JP2008211938A

JP2008211938A - Polyelectrolyte film actuator and touch panel using the same

Info

Publication number: JP2008211938A
Application number: JP2007047915A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Nakajima; 伸一郎中島
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP4633074B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To cause deformation of a key, with which reaction force occurs in a finger in depressing the key of a touch panel by an operator even with a thickness not more than 1 mm. <P>SOLUTION: The actuator 10 is provided with: an actuator layer 12 formed of a polyelectrolyte film impregnating electrolytic solution; and electrodes 14 and 16 which are arranged in the actuator layer 12 along faces on both sides of the actuator layer 12 and to which voltage is applied. The polyelectrolyte film is constituted of cation exchange resin having anion capture ability. Nonaqueous solvent is used for electrolytic solution. The viscosity of nonaqueous solvent is 0.3 mPa/sec. to 30.0 mPa/sec. in a temperature range of -30°C to 75°C, more preferably, 2.0 mPa/sec. to 30.0 mPa/sec. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電圧を印加することにより力学的に駆動し（湾曲又は変形し）、これにより反力を発生する高分子電解質膜アクチュエータ及び高分子電解質膜を用いたタッチパネルに関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte membrane actuator that is mechanically driven (curved or deformed) by applying a voltage and thereby generates a reaction force, and a touch panel using the polymer electrolyte membrane.

携帯電話機、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステムのディスプレイ等の小型電子機器にはユーザからの入力デバイスとして、タッチパネル式ディスプレイが用いられている。タッチパネル式ディスプレイは、指等によりディスプレイの所定の部分を押圧することにより、機器に信号を入力することのできる入力デバイスを備えたディスプレイである。しかしながら、このタッチパネル式ディスプレイでは、操作者は入力されたことの確認を入力と同時に発する音や表示画面中の色の変化により知る方法しかない。 A touch panel display is used as an input device from a user in a small electronic device such as a mobile phone, a digital camera, or a car navigation system display. A touch panel display is a display including an input device that can input a signal to a device by pressing a predetermined portion of the display with a finger or the like. However, in this touch panel type display, the operator has only a method of knowing the confirmation of the input from the sound generated at the same time as the input or the color change in the display screen.

近年、運転中タッチパネル式ディスプレイを視認することのできないドライバや視覚障害者を含む操作者は、ディスプレイを視認することができなくても、アナログスイッチを押したときのように操作者が反力の感触を受けるように、あるいは入力に対する到達度（達成感）を操作者に与えるように、種々のデバイスが提案されている。例えば、スイッチを押したとき圧電素子による振動がスイッチに発生するものや、スイッチを押したとき力学的にスイッチが変形するものや、スイッチを押したとき磁力や反力を発生させるもの等が提案されている。これらの方式は、いずれも無機材料を主材料として用いたものであるため、電子機器の小型化の際に必要とされる柔軟性や加工性に富んだデバイスに適用することは難しい。さらに、小型化に伴って軽量化して、スイッチを押した操作者に適切な感触を付与することはきわめて難しい。 In recent years, operators including drivers and visually impaired persons who are unable to visually recognize a touch panel display while driving are not able to visually recognize the display. Various devices have been proposed so as to receive a feeling or give an operator a degree of achievement (a feeling of achievement) with respect to an input. For example, a switch that vibrates due to a piezoelectric element when the switch is pressed, a switch that mechanically deforms when the switch is pressed, or that generates a magnetic force or reaction force when the switch is pressed Has been. All of these methods use an inorganic material as a main material, and are therefore difficult to apply to a device having high flexibility and workability required for downsizing electronic equipment. Furthermore, it is very difficult to reduce the weight as the size is reduced and to give an appropriate feel to the operator who has pressed the switch.

下記特許文献１には、高分子ゲルをアクチュエータの基本材料とし、この高分子ゲルに電圧を与えることで体積変化を生じさせて凹凸形状を作る凹凸形成パネル及び情報入力装置が提案されている。 Patent Document 1 below proposes an unevenness forming panel and an information input device that use a polymer gel as a basic material of an actuator and generate a change in volume by applying a voltage to the polymer gel to create an uneven shape.

しかし、この凹凸形成パネルのデバイスでは、必ずしも応答時間が短くなく、かつ、厚さを薄くすることもできないといった問題があった。すなわち、高分子ゲルを用いたデバイスでは、厚さを１ｍｍ以下にすると高分子ゲルが凹凸を形成するために必要な潤滑液を保持することが難しくなる。一方、厚さを１０ｍｍ以上にすると良好な凹凸形成ができるが、厚さの増加による重量の増加や部材コストの上昇の他、高分子ゲルの体積変化を短時間に達成できないといった応答性上の問題もある。 However, the device of this unevenness forming panel has a problem that the response time is not necessarily short and the thickness cannot be reduced. That is, in a device using a polymer gel, if the thickness is 1 mm or less, it becomes difficult to hold the lubricating liquid necessary for the polymer gel to form irregularities. On the other hand, when the thickness is 10 mm or more, good unevenness can be formed. However, in addition to the increase in weight due to the increase in thickness and the increase in member cost, the volume change of the polymer gel cannot be achieved in a short time. There is also a problem.

上記凹凸形成パネルのデバイスに対して、下記特許文献２では高分子アクチュエータが提案されている。特許文献２に記載される高分子アクチュエータは、イオン交換樹脂成形品とこのイオン交換樹脂成形品の表面に絶縁状態で金属電極を備えた構成であり、含水状態において金属電極間に電位差をかけることで、イオン交換樹脂成形品に湾曲及び変形を生じさせるものである。 A polymer actuator is proposed in the following Patent Document 2 for the device for forming the uneven panel. The polymer actuator described in Patent Document 2 has a configuration in which an ion exchange resin molded product and a metal electrode are provided in an insulated state on the surface of the ion exchange resin molded product, and a potential difference is applied between the metal electrodes in a water-containing state. Thus, the ion-exchange resin molded product is bent and deformed.

特開平１１−２０３０２５号公報JP-A-11-203025 特許第２９６１１２５号公報Japanese Patent No. 2961125

しかし、特許文献２に記載の高分子アクチュエータでは、厚さが１ｍｍ以下の薄いイオン交換樹脂成形品において十分な湾曲及び変形を生じさせることができない、といった問題があった。すなわち、電解質溶液を含漬して活性化したイオン交換樹脂成形品の網目構造中にはカチオン及びアニオンが存在するが、電圧の印加によって陰極の電極にカチオンは溶媒分子とともに移動する一方、アニオンは溶媒分子とともに陽極の電極に移動するため、溶媒分子の移動が相殺されて、イオン交換樹脂成形品に十分な湾曲及び変形を生じさせることはできない。 However, the polymer actuator described in Patent Document 2 has a problem that sufficient bending and deformation cannot be caused in a thin ion exchange resin molded product having a thickness of 1 mm or less. That is, cations and anions are present in the network structure of the ion exchange resin molded product activated by impregnating the electrolyte solution, but the cations move together with the solvent molecules to the cathode electrode when voltage is applied, whereas the anions are Since it moves to the anode electrode together with the solvent molecules, the movement of the solvent molecules is canceled out, and the ion exchange resin molded product cannot be sufficiently curved and deformed.

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、電圧を印加することにより駆動するアクチュエータであって、１ｍｍ以下の厚さであっても、短時間に、例えば操作者が指でスイッチ等のボタンを押圧したときに、押圧したことにより指に反力が生じるような変形を生じさせるアクチュエータを提供するとともに、このアクチェータを用いたタッチパネルを提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention is an actuator that is driven by applying a voltage, and even if it is 1 mm or less in thickness, for example, an operator can switch with a finger or the like in a short time. An object of the present invention is to provide an actuator that causes deformation such that a reaction force is generated on a finger when the button is pressed, and to provide a touch panel using this actuator.

上記目的を達成するために、本発明は、電圧を印加することにより駆動するアクチュエータであって、電解質溶液を含浸した高分子電解質膜により形成されるアクチュエータ層と、前記アクチュエータ層の中に、前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電圧が印加される電極を有し、前記高分子電解質膜は、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂で構成されていることを特徴とする高分子電解質膜アクチュエータを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides an actuator driven by applying a voltage, wherein the actuator layer is formed of a polymer electrolyte membrane impregnated with an electrolyte solution, and the actuator layer includes the actuator layer. A polymer electrolyte, characterized by having an electrode to which a voltage is applied, provided along both sides of the actuator layer, and wherein the polymer electrolyte membrane is composed of a cation exchange resin having anion trapping ability A membrane actuator is provided.

その際、前記電解質溶液には、非水系溶媒が用いられ、この非水系溶媒は、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒であることが好ましい。
より好ましくは、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が２．０ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である。
又、前記電解質溶液はイオン性液体であり、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒であることも同様に好ましい。この場合、より好ましくは、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が２．０ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である。 At that time, a non-aqueous solvent is used for the electrolyte solution, and the non-aqueous solvent preferably has a viscosity of 0.3 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. .
More preferably, the viscosity is 2.0 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C.
The electrolyte solution is an ionic liquid, and it is also preferable that the viscosity is 0.3 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. In this case, the viscosity is more preferably 2.0 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C.

又、前記カチオン交換樹脂は、アニオン捕獲能を有する部位を備えるブレンステッド酸型カチオン交換樹脂、ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂、あるいは、剛直な高分子主鎖に前記アニオン捕獲能を有する剛直ブレンステッド酸型又は剛直ルイス酸―ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂であることが好ましい。前記カチオン交換樹脂として前記ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂を用いる場合、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が２．０ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である非水系溶媒が前記電解質溶液に用いられる。
なお、前記アクチュエータ層は、厚さが１ｍｍ以下であることが好ましい。 The cation exchange resin may be a Bronsted acid cation exchange resin having a site having an anion capturing ability, a Lewis acid-Bronsted acid complex cation exchange resin, or a rigid polymer main chain. It is preferably a rigid Bronsted acid type or a rigid Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin. When the Lewis acid-Bronsted acid complex cation exchange resin is used as the cation exchange resin, a non-aqueous solvent having a viscosity of 2.0 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. Used in the electrolyte solution.
The actuator layer preferably has a thickness of 1 mm or less.

さらに、本発明は、操作者が押圧することで入力可能なタッチパネルであって、電解質溶液を含浸した、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂膜により形成されるデバイス本体層と、前記デバイス本体層の中に、前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられる電極と、前記アクチュエータ層の両側の面に設けられ、前記デバイス本体層を駆動するために前記電極に電圧を印加する第１の電極端子と、前記アクチュエータ層の両側の面に設けられ、操作者の接触による前記デバイス本体層の変形に応じて前記デバイス本体層に生じる前記電極の電位差を検知のために取り出す第２の電極端子と、を有することを特徴とする高分子電解質膜を用いたタッチパネルを提供する。
この場合、前記デバイス本体層は、アニオン捕獲能を有する部位を備えるブレンステッド酸型カチオン交換樹脂、ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂、あるいは、剛直な高分子主鎖に前記アニオン捕獲能を有する剛直ブレンステッド酸型又は剛直ルイス酸―ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂であることが好ましい。 Furthermore, the present invention is a touch panel that can be input by an operator pressing, a device body layer formed by a cation exchange resin film impregnated with an electrolyte solution and having an anion capturing ability, and the device body layer. An electrode provided along both sides of the actuator layer, and a first electrode terminal provided on both sides of the actuator layer for applying a voltage to the electrode to drive the device body layer And a second electrode terminal that is provided on both sides of the actuator layer and takes out, for detection, a potential difference of the electrode generated in the device main body layer according to deformation of the device main body layer due to an operator's contact; There is provided a touch panel using a polymer electrolyte membrane characterized by comprising:
In this case, the device body layer may be a Bronsted acid cation exchange resin having a site having an anion capturing ability, a Lewis acid-Bronsted acid complex cation exchange resin, or the anion capturing ability in a rigid polymer main chain. It is preferably a rigid Bronsted acid type or a rigid Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin.

本発明は、アクチュエータ層にアニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂を用いるので、電極に電圧を印加することによってカチオンが溶媒分子等とともに陰極側に移動するとき、高分子電解質膜の網目構造に残留する多数のアニオンはカチオン交換樹脂に捕獲されるので、厚さの薄いアクチュエータ層であっても、アクチュエータとして大きな変形が生じる。なお、カチオン交換樹脂は、優れた柔軟性、耐環境性及び化学的安定性を有し、さらに、良好な接着性を有し、フレキシブルな膜形状に容易に加工することができる。このアクチュエータは、タッチパネルの入力操作ボタンとして適用することで、操作者が指で押圧するとき、この押圧に対応してボタンが形状変化するので操作者の指先に和む反力感触を与えることができる。このときのアクチュエータの加工も、カチオン交換樹脂が柔軟性、耐環境性、化学的安定性及び接着性を有するので、従来の無機材料等を用いた入力デバイスに比べて好適に行うことができる。 Since the present invention uses a cation exchange resin having anion capturing ability for the actuator layer, when the cation moves to the cathode side together with solvent molecules by applying a voltage to the electrode, it remains in the network structure of the polymer electrolyte membrane. Since a large number of anions are trapped in the cation exchange resin, a large deformation occurs as an actuator even in a thin actuator layer. The cation exchange resin has excellent flexibility, environmental resistance and chemical stability, and has good adhesiveness, and can be easily processed into a flexible membrane shape. By applying this actuator as an input operation button of a touch panel, when the operator presses with a finger, the shape of the button changes in response to the press, so that it is possible to give a reaction force feel to the operator's fingertip. . Since the cation exchange resin has flexibility, environmental resistance, chemical stability, and adhesiveness, the actuator can be processed more favorably than an input device using a conventional inorganic material or the like.

図１は、本発明の高分子電解質膜アクチュエータ（以降、アクチュエータという）の一実施形態を示す模式断面図である。
図１に示すアクチュエータ１０は、高分子電解質膜で形成されるアクチュエータ層１２と、アクチュエータ層１２の両側の面に沿って設けられ、アクチュエータ層１２の両側から電圧を印加する電極１４，１６と、電極１４，１６に電圧を印加する電源２０と、電圧の印加を制御するコントローラ２２と、を有して構成される。
アクチュエータ１０について簡単に説明すると、電極１４，１６は、高分子電解質膜であるアクチュエータ層１２に、アクチュエータ層１２の両側の面からメッキ処理が施されてアクチュエータ層１２の表面にメッキ膜１３が形成され、かつ、アクチュエータ層１２の内部に向かって樹枝状に延びた金属により構成されている。電極１４，１６を備えたアクチュエータ層１２は、電解質溶液を含浸しており、電極１４，１６間に電圧を印加することにより、高分子電解質膜中の残留するアニオンを、高分子電解質膜が捕獲しつつ、カチオンが陰極側に移動し、これに伴って電解質溶液の溶媒分子も陰極側に移動する。これにより、アクチュエータ層１２が大きく変形する構成となっている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a polymer electrolyte membrane actuator (hereinafter referred to as actuator) of the present invention.
An actuator 10 shown in FIG. 1 includes an actuator layer 12 formed of a polymer electrolyte membrane, electrodes 14 and 16 that are provided along the surfaces on both sides of the actuator layer 12, and apply a voltage from both sides of the actuator layer 12. The power source 20 applies a voltage to the electrodes 14 and 16 and the controller 22 controls the application of the voltage.
The actuator 10 will be briefly described. The electrodes 14 and 16 are formed by plating the actuator layer 12 which is a polymer electrolyte film from both sides of the actuator layer 12 to form the plating film 13 on the surface of the actuator layer 12. And made of a metal extending in a dendritic shape toward the inside of the actuator layer 12. The actuator layer 12 provided with the electrodes 14 and 16 is impregnated with an electrolyte solution, and when a voltage is applied between the electrodes 14 and 16, the polymer electrolyte membrane captures the remaining anions in the polymer electrolyte membrane. However, the cation moves to the cathode side, and accordingly, the solvent molecules of the electrolyte solution also move to the cathode side. As a result, the actuator layer 12 is greatly deformed.

アクチュエータ層１２は、高分子電解質膜で構成されている。高分子電解質膜は、アクチュエータ１０の印加電圧に対する変形を大きくするために、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂で構成されている。
アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂は、以下に示す３種類のカチオン交換樹脂が用いられる。
（Ｉ）型：ブレンステッド酸型（Ｈ−Ｘ型）カチオン交換樹脂
（ＩＩ）型：ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂
（ＩＩＩ）型：剛直な高分子主鎖にアニオン捕獲能を有する剛直ブレンステッド酸型又は剛直ルイス酸―ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂
上記（Ｉ）〜（ＩＩＩ）型のカチオン交換樹脂については後述する。 The actuator layer 12 is composed of a polymer electrolyte membrane. The polymer electrolyte membrane is made of a cation exchange resin having an anion capturing ability in order to increase the deformation of the actuator 10 with respect to the applied voltage.
The following three types of cation exchange resins are used as the cation exchange resin having an anion capturing ability.
(I) type: Bronsted acid type (H-X type) cation exchange resin (II) type: Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin (III) type: anion-capturing ability for a rigid polymer main chain The rigid Bronsted acid type or rigid Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin having the above-mentioned types (I) to (III) will be described later.

電極（陰極、陽極）１４，１６は、アクチュエータ層１２の高分子電解質膜中に、アクチュエータ層１２の両側の面から内側に向かって樹枝状に設けられた金属とメッキ膜１３とからなる電極であり、樹枝状の金属は、アクチュエータ層１２の両側の面に沿って略一様の厚さで設けられている（図１中のドット領域）。このため、電極１４，１６は、アクチュエータ層１２の高分子電解質膜中に広い電極面積を有する。電極１４，１６は、カチオン交換樹脂によるイオン吸着を利用して金属イオンを吸着させた後、金属イオンを還元させて金属を析出させることで形成される。電極１４，１６は、例えば金、白金又はパラジウムで構成される。特に、メッキ処理による形成の容易性と電極の安全性の点から、金を用いることが好ましい。電極１４，１６は、いわゆる無電界メッキ処理により行われ、例えば下記（ａ）〜（ｅ）の５工程を３〜５回繰り返し行って作製される。なお、電極１４，１６の間には、金属の設けられていない領域（図１中ドットの無い領域）があり、電極間で一定の距離を確保している。 The electrodes (cathodes, anodes) 14 and 16 are electrodes made of a metal film and a plating film 13 provided in a dendritic shape from both sides of the actuator layer 12 to the inside in the polymer electrolyte membrane of the actuator layer 12. The dendritic metal is provided with a substantially uniform thickness along both sides of the actuator layer 12 (dot region in FIG. 1). For this reason, the electrodes 14 and 16 have a large electrode area in the polymer electrolyte membrane of the actuator layer 12. The electrodes 14 and 16 are formed by adsorbing metal ions using ion adsorption by a cation exchange resin and then reducing the metal ions to deposit metal. The electrodes 14 and 16 are made of, for example, gold, platinum, or palladium. In particular, it is preferable to use gold from the viewpoint of easy formation by plating and the safety of the electrode. The electrodes 14 and 16 are performed by a so-called electroless plating process, and are produced, for example, by repeating the following five steps (a) to (e) 3 to 5 times. Note that there is a region where no metal is provided between the electrodes 14 and 16 (a region without dots in FIG. 1), and a certain distance is secured between the electrodes.

（ａ）洗浄工程
（ｂ）膨潤工程
（ｃ）金属イオンの吸着工程
（ｄ）金属イオンの還元工程
（ｅ）洗浄工程
各工程の一例を挙げると、（ａ）洗浄工程では、アクチュエータ層１２の高分子電解質膜を沸騰純粋中で１時間加熱して洗浄する。（ｂ）膨潤工程では、メタノール中に１時間浸漬することにより、高分子電解質膜を膨潤させる。（ｃ）金属イオンの吸着工程では、メッキ液として金フェナントロリン錯体溶液に１２時間浸漬することより金イオンを高分子電解質膜に吸着させる。（ｄ）金属イオンの還元工程では、亜硫酸ナトリウム水溶液を金イオンの吸着した高分子電解質膜に浸透させて金イオンを還元させて金を析出させる。（ｅ）洗浄工程では、７０℃の純粋中に３０分浸漬して洗浄する。 (A) Cleaning step (b) Swelling step (c) Metal ion adsorption step (d) Metal ion reduction step (e) Cleaning step An example of each step is as follows. The polymer electrolyte membrane is washed by heating in boiling pure for 1 hour. (B) In the swelling step, the polymer electrolyte membrane is swollen by being immersed in methanol for 1 hour. (C) In the metal ion adsorption step, gold ions are adsorbed on the polymer electrolyte membrane by immersing in a gold phenanthroline complex solution as a plating solution for 12 hours. (D) In the metal ion reduction step, a sodium sulfite aqueous solution is permeated into the polymer electrolyte membrane adsorbed with gold ions to reduce the gold ions and deposit gold. (E) In the washing step, washing is performed by immersing in 70 ° C. pure for 30 minutes.

電源２０は、電極１４，１６に所定の電位差を与えるために電圧を印加するもので、ＤＣ電源が用いられ、例えばコントローラ２２を介して−２〜＋２Ｖの電圧が電極１４，１６間に印加される。
コントローラ２２は、図示されない外部装置からの制御信号に応じて電圧の印加を調整する部分である。 The power source 20 applies a voltage to give a predetermined potential difference to the electrodes 14 and 16, and a DC power source is used. For example, a voltage of −2 to +2 V is applied between the electrodes 14 and 16 via the controller 22. The
The controller 22 is a part that adjusts the application of voltage in accordance with a control signal from an external device (not shown).

さらに、アクチュエータ層１２は、非水系溶媒の電解質溶液を含浸させ膨潤させて活性化させる。このとき用いる電解質溶液は、電解質塩が溶媒に溶解して導電性を有するもの、あるいはイオン性液体が好適に用いられる。なお、溶媒は、アクチュエータ層１２に用いるカチオン交換樹脂にアニオン捕獲能を持たせる点及びアクチュエータ１０の気中動作及び長期使用を確保する点から、高粘度でかつ低揮発性溶媒を用いることが好ましい。電解質塩も、特に限定されないが、ゲル電解質塩や固体電解質塩を用いてもよく、カチオン種としては、リチウムイオンを好適に用いることができる。この他、カチオンとして、ジアルキルイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリジニウムイオンからなる群から選択されるものも用いることができる。又、アニオンとして、ＡlＣｌ₄ ⁻、ＢＦ₄ ⁻、ＣｌＯ₄ ⁻、ＰＦ₆ ⁻、ＳｂＦ₆ ⁻、ＯＴf⁻、スルホニウムイミドアニオン、（ＣＦ₅ＳＯ₂）₂Ｎ⁻：ＮＴｆ₂ ⁻からなる群から選択されるものを用いることができる。 Further, the actuator layer 12 is activated by impregnating and swelling an electrolyte solution of a non-aqueous solvent. As the electrolyte solution used at this time, an electrolyte salt dissolved in a solvent and having conductivity, or an ionic liquid is preferably used. The solvent is preferably a high-viscosity and low-volatile solvent from the viewpoint that the cation exchange resin used for the actuator layer 12 has an anion-capturing ability and the air operation and long-term use of the actuator 10 are ensured. . The electrolyte salt is not particularly limited, but a gel electrolyte salt or a solid electrolyte salt may be used, and lithium ions can be suitably used as the cation species. In addition, a cation selected from the group consisting of a dialkylimidazolium ion, a tetraalkylammonium ion, a trialkylimidazolium ion, a piperidinium ion, a pyrazolium ion, a pyrrolium ion, and a pyrrolidinium ion can also be used. The anion is selected from the group consisting of AlCl ₄ ⁻ , BF ₄ ⁻ , ClO ₄ ⁻ , PF ₆ ⁻ , SbF ₆ ⁻ , OTf ⁻ , sulfoniumimide anion, (CF ₅ SO ₂ ) ₂ N ⁻ : NTf ₂ ^−. Can be used.

このようなアクチュエータ１０のアクチュエータ層１２に用いるカチオン交換樹脂は、下記（Ｉ）〜（ＩＩＩ）型のいずれかのアニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂である。以下、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂について説明する。 The cation exchange resin used for the actuator layer 12 of the actuator 10 is a cation exchange resin having any one of the following types (I) to (III). Hereinafter, the cation exchange resin having an anion capturing ability will be described.

（Ｉ）型：ブレンステッド酸型（Ｈ−Ｘ型）カチオン交換樹脂
（Ｉ）型のカチオン交換樹脂は、アニオン捕獲能を有する部位を備えるブレンステッド酸型カチオン交換樹脂であれば特に限定されない。ここで、アニオン捕獲能を有する部位とは、カチオン交換樹脂中に電気的に陽性な水素原子を有する部位、例えば、Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ，Ｃ−Ｈの部位をいう。一般に、電気的に陽性な水素原子は、電気的に陰性な（塩基性度の高い）アニオン（Ｏ，Ｎ，ハロゲン）と非水系溶媒で強く結合する。又、上記Ｏ−ＨやＮ−Ｈより酸性度の低いＣ−Ｈであっても、電気的に陽性な水素原子は、例えば、Ｃ−Ｈ／ｎ相互作用（ｎ：非共有電子対）、Ｃ−Ｈ／π電子相互作用のように、電気的な陰性の低い（塩基性度の弱い）Ｏ，Ｎ等のヘテロ原子の非共有電子対やベンゼン環中のπ電子と相互作用をする。したがって、電気的に陽性な水素原子はアニオンの捕獲能を有する。
この種類のカチオン交換樹脂として、例えば、下記式（１）に示すような、ベンズイミダゾール骨格を有する樹脂が用いられる。このカチオン交換樹脂に非水系溶媒を含浸したとき、カチオン交換樹脂中の網目構造間に存在するカチオンが電圧の印加に従って溶媒分子とともに陰極側に移動する一方、残留するアニオンは上記アニオン捕獲能を有する部位（電気的に陽性な水素原子を有する部位）に捕獲される。 (I) Type: Bronsted Acid Type (H-X Type) Cation Exchange Resin The (I) type cation exchange resin is not particularly limited as long as it is a Bronsted acid type cation exchange resin having a portion having an anion capturing ability. Here, the site | part which has an anion capture ability means the site | part which has an electrically positive hydrogen atom in a cation exchange resin, for example, the site | part of OH, NH, CH. In general, an electrically positive hydrogen atom is strongly bound to an electrically negative (high basicity) anion (O, N, halogen) by a non-aqueous solvent. In addition, even in the case of C—H having a lower acidity than the above O—H or N—H, an electrically positive hydrogen atom is, for example, a C—H / n interaction (n: an unshared electron pair), Like C—H / π electron interaction, it interacts with unshared electron pairs of heteroatoms such as O, N, etc., which have low electronegative properties (low basicity) and π electrons in the benzene ring. Therefore, an electrically positive hydrogen atom has an anion capturing ability.
As this type of cation exchange resin, for example, a resin having a benzimidazole skeleton as shown in the following formula (1) is used. When this cation exchange resin is impregnated with a non-aqueous solvent, cations present between the network structures in the cation exchange resin move to the cathode side together with the solvent molecules according to the application of voltage, while the remaining anions have the anion capturing ability. Captured at a site (a site having an electrically positive hydrogen atom).

（ＩＩ）ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂
（ＩＩ）のルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂は、カチオン交換樹脂中にＣ−ＦやＣ−Ｈ等の脂溶性残基を有するブレンステッド酸型（Ｈ−Ｘ型）のカチオン交換樹脂であれば特に限定されない。例えば、式（２），（３），（４）に示すような、フッ素系樹脂やスルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）系樹脂、さらには、下記式（５）〜（９）に示すような、ブレンステッド酸残基を有するスルホン化ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアリールエーテル系樹脂又はスルホン化ポリエーテルエーテルケトン系樹脂等が挙げられる。なお、下記式（２），（３）で示されるカチオン交換樹脂には、商品名「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、「ＤｏｗＭｅｍｂｒａｎｅ」（登録商標）、「ＢＡＭ３Ｇ」（登録商標）等の公知の膜が挙げられる。 (II) Lewis Acid-Bronsted Acid Complex Type Cation Exchange Resin (II) Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin has a fat-soluble residue such as C—F or C—H in the cation exchange resin. It is not particularly limited as long as it has a Bronsted acid type (H-X type) cation exchange resin. For example, as shown in the formulas (2), (3), and (4), a fluorine resin, a sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) resin, and the following formulas (5) to (5) to Examples thereof include a sulfonated polyethersulfone resin having a Bronsted acid residue, a polyarylether resin, a sulfonated polyetheretherketone resin and the like as shown in (9). The cation exchange resins represented by the following formulas (2) and (3) include trade names “Nafion” (registered trademark), “Flemion” (registered trademark), “Aciplex” (registered trademark), and “Dow Membrane”. (Registered trademark), “BAM3G” (registered trademark), and other known membranes.

（ＩＩ）のカチオン交換樹脂は、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒、好ましくは２．０ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である非水系溶媒を用いた電解質溶液を用いることにより、カチオン交換樹脂中の脂溶性残基同士の分子間相互作用を誘起して、樹脂分子の熱運動を抑制することができる。これにより、電解質溶液中のイオンと交換されたプロトンの移動度は抑制され、この移動の抑制されたプロトンはアニオン捕獲能を有する。すなわち、上記粘度の高い溶媒を用いた電解質溶液を含浸したルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂は、電子受容体を備えたルイス酸としての機能を持つことになる。これが、ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂である。したがって、ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂は、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒、好ましくは２．０ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である非水系溶媒を用いた電解質溶液と組み合わせて用いられる。
なお、上記粘度の高い非水系溶媒として、以下の溶媒に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートが挙げられる。特に、ジエチレングリコールが好適に用いることができる。 The cation exchange resin (II) has a viscosity of 0.3 mPa · second to 30.0 mPa · second, preferably 2.0 mPa · second to 30.0 mPa · second in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. By using an electrolyte solution using a solvent, it is possible to induce an intermolecular interaction between fat-soluble residues in the cation exchange resin, thereby suppressing the thermal motion of the resin molecule. Thereby, the mobility of the proton exchanged with the ion in the electrolyte solution is suppressed, and the proton whose movement is suppressed has anion capturing ability. That is, the Lewis acid-Bronsted acid complex cation exchange resin impregnated with an electrolyte solution using a solvent having a high viscosity has a function as a Lewis acid having an electron acceptor. This is a Lewis acid-Bronsted acid complex cation exchange resin. Therefore, the Lewis acid-Bronsted acid complex cation exchange resin has a viscosity of 0.3 mPa · second to 30.0 mPa · second, preferably 2.0 mPa · second to 30.0 mPa · s in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. -Used in combination with an electrolyte solution using a non-aqueous solvent that is seconds.
The non-aqueous solvent having a high viscosity is not limited to the following solvents, and examples thereof include ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, sulfolane, propylene carbonate, and butylene carbonate. In particular, diethylene glycol can be suitably used.

（ＩＩ）のカチオン交換樹脂に、非水系溶媒かつ高粘度の溶媒を含浸させたアクチュエータ１０では、熱運動が抑制された三次元架橋性の高いカチオン交換樹脂により誘起されたアニオン捕獲能により、カチオン交換樹脂の網目構造中のカチオンは、電圧の印加に伴って高粘度の溶媒分子とともに陰極側に移動するが、残留するアニオンはカチオン交換樹脂中の上記移動度の抑制されたプロトンに捕獲される。すなわち、上記粘度の高い溶媒を用いることにより、アニオン捕獲能を有するルイス酸−ブレンステッド酸複合型として機能する。 In the actuator 10 in which the cation exchange resin (II) is impregnated with a non-aqueous solvent and a high-viscosity solvent, the cation exchange resin induced by the cation exchange resin having a high three-dimensional crosslinkability in which thermal motion is suppressed, The cations in the network structure of the exchange resin move to the cathode side together with solvent molecules with high viscosity with the application of voltage, but the remaining anions are captured by the protons in the cation exchange resin whose mobility is suppressed. . That is, it functions as a Lewis acid-Bronsted acid complex type having an anion capturing ability by using the solvent having a high viscosity.

なお、本実施形態では、電解質溶液として非水系溶媒を用いたものであるが、イオン性液体を用いることもできる。この場合、カチオンとして、ジアルキルイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリジニウムイオンからなる群から少なくとも１種選択され、アニオンとして、ＡlＣｌ₄ ⁻、ＢＦ₄ ⁻、ＣｌＯ₄ ⁻、ＰＦ₆ ⁻、ＳｂＦ₆ ⁻、ＯＴf⁻、スルホニウムイミドアニオン、（ＣＦ₅ＳＯ₂）₂Ｎ⁻：ＮＴｆ₂ ⁻からなる群から少なくとも１種選択されたイオン性液体を用いることができる。この場合においても、イオン性液体は、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒、好ましくは２．０ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒であるものが用いられる。 In the present embodiment, a non-aqueous solvent is used as the electrolyte solution, but an ionic liquid can also be used. In this case, at least one selected from the group consisting of dialkylimidazolium ions, tetraalkylammonium ions, trialkylimidazolium ions, piperidinium ions, pyrazolium ions, pyrrolium ions, pyrrolidinium ions is used as the cation, and AlCl is used as the anion. ₄ ⁻ , BF ₄ ⁻ , ClO ₄ ⁻ , PF ₆ ⁻ , SbF ₆ ⁻ , OTf ⁻ , sulfoniumimide anion, (CF ₅ SO ₂ ) ₂ N ⁻ : NTf ₂ ⁻ Liquid can be used. Even in this case, the ionic liquid has a viscosity of 0.3 mPa · sec to 30.0 mPa · sec, preferably 2.0 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. Is used.

（ＩＩＩ）型：剛直な高分子主鎖にアニオン捕獲能を有する剛直ブレンステッド酸型又は剛直ルイス酸―ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂
（ＩＩＩ）型の剛直な高分子主鎖にアニオン捕獲能を有する剛直ブレンステッド酸型のカチオン交換樹脂は、剛直な主鎖中にアニオン捕獲能を有する部位を備えるブレンステッド酸型（Ｈ−Ｘ型）のカチオン交換樹脂であれば特に制限されない。アニオン捕獲能を有する部位とは、カチオン交換樹脂中に電気的に陽性な水素原子を有する部位、例えば、Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ，Ｃ−Ｈの部位をいう。例えば、下記式（１０）に示されるようなポリイミド系ポリマーが例示される。
剛直ルイス酸−ブレンドステッド酸複合型のカチオン交換樹脂は、上述した（ＩＩ）型のルイス酸−ブレンドステッド酸複合型であって、剛直の高分子主鎖構造を有し、カチオン交換樹脂の主鎖中にアニオン捕獲能を有するものをいう。
なお、上記（Ｉ）型及び（ＩＩ）型のカチオン交換樹脂におけるアニオンの捕捉は、水素原子あるいはプロトンの酸性度によりエンタルピー変化として生じるが、（ＩＩＩ）型のカチオン交換樹脂の剛直な高分子主鎖中にアニオン捕獲能を持たせるのは、ポリマー構造の分子構造の変化を抑制できる状態であれは、ギブス自由エネルギーの減少にエントロピーが大きく寄与し、これによりアニオン捕獲能が向上するからである。 Type (III): Rigid Bronsted acid type or rigid Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin having anion capturing ability in rigid polymer main chain (III) Type anion capturing ability in rigid polymer main chain The rigid Bronsted acid-type cation exchange resin having any of the above is not particularly limited as long as it is a Bronsted acid type (H-X type) cation exchange resin having a site having anion-capturing ability in a rigid main chain. The site | part which has an anion capture ability means the site | part which has an electrically positive hydrogen atom in a cation exchange resin, for example, the site | part of OH, NH, CH. For example, a polyimide polymer as shown in the following formula (10) is exemplified.
The rigid Lewis acid-blendsted acid complex type cation exchange resin is the above-described (II) type Lewis acid-blendsted acid complex type cation exchange resin, which has a rigid polymer main chain structure. It has an anion capturing ability in the chain.
The trapping of anions in the cation exchange resins (I) and (II) occurs as an enthalpy change depending on the acidity of a hydrogen atom or proton, but the rigid polymer of the cation exchange resin (III) The reason why the chain has an anion trapping ability is that entropy contributes greatly to the reduction of Gibbs free energy if the change in the molecular structure of the polymer structure can be suppressed, thereby improving the anion trapping ability. .

このカチオン交換樹脂に、非水系溶媒を電解質溶液の溶媒として含浸させた場合、カチオン交換樹脂の網目構造間に存在するカチオンは電圧印加に従って溶媒分子とともに陰極側に移動し、同時に樹脂中に残留するアニオンは、ポリマー中の水素原子等の電気的に陽性な原子に捕獲される。特に、樹脂分子の熱運動を抑制するように、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒、好ましくは２．０ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である電解質溶液を用いることで、アニオン捕獲効果が向上し、アクチュエータ層１２の変形が大きくなる。 When this cation exchange resin is impregnated with a non-aqueous solvent as a solvent for the electrolyte solution, cations present between the network structure of the cation exchange resin move to the cathode side together with the solvent molecules as voltage is applied, and remain in the resin at the same time. Anions are trapped by electrically positive atoms such as hydrogen atoms in the polymer. In particular, the viscosity is 0.3 mPa · sec to 30.0 mPa · sec, preferably 2.0 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in the temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. so as to suppress the thermal motion of the resin molecules. By using the electrolyte solution, the anion capturing effect is improved and the deformation of the actuator layer 12 is increased.

このような（Ｉ）〜（ＩＩＩ）型のカチオン交換樹脂をアクチュエータ層１２の高分子電解質膜に用い、電解質溶液、例えば、過塩素酸リチウム溶液を含浸させてカチオン交換樹脂を膨潤させて（イオン交換させて）、アクチュエータ層１２を活性化させる。この状態で電極１４，１６間に電位差（−２〜＋２Ｖ）を与えると、イオン交換により電解質溶液中に含まれる多数のプロトンが溶媒分子とともにクラスターを形成し、このクラスターがカチオンとして陰極側に移動することで大きな体積変化を起こす。
このとき、アクチュエータ層１２中の残留するアニオンは、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂に捕獲されて陽極への移動が抑制される。これにより、カチオン及び溶媒が陰極側へ移動して大きな体積変化を生じさせる。従来のイオン交換樹脂では、カチオン及び溶媒が陰極側に移動するとともに、残留するアニオン及びそれに伴った溶媒の陽極への移動によって体積変化が相殺され易く、アクチュエータ層１２の曲げ変形が小さい。本発明では、この曲げ変形をより大きくするために、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂を用いる。特に、アクチュエータ層１２の厚さを１ｍｍ以内に薄くした構成のアクチュエータでは、従来に比べて大きな曲げ変形を実現できる。 Such a cation exchange resin of type (I) to (III) is used for the polymer electrolyte membrane of the actuator layer 12 and impregnated with an electrolyte solution, for example, a lithium perchlorate solution, to swell the cation exchange resin (ion The actuator layer 12 is activated. When a potential difference (−2 to +2 V) is applied between the electrodes 14 and 16 in this state, a large number of protons contained in the electrolyte solution form a cluster together with the solvent molecules by ion exchange, and this cluster moves to the cathode side as a cation. This causes a large volume change.
At this time, the remaining anions in the actuator layer 12 are captured by the cation exchange resin having anion capturing ability, and the movement to the anode is suppressed. Thereby, a cation and a solvent move to a cathode side, and a big volume change is produced. In the conventional ion exchange resin, the cation and the solvent move to the cathode side, the volume change is easily offset by the remaining anion and the accompanying movement of the solvent to the anode, and the bending deformation of the actuator layer 12 is small. In the present invention, in order to increase the bending deformation, a cation exchange resin having an anion capturing ability is used. In particular, an actuator having a configuration in which the thickness of the actuator layer 12 is reduced to 1 mm or less can realize a large bending deformation as compared with the conventional case.

以上説明したアクチュエータ１０は、デバイスとして、操作者がボタンに接触することで入力可能なタッチ式パネルに好適に用いることができる。
図２（ａ）は、タッチ式パネル（以降、パネルという）４０の装置構成を示す概略模式図である。パネル４０には、操作面上に、操作者が指で押圧するボタン４２が３段３列で９個設けられている。このボタン４２のそれぞれは、上述したアクチュエータ１０を用いて構成されている。 The actuator 10 described above can be suitably used as a device for a touch panel that allows an operator to input by touching a button.
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a device configuration of a touch panel 40 (hereinafter referred to as a panel). The panel 40 is provided with nine buttons 42 in three rows and three rows on the operation surface that the operator presses with a finger. Each of the buttons 42 is configured using the actuator 10 described above.

図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿って切断し、外側カバーを外したときのＡ−Ａ’断面図である。図２（ｂ）に示されるように、ボタン４２はセパレータ４４によりそれぞれのボタン４２が分離されて構成され、それぞれのアクチュエータ１０の両側の面（アクチュエータ層１２の両側の面）にそれぞれ、第１の電極端子４６，４８及び第２の電極端子５０，５２が設けられている。 FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. 2A when the outer cover is removed. As shown in FIG. 2B, the buttons 42 are configured by separating the respective buttons 42 by separators 44, and the first surfaces are arranged on the surfaces on both sides of the actuators 10 (the surfaces on both sides of the actuator layer 12). Electrode terminals 46 and 48 and second electrode terminals 50 and 52 are provided.

図２（ｃ）は、アクチュエータ１０に第１の電極端子４６，４８及び第２の電極端子５０，５２を設けた構成を示す斜視図である。
第１の電極端子４６，４８は、図２（ｂ）中の電源２０から、コントローラ２２の制御に応じて、アクチュエータ層（デバイス本体層）１２の電極１４，１６に電圧を印加するものであり、電源２０及びコントローラ２２と接続されている。
一方、第２の電極端子５０，５２は、コントローラ２２に接続されており、操作者の接触によるアクチュエータ層１２の変形に応じてアクチュエータ層（デバイス本体層）１２に生じる起電力を検出するために、電極間の電位差を取り出すように構成されている。第２の電極端子５０，５２から取り出された電位差はコントローラ２２に送られて、操作者がボタン４２を押圧したことを検知する。すなわち、アクチュエータ１０は、第２の電極端子５０，５２を設けることにより、操作者の押圧の有り無しを検知する圧力検知センサーとして機能する。 FIG. 2C is a perspective view showing a configuration in which the first electrode terminals 46 and 48 and the second electrode terminals 50 and 52 are provided in the actuator 10.
The first electrode terminals 46 and 48 apply voltage from the power source 20 in FIG. 2B to the electrodes 14 and 16 of the actuator layer (device body layer) 12 in accordance with the control of the controller 22. The power source 20 and the controller 22 are connected.
On the other hand, the second electrode terminals 50 and 52 are connected to the controller 22 in order to detect an electromotive force generated in the actuator layer (device body layer) 12 according to the deformation of the actuator layer 12 due to the contact of the operator. , And is configured to take out a potential difference between the electrodes. The potential difference extracted from the second electrode terminals 50 and 52 is sent to the controller 22 to detect that the operator has pressed the button 42. That is, the actuator 10 functions as a pressure detection sensor that detects the presence or absence of an operator's press by providing the second electrode terminals 50 and 52.

コントローラ２２は、検知した操作者の押圧に応じて、アクチュエータ１０に所定の電圧を印加するように構成されている。このため、操作者のボタン４２への押圧に応じて、この押圧によるボタン４２の接触時間内（１秒以内）に、アクチュエータ１０を駆動させて変形させる。すなわち、操作者がボタン４２を押したとき、ボタン４２は瞬時に反応する。これにより、操作者はボタン４２による入力が実行されたことを知覚することができる。 The controller 22 is configured to apply a predetermined voltage to the actuator 10 in accordance with the detected operator press. For this reason, the actuator 10 is driven and deformed within the contact time (within 1 second) of the button 42 by the press according to the press on the button 42 by the operator. That is, when the operator presses the button 42, the button 42 reacts instantly. Thereby, the operator can perceive that the input by the button 42 is executed.

このようなパネル４０は、アクチュエータ１０の厚さ、すなわち、アクチュエータ層（デバイス本体層）１２の厚さを１ｍｍ以下にしても、上述したアニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂をアクチュエータ層（デバイス本体層）１２に用いることで、アクチュエータ１０の変形を大きくすることができ、ボタン４２の押圧に応じて操作者に知覚できる程度の大きな反力を与えることができる。
なお、アクチュエータ層（デバイス本体層）として用いるカチオン交換樹脂は、柔軟性に富みかつ加工性も容易であるため、軽量で人体に馴染む材料であり、色素材料や磁性材料等の機能を有する材料を分散し配合することもでき、パネル４０に用いる利点は大きい。 In such a panel 40, even if the thickness of the actuator 10, that is, the thickness of the actuator layer (device main body layer) 12 is 1 mm or less, the cation exchange resin having the anion capturing ability described above is used as the actuator layer (device main body layer). ) 12, the deformation of the actuator 10 can be increased, and a reaction force large enough to be perceived by the operator according to the pressing of the button 42 can be applied.
The cation exchange resin used as the actuator layer (device main body layer) is flexible and easy to process. Therefore, the cation exchange resin is lightweight and adaptable to the human body, and has a function such as a dye material or a magnetic material. It can be dispersed and blended, and the advantage used for the panel 40 is great.

〔実施例〕
上述したアクチュエータの効果を確認するために、下記表１に示すＮｏ．１〜１１のサンプルを作製した。Ｎｏ．１〜８は実施例、Ｎｏ.９〜１１は比較例である。
サンプルは、アクチュエータ層１２に用いるカチオン交換樹脂の種類、電解質溶液の種類を変えて作製した。表１中のプロピレンカーボネートは、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒以上３０．０ｍＰａ・秒以下であり、エチレングリコールは、粘度が同温度範囲で２．０ｍＰａ・秒以上３０．０ｍＰａ・秒以下であり、ジエチレングリコールは、粘度が同温度範囲で２．０ｍＰａ・秒以上３０．０ｍＰａ・秒以下である。アクチュエータ層１２の厚さはいずれも１ｍｍとした。
電極１４，１６は、上述した無電界メッキ処理の方法、すなわち（ａ）洗浄工程では、アクチュエータ層１２の高分子電解質膜を沸騰純粋中で１時間加熱して洗浄し、（ｂ）膨潤工程では、メタノール中の１時間浸漬することにより、高分子電解質膜を膨潤させ、（ｃ）金属イオンの吸着工程では、メッキ液として金フェナントロリン錯体溶液に１２時間浸漬することより金イオンを高分子電解質膜に吸着させ、（ｄ）金属イオンの還元工程では、亜硫酸ナトリウム水溶液を金イオンの吸着した高分子電解質膜に浸透させて金イオンを還元させて金を析出させ、（ｅ）洗浄工程では、７０℃の純粋中に３０分浸漬して洗浄した。この処理を５回繰り返して、電極１４，１６の設けられたアクチュエータ層１２を作製し、図２（ａ）〜（ｃ）に示す構成のタッチ式パネル４０のボタン４２に適用した。〔Example〕
In order to confirm the effect of the actuator described above, No. shown in Table 1 below. Samples 1 to 11 were prepared. No. Examples 1 to 8 are examples, and Nos. 9 to 11 are comparative examples.
Samples were prepared by changing the type of cation exchange resin used for the actuator layer 12 and the type of electrolyte solution. Propylene carbonate in Table 1 has a viscosity of 0.3 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in the temperature range of −30 ° C. to 75 ° C., and ethylene glycol has a viscosity of 2.0 mPa · sec in the same temperature range. The viscosity of the diethylene glycol is 2.0 mPa · second or more and 30.0 mPa · second or less in the same temperature range. The thickness of each actuator layer 12 was 1 mm.
The electrodes 14 and 16 are cleaned by heating the polymer electrolyte membrane of the actuator layer 12 in boiling pure for 1 hour in the electroless plating method described above, that is, (a) the cleaning step, and (b) in the swelling step. The polymer electrolyte membrane is swollen by immersing in methanol for 1 hour, and (c) in the metal ion adsorption step, the polymer electrolyte membrane is made by immersing gold ions as a plating solution in a gold phenanthroline complex solution for 12 hours. (D) In the metal ion reduction step, a sodium sulfite aqueous solution is permeated into the polymer electrolyte membrane adsorbed with gold ions to reduce gold ions to deposit gold. (E) In the cleaning step, 70 It was washed by dipping in pure water at 30 ° C. for 30 minutes. This process was repeated five times to produce the actuator layer 12 provided with the electrodes 14 and 16, and applied to the button 42 of the touch panel 40 having the configuration shown in FIGS.

操作者がボタン４２を押圧し、その時、コントローラ２２から電極１４，１６に所定の電圧が印加されるように調整して、ボタン４２の応答を調べた。
Ｎｏ．１は、小型軽量にもかかわらず、歪んだ形状あるいはねじれた形状等、１秒以内に複雑な変形をして動作することが確認された。一方、溶媒として水を用いたＮｏ．９は、溶媒として粘度の高いプロピレンカーボネートを用いたＮｏ．１に対して顕著な動作は確認されなかった。
同様に、Ｎｏ．２は、Ｎｏ．１と同様に、小型軽量にもかかわらず、１秒以内に歪んだ形状あるいはねじれた形状等、複雑な変形をして動作することが確認された。一方、溶媒として水を用いたＮｏ．１０は、溶媒として粘度の高いエチレングリコールを用いたＮｏ．２に対して顕著な動作は確認されなかった。
さらに、Ｎｏ．３〜８も、Ｎｏ．１と同様に、小型軽量にもかかわらず、１秒以内に歪んだ形状あるいはねじれた形状等、複雑な変形をして動作することが確認された。一方、溶媒として水を用いたＮｏ．１１は、溶媒として粘度の高いジエチレングリコールを用いたＮｏ．７に対して顕著な動作は確認されなかった。
以上より、本発明のアクチュエータは、厚さが薄くても大きな変形を呈して短時間に動作することは明らかである。 The operator pressed the button 42, and at that time, the controller 22 was adjusted so that a predetermined voltage was applied to the electrodes 14 and 16, and the response of the button 42 was examined.
No. 1 was confirmed to operate with a complicated deformation within 1 second, such as a distorted shape or a twisted shape, despite being small and light. On the other hand, no. No. 9 is No. using propylene carbonate having a high viscosity as a solvent. No significant action was observed for 1.
Similarly, no. 2 is No.2. Similar to 1, it was confirmed that the device operates with complicated deformations such as a distorted shape or a twisted shape within one second despite being small and light. On the other hand, no. No. 10 is No. 10 using ethylene glycol having a high viscosity as a solvent. No significant action was observed for 2.
Furthermore, no. 3-8 are also No. Similar to 1, it was confirmed that the device operates with complicated deformations such as a distorted shape or a twisted shape within one second despite being small and light. On the other hand, no. No. 11 is a No. 11 sample using diethylene glycol having a high viscosity as a solvent. No significant behavior was observed for 7.
From the above, it is clear that the actuator of the present invention exhibits a large deformation even when it is thin and operates in a short time.

以上、本発明の高分子電解質膜アクチュエータ及び高分子電解質膜を用いたタッチ式パネルについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the touch panel using the polymer electrolyte membrane actuator and the polymer electrolyte membrane of the present invention has been described in detail, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and in a range not departing from the gist of the present invention, Of course, various improvements and changes may be made.

本発明の高分子電解質膜アクチュエータの一実施形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows one Embodiment of the polymer electrolyte membrane actuator of this invention. （ａ）は、本発明のタッチ式パネルの一実施形態の装置構成を示す概略模式図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿って切断したＡ−Ａ’断面図であり、（ｃ）は、アクチュエータに第１の電極端子及び第２の電極端子を設けた構成を示す斜視図である。(A) is a schematic diagram which shows the apparatus structure of one Embodiment of the touch-type panel of this invention, (b) is AA 'cut | disconnected along the AA' line in (a). It is sectional drawing, (c) is a perspective view which shows the structure which provided the 1st electrode terminal and the 2nd electrode terminal in the actuator.

符号の説明Explanation of symbols

１０高分子電解質膜アクチュエータ
１２アクチュエータ層
１３メッキ膜
１４，１６電極
２０電源
２２コントローラ
４０タッチ式パネル
４２ボタン
４４セパレータ
４６，４８第１の電極端子
５０，５２第２の電極端子 10 Polymer Electrolyte Membrane Actuator 12 Actuator Layer 13 Plating Film 14, 16 Electrode 20 Power Supply 22 Controller 40 Touch Panel 42 Button 44 Separator 46, 48 First Electrode Terminal 50, 52 Second Electrode Terminal

Claims

電圧を印加することにより駆動するアクチュエータであって、
電解質溶液を含浸した高分子電解質膜により形成されるアクチュエータ層と、
前記アクチュエータ層の中に、前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電圧が印加される電極を有し、
前記高分子電解質膜は、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂で構成されていることを特徴とする高分子電解質膜アクチュエータ。 An actuator driven by applying a voltage,
An actuator layer formed by a polymer electrolyte membrane impregnated with an electrolyte solution;
In the actuator layer, the electrode is provided along the surfaces on both sides of the actuator layer, to which a voltage is applied,
The polymer electrolyte membrane actuator is characterized in that the polymer electrolyte membrane is composed of a cation exchange resin having an anion capturing ability.

前記電解質溶液には、非水系溶媒が用いられ、この非水系溶媒は、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である請求項１に記載の高分子電解質膜アクチュエータ。 The non-aqueous solvent is used for the electrolyte solution, and the non-aqueous solvent has a viscosity of 0.3 mPa · sec to 30.0 mPa · sec in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. Polymer electrolyte membrane actuator.

前記電解質溶液はイオン性液体であり、−３０℃〜７５℃の温度範囲で粘度が０．３ｍＰａ・秒〜３０．０ｍＰａ・秒である請求項１に記載の高分子電解質膜アクチュエータ。 2. The polymer electrolyte membrane actuator according to claim 1, wherein the electrolyte solution is an ionic liquid and has a viscosity of 0.3 mPa · second to 30.0 mPa · second in a temperature range of −30 ° C. to 75 ° C. 3.

前記カチオン交換樹脂は、アニオン捕獲能を有する部位を備えるブレンステッド酸型カチオン交換樹脂である請求項１〜３のいずれか１項に記載の高分子電解質膜アクチュエータ。 The polymer electrolyte membrane actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the cation exchange resin is a Bronsted acid cation exchange resin having a portion having an anion capturing ability.

前記カチオン交換樹脂は、ルイス酸−ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂である請求項２又は３に記載の高分子電解質膜アクチュエータ。 4. The polymer electrolyte membrane actuator according to claim 2, wherein the cation exchange resin is a Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin.

前記カチオン交換樹脂は、剛直な高分子主鎖に前記アニオン捕獲能を有する剛直ブレンステッド酸型又は剛直ルイス酸―ブレンステッド酸複合型カチオン交換樹脂である請求項１〜３のいずれか１項に記載の高分子電解質膜アクチュエータ。 4. The cation exchange resin according to claim 1, wherein the cation exchange resin is a rigid Bronsted acid type or a rigid Lewis acid-Bronsted acid complex type cation exchange resin having the anion trapping ability in a rigid polymer main chain. The polymer electrolyte membrane actuator described.

前記アクチュエータ層は、厚さが１ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の高分子電解質膜アクチュエータ。 The polymer electrolyte membrane actuator according to claim 1, wherein the actuator layer has a thickness of 1 mm or less.

操作者が押圧することで入力可能なタッチパネルであって、
電解質溶液を含浸した、アニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂膜により形成されるデバイス本体層と、
前記デバイス本体層の中に、前記デバイス本体層の両側の面に沿って設けられる電極と、
前記デバイス本体層の両側の面に設けられ、前記デバイス本体層を駆動するために前記電極に電圧を印加する第１の電極端子と、
前記デバイス本体層の両側の面に設けられ、操作者の接触による前記デバイス本体層の変形に応じて前記デバイス本体層に生じる前記電極の電位差を検知のために取り出す第２の電極端子と、を有することを特徴とする高分子電解質膜を用いたタッチパネル。 It is a touch panel that can be input by pressing an operator,
A device body layer formed by a cation exchange resin membrane having an anion capturing ability, impregnated with an electrolyte solution;
In the device body layer, electrodes provided along both sides of the device body layer;
A first electrode terminal provided on both sides of the device body layer for applying a voltage to the electrode to drive the device body layer;
A second electrode terminal provided on both sides of the device body layer, and taking out, for detection, a potential difference of the electrode generated in the device body layer according to deformation of the device body layer due to an operator's contact; A touch panel using a polymer electrolyte membrane characterized by comprising: