JP2010041792A - 高分子アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な固定部材を用いて保持固定しても変位量および駆動力の低下を抑えることのできる高分子アクチュエータの基本構造およびその応用例を提供すること。
【解決手段】 高分子アクチュエータ１Ａは、電解質層の両面に一対の電極層がそれぞれ積層された積層体１ａとして形成される。このような積層体１ａの一端にスリット５を備えたスリット部１ａ１を、他端にスリット５を有しない一体変形部１ａ２を一体形成した構成を高分子アクチュエータの基本構造とする。高分子アクチュエータ１Ａは、固定端ｂ側をベース板９ａ，９ａなどの簡易な固定部材９を用いることにより保持固定することが可能である。また自由端ａ側にはスリット５の両側に脚部６，６が形成されているため、自由端ａの変形量を増大させることができるとともに、全体の駆動力の低下を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電極間に電位差を与えると変形を生じるアクチュエータに係り、特に電界によるイオンの移動に伴い変形を生じる高分子アクチュエータに関する。

特許文献１には、イオン交換樹脂を用いたアクチュエータが記載されている。
同文献の図６には、輪状からなるアクチュエータ素子の内側に複数の脚部が一体形成されており、リード線を介して脚部に電圧を与えると前記脚部を屈曲させることができるようになっている。

また特許文献２には、Ｃ型形状からなる陽イオン交換樹脂を用いたアクチュエータが記載されている。このアクチュエータでは、電極間に電圧を印加すると、負電極が凸状に、正電極凹状となるように変形することから、アクチュエータ全体を略円錐形状に変形させることができるというものである。

特許文献１に記載されたアクチュエータでは一度に複数の脚部を用いることにより、特許文献２に記載されたアクチュエータでは内周側に駆動力を集中することにより、ともに大きな駆動力を得ることが可能とされている。
特開平２００４−２８２９９２号公報 特開平２００５−２７４４４号公報（図１）

しかし、特許文献１に記載のものでは、脚部と輪状部分とが一体に形成されているため、脚部が屈曲すると、基部を形成する輪状のアクチュエータ素子の内周側が脚部とともに軸中心線と平行を成す上下方向に変形しやすい形状である。しかも、特許文献１にも記載されているように、複数の脚部の変位量に差が生じた場合には、アクチュエータ素子自体がウェーブ状に変形してしまう。

このため、このようなアクチュエータを安定的に駆動するためには、輪状のアクチュエータ素子を強固に保持固定することが必要であり、このための固定部材の大型化および複雑化を招き、コスト的に高騰しやすいという問題がある。

また固定部材により基部を強く保持固定しすぎると、脚部が拘束され、大きな変位量や駆動力を得に難くなるという問題がある。

また特許文献２に記載のＣ型形状のアクチュエータでは、外周および内周を固定できないという問題がある。すなわち、Ｃ型形状のアクチュエータは動作被対象物やベース基板に対して摺動状態で接合されるか、または部分的に固定されるしかなく、固定の面で安定性に難がある。また別の問題としては、この変形動作自体によって内部歪が生じる動きとなりやすいため、耐久性や動作安定性に難がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、簡単な構成からなる固定部材を用いて安定的に保持固定することができるとともに、変位量および駆動力の低下を抑えることを可能とした高分子アクチュエータの基本構造を提供することを目的としている。

また本発明はアクチュエータの基本構造を応用することにより、設計の自由度を高め、容易に変位量や駆動力の調整することが可能な高分子アクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、電解質層と、前記電界質層の一方の面に形成された第１の電極層と、他方の面に形成された第２の電極層とを備えた帯状の高分子からなる積層体として形成され、前記積層体の一端が固定端として支持部材により固定された状態で前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を与えることにより前記積層体が曲げ変形する高分子アクチュエータにおいて、
前記積層体の一端と他方の端部との間にスリットが形成されてそれぞれ変形するスリット部と、スリットが形成されておらず一体で変形する一体変形部を有していることを特徴とするものである。

本発明の高分子アクチュエータでは、スリット部では駆動力は小さいが大きな変形量を得ることができ、一体変形部では変形量は小さい代わりに大きな駆動力を得ることができる。

例えば、前記一体変形部が前記積層体の固定端側に形成され、前記スリット部が前記固定端とは逆側となる自由端側に形成されるものである。

または、前記スリット部が前記積層体の固定端側に形成され、前記一体変形部が前記固定端とは逆側となる自由端側に形成されているものである。

あるいは、前記一体変形部が前記固定端と前記自由端に形成され、前記スリット部が前記積層体の前記固定端と前記自由端との中間に形成されるものである。

このように、スリットの形成位置は、アクチュエータの自由端、固定端またはこれら中間のいずれかとすることができる。

上記において、前記スリット部が前記積層体に複数形成されているものが好ましい。
上記手段では、スリット部が形成された部分が曲げ変形しやすくなるため、変形時の変位量を増大させることができる。

この場合例えば、長さ寸法の異なる複数のスリットが形成されているものとすることができる。
または幅寸法の異なる複数のスリットが形成されているものとすることができる。

上記構成では、スリットの長さ寸法又は幅寸法を調整することにより、所望の変位量および駆動力を得ることができる。

さらには、隣接するスリット間のそれぞれに脚部が形成されており、これら複数の脚部の中に長さ寸法の異なる脚部が含まれているものである。

あるいは、隣接するスリット間のそれぞれに脚部が形成されており、これら複数の脚部の中に幅寸法の異なる脚部が含まれているものである。

上記構成では、脚部の長さ寸法又は幅寸法を調整することにより、所望の変位量および駆動力を得ることができる。

また上記において、前記積層体の一端と他端とが異なる幅寸法で形成されるものとすることができる。

上記手段では、駆動力の大きなアクチュエータまたは変位量の大きなアクチュエータとすることができる。
また上記においては、前記電解質層は、イオン交換樹脂層であるものが使用される。

本発明では、簡単な構成からなる固定部材を用いて保持固定することができ、しかもこのような固定部材で固定しても変位量および駆動力の低下を抑えることができる高分子アクチュエータの基本構造およびその応用例を提供することができる。

またアクチュエータの基本構造を応用することにより、設計の自由度を高めることが可能となり、変位量や駆動力の調整を容易なものとすることができる。

以下本発明における高分子アクチュエータについて図面を参照しつつ説明する。
図１（Ａ）は高分子アクチュエータに基本原理を説明するための断面図、（Ｂ）は高分子アクチュエータの駆動状態を示す断面図である。

まず、高分子アクチュエータの基本構成について説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）はイオン導電型の高分子アクチュエータ１であり、電解質層２と、この電解質層２の一方の面に設けられた第１の電極層３と、電解質層２の他方の面に設けられた第２の電極層４とが重ねられた積層体１ａとして構成されている。

電解質層２は、イオン交換が可能な樹脂層であり、陽イオン交換樹脂に電解質である電解液が含浸されたものである。陽イオン交換樹脂は、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基やカルボキシル基などの親水性官能基が導入されたものである。電解液は、塩を含有する分極性有機溶媒やイオン性液体などである。また、電解質層２が、ポリフッ化ビニリデンなどのベースポリマーにイオン性液体が混入されてゲル状とされたものであってもよい。

第１の電極層３および第２の電極層４は、電解質層２と同じ電解質層に導電性フィラーが含まれているものである。すなわち、第１の電極層３と第２の電極層４は、電解液が含浸されたイオン交換樹脂に、さらにカーボンナノチューブやカーボンナノファイバーなどの導電性フィラーが混入されて構成されている。あるいは陽イオン性液体を含んだ前記ゲル状の層の内部に導電性フィラーが混入されているものであってもよい。

前記電解質層２となるシート状の樹脂と、導電性フィラーが混入されたシート状の第１の電極層３およびシート状の第２の電極層４を積層することで、図１（Ａ）に示す３層構造の高分子アクチュエータ１を形成することができる。この高分子アクチュエータ１は、電解質層２と第１の電極層３との境界面、および電解質層２と第２の電極層４との境界面が強い密着性を有した構造となっている。

また、第１の電極層３と第２の電極層４を形成する他の方法として、メッキ浴や金属錯体の溶液を使用して、電解質層２を構成する陽イオン交換樹脂の両面に金や銀または銅などの導電性金属を付着させて、第１の電極層３および第２の電極層４を形成してもよい。この場合に、前記導電性金属は、その一部が電解質層２を構成する樹脂内に入り込んだ構造である。

図１（Ｂ）に示すように、第１の電極層３が陽極側となり、第２の電極層４が陰極側となるように、電解質層２に電界が与えられると、電解質層２内の陽イオンが陰極側である第２の電極層４へ移動する。第１の電極層３と第２の電極層４とが、電解質層２と同様にイオン交換可能な層の内部に導電性フィラーが混入されたものである場合には、第１の電極層３と第２の電極層４内で解離した陽イオンも第２の電極層４側に移動する。

その結果、電解質層２の内部では、第２の電極層４側に偏った位置で体積が膨張しようとする。つまり、第２の電極層４側において膨張応力が発生しこれに基づいて膨張歪みが発生するために、積層体１ａに曲げ応力が発生して、図１（Ｂ）に示すように、高分子アクチュエータ１に曲げが発生する。

なお、以下においては、この高分子アクチュエータ１の自由端が発生する駆動力を基準駆動力Ｆとして説明する。

以下、上記基本的構成を有する高分子アクチュエータの実施の形態について説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態として、高分子アクチュエータの基本構造を示す斜視図である。

図２に第１の実施の形態として示す高分子アクチュエータ１Ａは、イオン導電型のアクチュエータの基本構造を示している。高分子アクチュエータ１Ａは、Ｙ方向の長さ寸法Ｌが、Ｘ方向の幅寸法Ｗよりも長い略長方形状の積層体１ａとして形成されている。そして、この積層体１ａの一端（Ｙ１側）にＹ方向に沿って形成された一本のスリット５を有している。一端（Ｙ１側）でスリット５が形成された部分がスリット部１ａ１であり、他端（Ｙ２側）で固定端側のスリットが形成されていない部分が、一体で変形する一体変形部１ａ２である。スリット部１ａ１と一体変形部１ａ２とは一体形成されている。

この高分子アクチュエータ１Ａは、スリット５が形成されたＹ２側の一端を自由端ａ、Ｙ１側の他端を固定端ｂとしており、前記固定端ｂがベースとなる固定部材９に対して片持ち支持された状態で固定される。

固定部材９は、例えば、図２に示すような２枚のベース板９ａ，９ａを用いて高分子アクチュエータ１Ａの固定端ｂの両面を紙面と直行する板厚（Ｚ）方向から挟み込む構成でもよいし、あるいは高分子アクチュエータ１Ａの一端を固定部材９内に埋設して固定する構成（図示せず）のような簡易な手段を用いることが可能である。このため、この高分子アクチュエータ１Ａでは製造コストを安価とすることが可能とされている。

高分子アクチュエータ１Ａは、一本のスリット５によるスリット部１ａ１が形成され、自由端ａ側が２つに分岐形成されている。分岐形成された個々の先端部分が脚部６，６である。

第１の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ａは、従来のように輪状ではなく、固定端ｂが一定の幅寸法を有して形成される構成であるため、固定端ｂ側の一端を固定部材９を用いて安定的に保持固定することが可能である。しかも、この積層体１ａでは自由端ａ側にスリット部１ａ１が形成され、固定端ｂ側に一体変形部１ａ２が一体形成されているため、構造的に自由端ａ側のＸ方向の拘束力が、固定端ｂ側の幅方向の拘束力よりも小さい。このため、積層体１ａは自由端ａ側が固定端ｂ側よりも板厚（Ｚ）方向に大きく曲げ変形しやすく、自由端ａ側に大きな変位量および駆動力を発生させることができる。なお、この高分子アクチュエータ１Ａの１つの脚部６の自由端ａに発生する駆動力は約Ｆ／２程度であるが、２本の脚部６，６が発生する全体の駆動力はほぼＦ／２×２＝Ｆであり、上記高分子アクチュエータ１が発生する基準駆動力と同等にできる。

図３は本発明の第２の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。
図３に示す高分子アクチュエータ１Ｂは、基本的に上記第１の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ａと同様である。ただし、自由端ａ側に複数（図２では２本）のスリット５，５からなるスリット部１ａ１を形成することにより、複数の脚部（図２では３本）６を短冊状に形成した点で相違している。

第２の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ｂの固定端ｂ側の構成は、第２の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ａと同様である。このため、高分子アクチュエータ１Ｂの固定端ｂ側を簡易な固定部材９を用いて安定的に保持固定することが可能である。

一方、自由端ａ側のスリット部１ａ１には２本のスリット５，５が形成されており、上記高分子アクチュエータ１Ａよりも多い３本の脚部６，６，６が形成されている。高分子アクチュエータ１Ａ、１Ｂの外形寸法（縦、横、板厚の各寸法）およびスリット５の幅寸法が同じであるとすると、脚部６の数が多い側である高分子アクチュエータ１Ｂの個々の脚部６の幅寸法は、高分子アクチュエータ１Ａに比較して狭くなる。すなわち、高分子アクチュエータ１Ｂの１本の脚部６が発生する駆動力はＦ／３程度であり、高分子アクチュエータ１や高分子アクチュエータ１Ａの１ヶの脚部６が発生する基準駆動力Ｆよりも小さくなる。しかしながら、高分子アクチュエータ１Ｂ全体が発生する駆動力の総和Σｆは、全部の脚部６の総数に比例するため、高分子アクチュエータ１が発生する基準駆動力Ｆと同等とすることができる。すなわち、スリット数（脚数）が多いほど、１脚当たりの基準駆動力は小さくなるが、高分子アクチュエータ１全体が発生する駆動力は基準駆動力Ｆとほぼ同程度とすることが可能である。

しかも、脚部６は、Ｘ方向の幅寸法が狭い方よりも広い方が板厚方向には曲がり難い。このため、この高分子アクチュエータ１Ｂでは、自由端ａ側の変位量が固定端ｂ側よりも大きい。このため、分岐形成された個々の脚部６の変位量を、分岐前の一体化した状態における変位量、さらには２本に分岐形成された高分子アクチュエータ１Ａの場合における個々の脚部６の変位量よりも大きくすることができる。

このため、この高分子アクチュエータ１Ｂでは、簡易な固定部材９によって固定しても、高分子アクチュエータ１と同等の基準駆動力Ｆを確保することができるとともに、高分子アクチュエータ１Ａよりも大きな変位を発生させることができる。

そして、スリット５の長さ寸法又は幅寸法を調整することにより、あるいは各脚部６自体の長さ寸法又は幅寸法を変えることにより、高分子アクチュエータ１Ｂに所望の駆動力および変位量を発生させることが可能となる。

なお、積層体１ａに形成された複数スリット５の長さ寸法や幅寸法は、すべて同じ寸法でなくても構わない。必要に応じて個々のスリット５の長さ寸法や幅寸法を変えるようにすると、駆動力および変位量を調整することが可能となる。

図４は本発明の第３の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。
この実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ｃの構造は、第１の実施の形態に示す基本的構造と同様である。ただし、高分子アクチュエータ１Ｃは、スリット５が形成されたスリット部１ａ１側を固定端ｂ側とし、スリット５が形成されていない一体変形部１ａ２を自由端ａ側とする構成とする点で、上記第１の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ａと相違している。なお、スリット部１ａ１と一体変形部１ａ２とは一体形成されている。

高分子アクチュエータ１Ｃでは、スリット部１ａ１が形成された一方の端部である固定端ｂ側を、上記同様の簡易な固定部材９を用いて固定することが可能である。

第３の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ｃと第１の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ａの外形寸法が同じであるとすると、高分子アクチュエータ１Ｃの固定端ｂ側の個々の脚部６の各幅寸法は、第１の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ａの固定端ｂ側の幅寸法に比較して狭くなる。

このため、高分子アクチュエータ１Ｃの変形量は、一体変形部１ａ２が形成された先端の自由端ａに比較してスリット部１ａ１が形成された固定端ｂ側の方が大きいという特性を有する。したがって、この高分子アクチュエータ１Ｃにおいても、自由端ａの先端の板厚方向の変位量を、第１の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ａと同等とすることができる。しかも、脚部６の個々の駆動力はＦ／２程度となるが、脚部６全体の駆動力の総和Σｆは高分子アクチュエータ１と同等の基準駆動力Ｆとなる。つまり、この高分子アクチュエータ１Ａにおいても簡易な固定部材９によって固定することにより、スリット部を有さない基本構成からなる高分子アクチュエータ１と同等の基準駆動力Ｆを維持することができるとともに、基本構成の高分子アクチュエータ１よりも大きな変位量を得ることができる。

図５は本発明の第４の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。
また図５に示す高分子アクチュエータ１Ｄは、基本的には積層体１ａの一端に複数のスリット５からなるスリット部１ａ１を形成して複数の脚部６を短冊状に形成した上記図３に第２の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ｂと同様の構成である。ただし、高分子アクチュエータ１Ｄが上記高分子アクチュエータ１Ｂと異なる点は、高分子アクチュエータ１Ｂでは一体変形部１ａ２側を固定端ｂ側としてあるのに対し、この高分子アクチュエータ１Ｄではスリット部１ａ１脚部６側を自由端ａ側とした点にある。なお、スリット部１ａ１と一体変形部１ａ２とは一体形成されている。

この高分子アクチュエータ１Ｄでは個々の脚部６が発生する駆動力はＦ／３程度となり、図４の高分子アクチュエータ１Ｃの個々の脚部６が発生する駆動力はＦ／２よりも小さいが、複数の脚部６全体が発生する駆動力の総和Σｆを高分子アクチュエータ１Ｂと同等の基準駆動力Ｆとすることが可能である。

しかも、この高分子アクチュエータ１Ｄでは、スリット部１ａ１が形成された固定端ｂ側は変形しやすい状態にある。このため、高分子アクチュエータ１Ｄでは、スリット部１ａ１が形成された固定端ｂ側が大きく変形することにより、それよりも先端に設けられた一体変形部１ａ２を、スリットを有しない高分子アクチュエータ１よりも、さらには２本に分岐形成された上記高分子アクチュエータ１Ｂ，１Ｃよりも、大きな変位量で変位動作させることが可能である。

図６は本発明の第５の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。
第５の実施の形態に示す高分子アクチュエータは、第１および第２の実施の形態として示す高分子アクチュエータ１Ａ，１Ｂの変形例を示している。

図６（Ａ）に第１の変形例として示す高分子アクチュエータ１Ｅでは、スリット部１ａ１を形成するすべてのスリット５の積層体１ａの自由端ａからの長さ寸法は一定であるが、異なる長さ寸法の脚部６が含まれている点で第１および第２の実施の形態として示す高分子アクチュエータ１Ａ，１Ｂと相違している。なお、この実施の形態では、すべての脚部６の長さ寸法Ｌａ１，Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４を異ならせているが、一部に長さ寸法の同じ脚部を含ませた構成とすることもできる。

また図６（Ｂ）に第２の変形例として示す高分子アクチュエータ１Ｆでは、スリット部１ａ１を形成するスリット５の長さ寸法Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３を異ならせている点で相違している。

あるいは、図６（Ａ）に示すように、スリット部１ａ１を形成するスリット５に異なる幅寸法からなる脚部６を含ませた構成とするものであってもよい。図６（Ａ）では、すべての幅寸法Ｗａ１，Ｗａ２，Ｗａ３，Ｗａ４を脚部６ごとに異ならせているが、一部に同じ幅寸法からなる脚部６を含む構成とすることもできる。また図６（Ｂ）に示すように異なる幅寸法Ｗｂ１，Ｗｂ２，Ｗｂ３からなる複数のスリット５を含む構成であってもよい。

このように、高分子アクチュエータ１Ｅ、１Ｆのスリット部５を形成するスリット５の長さ寸法を各スリットごとに変えることにより、または脚部６の長さ寸法を各脚部６ごとに変えることにより、脚部６に発生する駆動力および変位量を個々の脚部６ごとに異ならせることができる。その一方で、高分子アクチュエータ１Ｅ、１Ｆ全体が発生する駆動力の低下を防止することが可能である。

図７は本発明の第６の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、図８は本発明の第７の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。

図７に示す高分子アクチュエータ１Ｇを、スリット部１ａ１を積層体１ａの一端または他端ではなく、それら間の中央に設けた点で相違し、図８に示す高分子アクチュエータ１Ｈは積層体１ａの両端にスリット部１ａ１，１ａ１をそれぞれ設けた点で相違している。

このような高分子アクチュエータ１Ｇ、１Ｈでは両端にそれぞれ設けられた固定部材９Ａ，９Ａにより、各高分子アクチュエータ１Ｇ、１Ｈの両端をそれぞれ固定し、自由端を有しない状態として駆動させることが可能となる。

一方の高分子アクチュエータ１Ｇでは、両端の固定部材９Ａ，９Ａを支点として中央のスリット部１ａ１が紙面と直交する方向に移動するように変形させることができる。

他方の高分子アクチュエータ１Ｈでも、両端の固定部材９Ａ，９Ａを支点として中央のスリット部１ａ１が形成されていない部分である一体変形部１ａ２を紙面と直交する方向に移動するように変形させることができる。両端を固定させる場合には、一端側の固定部材９Ａと他端側の固定部材９Ａとの距離を高分子アクチュエータ１Ｇ、１ＨのＹ方向の長さ寸法以下とし、高分子アクチュエータ１Ｇ、１Ｈ自体に長手（Ｙ）方向のテンションを与えない状態で駆動させるようにすることが好ましい。

また図７および図８に示すように、中央部のみを固定部材９Ｂで固定し、それらの両端を自由端として駆動させるようにしてもよい。この場合、各アクチュエータは、上記第１ないし第４の実施の形態と同様の構成となるため、高分子アクチュエータ１Ｇ，１Ｈに大きな変位量および駆動力を発生させることが可能となる。

図９は本発明の第８の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図である。図９に示す高分子アクチュエータ１Ｉは、図２の応用例に相当している。

図９に示すものは、図示しない基台に形成された正方形状の開口部の周辺に設けた４枚の高分子アクチュエータ１Ｉを組み合わせることにより形成される。

各高分子アクチュエータ１Ｉは、自由端ａの幅寸法が固定端ｂの幅寸法よりも狭い略台形状をしている。４枚の高分子アクチュエータ１Ｉは、４つの固定端ｂ，ｂ，ｂ，ｂを、例えば枠状の固定部材９Ｃと基台の開口部の縁部との間に上下方向から挟み込むことにより固定され、自由端ａ，ａ，ａ，ａを開口部の内部に突出させた状態でそれぞれ片持ち支持されている。

あるいは、図２に示すようなベース板９ａ，９ａを四辺にそれぞれ設け、４つの固定端ｂ，ｂ，ｂ，ｂをそれぞれ固定するようにしてもよい。さらには、開口部の４つの縁部に４つの固定端ｂ，ｂ，ｂ，ｂをそれぞれ埋設するようにして固定するものであってもよい。

このように、第８の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１においても、上記各実施の形態同様に各高分子アクチュエータ１Ｉを簡易な固定手段９により保持固定することができる。

高分子アクチュエータ１Ｉには、自由端ａ側にスリット部１ａ１を形成するスリット５が形成され、固定端ｂ側にスリット５が形成されていない一体変形部１ａ２が形成されている。各高分子アクチュエータ１Ｉの左右の斜辺部は、隣接する高分子アクチュエータ１Ｉの斜辺部に当接しない傾斜角度θ、すなわち傾斜角度θは４５度未満で形成されていることが好ましい。なお、スリット部１ａ１と一体変形部１ａ２とは一体形成されている。

高分子アクチュエータ１Ｉは、固定端ｂ側の幅寸法が自由端ａ側の幅寸法よりも広いため、大きな駆動力を発生させることが可能である。しかも、開口部の内側に、４枚の高分子アクチュエータ１Ｉが発生した駆動力を集約することができるため、１つの箇所に大きな駆動力を発生させることが可能となる。

また自由端ａ側にはスリット部１ａ１が形成されており、スリット５により分岐形成されｔａ各脚部６の幅寸法は、一体変形部１ａ２の幅寸法よりもさらに狭い構成である。このため、各脚部６の、紙面と直交するＺ方向の変形量を、スリット５が形成されていない場合の自由端ａの変形量に比較してさらに大きくすることが可能である。

なお、スリット部１ａ１は、第２の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ｂ（図３参照）のように複数のスリット５を形成することにより複数の脚部６を有する構成であってもよい。あるいは、第４の実施の形態の高分子アクチュエータ１Ｄ（図５参照）のように固定端ｂ側にスリット部１ａ１を形成した構成であってもよい。さらには、図６（Ａ）と同様に複数の脚部６の各長さ寸法や各幅寸法は一定でなくてもよいし、図６（Ｂ）と同様に複数のスリット５の各長さ寸法や各幅寸法も一定でなくてもよい。

また第８の実施の形態では、自由端ａ側の幅寸法が狭く、固定端ｂ側の幅寸法が広くした台形状の４枚の高分子アクチュエータ１Ｉを組み合わせて構成した場合について説明したが、アクチュエータの形状は台形状に限られるものではない。例えば、自由端ａ側の幅寸法が広く、固定端ｂ側の幅寸法を狭くした逆台形状のアクチュエータであってもよし、円形状、三角形状、その他の多角形状などどのような形状であってもよい。またアクチュエータの枚数は４枚に限られるものはなく、２枚または３枚であってもよいし、あるいは５枚以上で形成されていてもよい。

図１０は本発明の第１０の実施の形態を示す高分子アクチュエータであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

第１０の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ｊは、外形形状が円形をしているが、積層体１ａの中心部に略十字形状の開口部１ｂが形成されており、開口部１ｂに縁部には、中心方向に半円状に突出する４つの凸部（脚部に相当）７が一体的に形成されている点で従来の枠状またはＣ型形状のアクチュエータと相違する。

この高分子アクチュエータ１Ｊでは、中心に向かって突出する先端部分が自由端７ａを形成し、外周側の外縁が固定端７ｂである。また隣接する凸部７と凸部７に形成される隙間がスリット部１ａ１を構成するスリット５を形成している。

このような高分子アクチュエータ１Ｊは基台８に設置され、例えば中心側に円形の開口部９Ｄ１が形成された簡易な固定部材９Ｄとの間に板厚方向から挟み込まれ、図示しないネジや接着剤などによって安定的に保持固定される。

この場合、点線の円で示す凸部７の末端７ｃ側よりも外側で、且つ実線の円で示す固定部材９Ｄの内縁９Ｄ２よりも内側の環状の領域が一体変形部１ａ２である。なお、この実施の形態においても、なお、スリット部１ａ１と一体変形部１ａ２とは一体形成されている。

高分子アクチュエータ１Ｊに所定の電界を与えると、前記４つの凸部７に曲げ変形が発生し、凸部７の自由端７ａが開口部９Ｄ１を通じて図示上方（Ｚ１方向）に突出する。

第１０の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ｊでは、凸部７が開口部１ｂの中心方向に向かって突出しているため、凸部７が変形しても円形状からなる固定端７ｂの表面がウェーブ状に変形することを防止することができる。しかも、固定部材９Ｄの内縁９Ｄ２の内径を調整することにより、外周側に広範な固定領域を確保することが可能となるため、上記のような簡易な固定部材９Ｄを用いても安定的に保持固定することができる。

さらにスリット部１ａ１を有する構成であるため、上記各実施の形態同様に比較的大きな駆動力を発生することができるとともに、大きな変位量を確保することが可能となる。

この実施の形態においても、スリット部１ａ１に複数のスリット５および凸部７を形成することが好ましい。このようにすると、複数の脚部が分岐形成された上記第２の実施の形態に示す高分子アクチュエータ１Ｂと同様の状態とすることができるため、各凸部７の変位量を増大させることが可能である。

以上のように、本願発明では、基本的構成を有する高分子アクチュエータ１にスリット部１ａ１とスリット５を有しない一体変形部１ａ２とを一体的に形成するようにしたことから、変位量を増大させることができる。また簡易な固定部材により容易に保持固定することができ、このように固定しても大きな変位量および駆動力を確保することができる。

（Ａ）は高分子アクチュエータに基本原理を説明するための断面図、（Ｂ）は駆動状態を示す高分子アクチュエータの断面図、 本発明の第１の実施の形態を示す高分子アクチュエータの斜視図、 本発明の第２の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第３の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第４の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第５の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第６の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第７の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第８の実施の形態を示す高分子アクチュエータの平面図、 本発明の第１０の実施の形態を示す高分子アクチュエータであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｊ 高分子アクチュエータ
１ａ 積層体
１ａ１ スリット部
１ａ２ 一体変形部
２ 電解質層
３ 第１の電極層
４ 第２の電極層
５ スリット
６ 脚部
７ 凸部
７ａ 自由端
７ｂ 固定端
８ 基台
９，９Ａ〜９Ｄ 固定部材
ａ 自由端
ｂ 固定端

Claims (11)

1. 電解質層と、前記電解質層の一方の面に形成された第１の電極層と、他方の面に形成された第２の電極層とを備えた帯状の高分子からなる積層体として形成され、前記積層体の一端が固定端として支持部材により固定された状態で前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を与えることにより前記積層体が曲げ変形する高分子アクチュエータにおいて、
   前記積層体の一端と他方の端部との間にスリットが形成されてそれぞれ変形するスリット部と、スリットが形成されておらず一体で変形する一体変形部を有していることを特徴とする高分子アクチュエータ。
2. 前記一体変形部が前記積層体の固定端側に形成され、前記スリット部が前記固定端とは逆側となる自由端側に形成されている請求項１記載の高分子アクチュエータ。
3. 前記スリット部が前記積層体の固定端側に形成され、前記一体変形部が前記固定端とは逆側となる自由端側に形成されている請求項１または２記載の高分子アクチュエータ。
4. 前記一体変形部が前記固定端と前記自由端に形成され、前記スリット部が前記積層体の前記固定端と前記自由端との中間に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
5. 複数の前記スリットが前記積層体に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
6. 長さ寸法の異なる複数のスリットが形成されている請求項５記載の高分子アクチュエータ。
7. 幅寸法の異なる複数のスリットが形成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
8. 隣接するスリット間のそれぞれに脚部が形成されており、これら複数の脚部の中に長さ寸法の異なる脚部が含まれている請求項１ないし７のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
9. 隣接するスリット間のそれぞれに脚部が形成されており、これら複数の脚部の中に幅寸法の異なる脚部が含まれている請求項１ないし８のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
10. 前記積層体の一端と他端とが異なる幅寸法で形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。
11. 前記電解質層は、イオン交換樹脂層である請求項１ないし１０のいずれかに記載の高分子アクチュエータ。

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