合物层3。所述的实施例1的聚吡咯的导电性聚合物层3是利用该方法形成的。作为导电性聚合物层3的别的形成方法，还可以使用浇注法。该情况下，平板20不一定需要为电极，可以用印刷涂布等方法形成导电性聚合物层3。作为用浇注法形成导电性聚合物层3的例子，可以将利用氧化聚合合成的聚苯胺的碱性翠绿亚胺(翠绿亚胺碱：EB)的粉末溶解于溶剂中，通过在基板上展开而将溶剂蒸发，作为有机导电性聚合物层3即得到聚苯胺的浇注薄膜。
然后，在像这样覆盖电极1的大部分地在平板20上形成了导电性聚合物层3后，从电极1和导电性聚合物层3上将平板20剥离除去。将像这样从电极1和导电性聚合物层3上除去了平板20的状态表示于图12E、图12F中。根据需要，还可以如图12G的剖面图所示，在导电性聚合物层3的背面也形成导电性聚合物层3d。通过像这样在平板状电极支撑体90的两面形成导电性聚合物层3、3d，就可以增大其有效面积，并且设于作为力的作用部的延长部1c上的孔1d在表背面被连结，具有加强效果增大的优点。另外，由于可以以平板状电极支撑体90为中心形成对称构造，因此就可以获得如下的带有导电性聚合物层3、3d的平板状电极支撑体90，即，没有导电性聚合物层3、3d的膨胀收缩方向的不平衡，没有不需要的弯曲变形，可以有效地沿伸缩方向5的方向伸缩变形。
最后，通过在图12E的断开线21的部位，从平板状电极1上将两侧的断开部1f分别断开，即得到图12H、图12I所示的带有导电性聚合物层3、3d的平板状电极支撑体90。由于在使其他的平板20与被图案处理了的平板状电极1顶靠的状态下利用电解聚合或浇注法形成了导电性聚合物的阶段，与平板20的顶靠部的界面未被牢固地粘接，因此可以容易地将平板20从电极1和导电性聚合物层3上剥离。另外，本发明人等发现，作为平板20，例如通过使用被利用抛光研磨进行了镜面加工的不锈钢钢板、进行了磨光加工的grush碳(非优质碳)板等表面十分平滑的平板，则可以更为容易地剥离。特别是grush碳板因其表面硬度高，化学稳定性优良，可以反复使用的优点而更为优良。通过采用此种制造方法，就可以简便并且容易地制造本发明的促动器用平板状电极支撑体。
另外，图13A、图13B表示在利用电解聚合形成导电性聚合物层3时所用的限制夹具、在由该夹具夹持的基板20及电极1上形成了导电性聚合物层3的状态的俯视图和剖面图。限制夹具由放置基板20的底座31、被放置于矩形板状的底座31上并且具有与形成导电性聚合物层3的区域对应的开口窗30a的矩形框状的掩模板30构成。这样，通过在底座31上放置基板20并用掩模板30覆盖，则在底座31和掩模板30之间将基板20及电极1以密接的状态夹持，此后通过在其两端部，分别使螺栓32贯穿掩模板30的贯穿孔和电极1的销栓孔1g，旋入基板20的螺栓孔内而安装。当将它们浸渍于电解液中时，由于形成导电性聚合物层3的区域以外的基板20和电极1的部分被底座31和掩模板30夹持，因此导电性的基板20和电极1的只是开口窗30a的部位被暴露于电解液中，仅在该部位利用电解聚合合成导电性聚合物层3。
这样，对于基板20和电极1，通过将形成导电性聚合物层3的区域以外的部分用底座31和掩模板30覆盖，就可以仅使形成导电性聚合物层3的区域露出，在该部位可靠并且容易地形成导电性聚合物层3。
另外，图13C、图13D中，作为所述限制夹具的其他的实施方式，表示在底座31A中嵌入了磁铁33的情况的限制夹具。图13E是表示在使用了图13A、图13B的限制夹具的情况下产生的问题的局部放大图，有电极1与平板20的密接差而产生间隙34的情况。在产生了此种间隙34的情况下，当在其上形成导电性聚合物时，则容易产生局部的膜缺陷。针对于此，如图13F所示，通过作为电极1，使用例如由磁性不锈钢材料或镍箔等磁性材料制成的薄板，并且使用嵌入了该磁铁33的限制夹具，则由于磁铁33将电极1拉向磁铁侧，因此就有使电极1和平板20没有间隙地密接的效果。另外，在利用电解聚合形成导电性聚合物层的情况下，由于以该磁铁附近的磁场的集中部为核心，引起导电性聚合物层的合成的开始，因此就可以使之进行整体上均匀的导电性聚合物层的合成。作为所述平板状电极的磁性材料，SUS430等具有磁性的不锈钢及镍等可以作为在电解质中非腐蚀性的材质使用。
(实施方式5)
作为本发明的实施方式5，表示将本发明的所述实施方式1～4的任意一个促动器应用于关节驱动机构的促动器40、40’中的例子。图14A中表示实施方式5的关节驱动机构的侧视图。该关节驱动机构形成如下的构成，即，将利用连杆41连接了一对促动器40、40’的可以转动的间接驱动机构的间接部42交错地连结，由驱动电源43向这一对促动器40、40’的各个电极1等施加反相位的电压而驱动，并且根据需要由驱动电源43在这些电极1等上重叠偏置电压而进行对抗驱动。利用该设置，如图14B所示，例如促动器40就如图2D所示，导电性聚合物层3沿长边方向5收缩，另一方面，促动器40’就如图2B所示，导电性聚合物层3沿长边方向5伸长，从而可以使连杆41向右上方倾斜地驱动该关节驱动机构。相反地，如果由驱动电源43向一对促动器40、40’的各自的电极1等施加与所述相反的电压，则可以使连杆41向右下方倾斜地驱动该关节驱动机构。
这样，就可以提供自由变形而控制性优良的机械手用关节驱动机构。
而且，通过将所述的各种各样的实施方式之中的任意的实施方式适当地组合，可以起到各自所具有的效果。
本发明虽然在参照附图的同时，对优选的实施方式进行了充分地记载，然而对于熟悉该技术的人员来说，各种变形或修正都是很清楚的。此种变形或修正只要不脱离由附加的技术方案的范围所形成的本发明的范围，就应当被理解为包含于其中。
产业上的利用可能性
本发明的促动器是在设置了平板状的导电性聚合物层的电极和对置电极之间具有与所述导电性聚合物层接触的电解质层，通过向两电极间施加电场而使所述导电性聚合物层膨胀收缩的平板薄形的促动器，设置了所述导电性聚合物层的电极采用如下的电极，即，图案处理为在作为导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上成为低刚性，并且在与所述长边方向大致正交的方向上成为高刚性的兼作支撑体的平板状电极，作为以被期待在家庭或办公室、医院等中因家务服务、办公服务、高龄者或残障者的护理服务等而在人之间活跃的机械手等机器为代表例的各种机器的驱动源，作为驱动源自身小型、轻量并且柔软而安全的平板薄形的促动器十分有用。

Claims (14)

1.一种平板薄形的促动器，其具有：
平板状的导电性聚合物层(3)、
与所述导电性聚合物层(3)接触的电极(1)、
与所述电极(1)相面对的对置电极(2)、
在所述电极(1)和所述对置电极(2)之间与所述导电性聚合物层及所述对置电极(2)接触的电解质层(4)，
所述电极(1)是按照在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向(5)上成为低刚性，并且在与所述长边方向大致正交的宽度方向上成为高刚性的方式，在所述长边方向上具有至少1个屈曲部而进行了图案处理的平板状电极，通过向所述电极(1)和所述对置电极(2)之间施加电场，使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形。
2.根据权利要求1所述的平板薄形的促动器，其中，所述电极(1)是在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上具有多个屈曲部的锯齿形状的平板状电极。
3.根据权利要求1或2所述的平板薄形的促动器，其中，所述电极(1)是由：在与作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向大致正交的宽度方向延伸的多个带状部(1a)、和将所述相邻的带状部彼此之间连结的在所述长边方向延伸的连结部(1b)构成的平板状电极。
4.根据权利要求1或2所述的平板薄形的促动器，其中，在所述电极(1)的作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的所述长边方向的两端，设有平板状的延长部(1c)，将这些延长部作为力的作用部。
5.根据权利要求4所述的平板薄形的促动器，其中，在所述电极(1)的表背两面设有所述导电性聚合物层，并且在所述电极(1)的作为所述延长部的力的作用部设置孔(1d)，通过将所述表背的导电性聚合物层连结而补强。
6.根据权利要求1或2所述的平板薄形的促动器，其中，将所述对置电极(2)和设置了所述导电性聚合物层的所述电极(1)交互地配置而层叠。
7.根据权利要求1或2所述的平板薄形的促动器，其中，所述导电性聚合物层由：聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩基体的π共轭聚合物或作为所述π共轭聚合物的衍生物的有机导电性聚合物或碳分散体系的导电性聚合物构成。
8.根据权利要求1或2所述的平板薄形的促动器，其中，所述电解质层为含有离子性液体的高分子凝胶，或含有离子性液体的高分子。
9.根据权利要求1或2所述的平板薄形的促动器，其中，所述导电性聚合物层的厚度与所述电极(1)的厚度的比在3以下。
10.一种平板薄形的促动器，其具有：
平板状的导电性聚合物层(3)、
与所述导电性聚合物层(3)接触的电极(1)、
与所述电极(1)相面对的对置电极(2)、
在所述电极(1)和所述对置电极(2)之间与所述导电性聚合物层及所述对置电极(2)接触的电解质层(4)，
所述电极(1)是按照在伴随着所述导电性聚合物层的伸缩的驱动力的输出方向(5)上成为低刚性，并且在与所述输出方向大致正交的方向上成为高刚性的方式，在所述输出方向上具有至少1个屈曲部而进行了图案处理的平板状电极，通过向所述电极(1)和所述对置电极(2)之间施加电场，使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形而将所述驱动力沿所述输出方向输出。
11.一种平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，是在对置电极(2)和设置了平板状的导电性聚合物层(3)的电极(1)之间具有与所述导电性聚合物层及所述对置电极(2)接触的电解质层(4)，通过向所述电极(1)和所述对置电极(2)之间施加电场而使所述导电性聚合物层膨胀收缩变形的平板薄形的促动器中的、由所述导电性聚合物层和所述电极(1)构成的平板薄形的促动器的平板状电极支撑体的制造方法，
对于平板状电极，按照在作为所述导电性聚合物层的伸缩方向的长边方向上成为低刚性，并且在与所述长边方向大致正交的宽度方向上成为高刚性的方式，利用蚀刻加工或冲裁加工进行图案处理，使得在所述长边方向上具有至少1个屈曲部，由此形成所述电极(1)，
在将所述被图案处理了的平板状电极与其他的平板(20)顶靠的状态下，在所述电极(1)上利用电解聚合或浇注法形成了所述导电性聚合物层后，将所述平板除去，制造出所述平板状电极支撑体。
12.根据权利要求11所述的平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，其中，在除去了所述平板的面上，利用电解聚合或浇注法又形成所述导电性聚合物层(3d)而制造所述平板状电极支撑体。
13.根据权利要求11所述的平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，其中，在成为所述电极(1)的平板状电极被用断开部连结部(1e)与不作为所述电极(1)残留的断开部(1f)连结的状态下，在所述电极(1)上利用电解聚合或浇注法形成了所述导电性聚合物层后，在所述断开部连结部处切断，将所述断开部除去而制造所述平板状电极支撑体。
14.根据权利要求11所述的平板薄形的促动器用平板状电极支撑体的制造方法，其中，将成为所述电极(1)的平板状电极设为磁性体，利用磁力吸引由磁性体构成的所述电极(1)而使之与所述其他的平板(20)顶靠。
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