JP2010280759A - High polymer molecule transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発生力、変位量、動作速度等の性能に優れる高分子アクチュエータや、センサ信号出力、シグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）等に優れる変形センサなどの高分子トランスデューサに関する。 The present invention relates to a polymer transducer such as a polymer actuator excellent in performance such as generated force, displacement, and operation speed, and a deformation sensor excellent in sensor signal output, signal / noise ratio (S / N ratio), and the like.
近年、医療機器やマイクロマシンなどの分野においては小型かつ軽量なアクチュエータやセンサといった、ある種類のエネルギーを別の種類のエネルギーに変換するトランスデューサの必要性が高まっている。また産業用として、あるいはパーソナルロボットなどの分野において、軽量で柔軟性に富むトランスデューサの必要性が高まっている。 In recent years, in the fields of medical equipment and micromachines, there is an increasing need for transducers that convert one type of energy into another type of energy, such as small and lightweight actuators and sensors. In addition, in the fields of industrial use and personal robots, there is an increasing need for transducers that are light and flexible.
こういった観点から、軽量、柔軟なアクチュエータとして高分子アクチュエータに注目が集まっている。高分子アクチュエータとしては種々の方式のものがこれまでに提案されている。例えば、含水高分子ゲルに対して、温度変化、ｐＨ変化、電場印加等の刺激を与え、これらの刺激に基づく形態変化を利用した高分子アクチュエータ（例えば、特許文献１参照）、含水状態のイオン交換樹脂膜とその両面に接合した電極とからなり、両面の電極間に電位差を与えることにより湾曲および変形を生じさせる高分子アクチュエータ（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。特に後者においては、電圧印加後、瞬時に湾曲および変形が起こり、アクチュエータとしての優れた応答性を示す。しかしながら、当該高分子アクチュエータは含水状態でしか動作しないため、それが使用される環境等に制限があり、応用範囲が限定されてしまうという問題がある。 From this point of view, polymer actuators are attracting attention as lightweight and flexible actuators. Various types of polymer actuators have been proposed so far. For example, a polymer actuator (for example, refer to Patent Document 1) using a morphological change based on a stimulus such as a temperature change, a pH change, and an electric field applied to the hydrated polymer gel. There has been proposed a polymer actuator (for example, see Patent Document 2), which includes an exchange resin film and electrodes bonded to both surfaces thereof, and causes bending and deformation by applying a potential difference between the electrodes on both surfaces. In particular, in the latter, bending and deformation occur instantaneously after voltage application, and excellent response as an actuator is exhibited. However, since the polymer actuator operates only in a water-containing state, there is a problem that the environment in which it is used is limited and the application range is limited.
上記の課題を克服するものとして、軟質な高分子誘電体と柔軟な電極とからなる高分子アクチュエータが知られている（例えば、特許文献３参照）。この方式の高分子アクチュエータは、動作に水を必要とせず、またアクチュエータの動作がイオンなどの物質移動現象ではなく、より高速なプロセスである電子移動現象によるものであることから応答性に非常に優れるものである。しかしながらその一方では、動作には数１０００Ｖ程度の非常に高い電圧が必要であり、安全性の観点から応用範囲が限定されるという問題がある。 As a means for overcoming the above problems, a polymer actuator including a soft polymer dielectric and a flexible electrode is known (see, for example, Patent Document 3). This type of polymer actuator does not require water for operation, and the operation of the actuator is not a mass transfer phenomenon such as ions, but is due to an electron transfer phenomenon, which is a faster process, so it is very responsive. It is excellent. However, on the other hand, a very high voltage of about several thousand volts is required for the operation, and there is a problem that the application range is limited from the viewpoint of safety.
この課題を克服するものとして、イオン液体およびフッ素系高分子からなる非水系高分子固体電解質の両面に、イオン液体、フッ素系高分子および単層カーボンナノチューブからなる電極を貼り合わせた高分子アクチュエータ（例えば、非特許文献１参照）や、イオン液体およびブロック共重合体からなる非水系高分子固体電解質の両面に、活性炭を含む電極を貼り合わせた高分子アクチュエータ（例えば、特許文献４および５参照）が知られている。これらの高分子アクチュエータは、水の無い状態においても数Ｖ程度の低い電圧で駆動する特徴を有する。しかしながら、アクチュエータの発生できる力や動作速度などの点でさらなる改良の余地があった。 In order to overcome this problem, a polymer actuator in which electrodes made of ionic liquid, fluorine polymer and single-walled carbon nanotubes are bonded to both sides of a non-aqueous polymer solid electrolyte made of ionic liquid and fluorine polymer ( For example, see Non-Patent Document 1) and polymer actuators in which electrodes containing activated carbon are bonded to both surfaces of a nonaqueous polymer solid electrolyte made of an ionic liquid and a block copolymer (see, for example, Patent Documents 4 and 5). It has been known. These polymer actuators are characterized by being driven at a low voltage of about several volts even in the absence of water. However, there is room for further improvement in terms of the force that can be generated by the actuator and the operating speed.
一方、高分子トランスデューサはセンサとして使用することもできる。従来機械エネルギーを電気エネルギーに変換するセンサとしては、圧電セラミックス等を用いた圧電素子が広く用いられている。チタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などに代表される圧電セラミックスは、該セラミックスが応力を受けることで電荷を発生する圧電効果により、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。 On the other hand, the polymer transducer can also be used as a sensor. Conventionally, piezoelectric elements using piezoelectric ceramics or the like are widely used as sensors that convert mechanical energy into electrical energy. Piezoelectric ceramics represented by barium titanate, lead zirconate titanate (PZT), and the like convert mechanical energy into electrical energy by the piezoelectric effect of generating electric charges when the ceramic is subjected to stress.
しかしながら、これらの圧電セラミックスを用いたセンサは、高密度の無機材料を用いるために、低重量であることが求められる用途では使用できないことが多い。また、耐衝撃性に劣るために、外部からの衝撃が加わった場合に圧電セラミックスが破壊されてセンサ機能が低下しやすい。また可撓性に劣るために、球面や凹凸を有する複雑な形状の構造物に設置することが求められる用途では使用することが難しく、大きな変形や小さな応力を検出することが難しいという問題もあった。 However, sensors using these piezoelectric ceramics often cannot be used in applications that require low weight because they use a high-density inorganic material. In addition, since the impact resistance is inferior, when an external impact is applied, the piezoelectric ceramic is destroyed and the sensor function is likely to be deteriorated. In addition, since it is inferior in flexibility, it is difficult to use it in applications where it is required to be installed on a complex-shaped structure having a spherical surface or unevenness, and it is difficult to detect large deformations or small stresses. It was.
本発明は、低い電圧でも効率よく駆動することができる発生力、変位量、動作速度等の性能に優れる高分子アクチュエータとして、あるいはセンサ信号出力、シグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）に優れ、しかも可撓性に富み耐衝撃性に優れる変形センサとして使用することができる、軽量かつ柔軟で、水が存在しない状態においても安定して機能することができる高分子トランスデューサを提供することを目的とする。 The present invention is a polymer actuator excellent in performance such as generated force, displacement, and operation speed that can be efficiently driven even at a low voltage, or excellent in sensor signal output and signal / noise ratio (S / N ratio). Furthermore, it is an object of the present invention to provide a polymer transducer that can be used as a deformation sensor that is flexible and excellent in impact resistance, is lightweight and flexible, and can function stably even in the absence of water. To do.
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、アニオンまたはカチオンを優先的に伝導する高分子固体電解質を有する高分子トランスデューサにおいて、当該高分子トランスデューサを構成する電極が含むイオン液体および高分子の各含有量の割合を特定の範囲とすることにより上記目的が達成されることを見出し、当該知見に基づいてさらに検討を重ねて本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that in a polymer transducer having a polymer solid electrolyte that preferentially conducts anions or cations, the ionic liquid contained in the electrode constituting the polymer transducer and the high The inventors have found that the above object can be achieved by setting the ratio of each content of molecules within a specific range, and have further studied based on the findings to complete the present invention.
すなわち、本発明は、
［１］一対の電極と、当該一対の電極の間に配設され、アニオンに対してカチオンを優先的に伝導する高分子固体電解質とを有する高分子トランスデューサであって、当該電極の少なくとも一方が導電性物質、高分子およびイオン液体を含み、当該イオン液体の含有量が当該高分子１００質量部に対して５０質量部以上である高分子トランスデューサ、
［２］前記高分子固体電解質がカチオン交換樹脂を含む上記［１］の高分子トランスデューサ、
［３］一対の電極と、当該一対の電極の間に配設され、カチオンに対してアニオンを優先的に伝導する高分子固体電解質とを有する高分子トランスデューサであって、当該電極の少なくとも一方が導電性物質、高分子およびイオン液体を含み、当該イオン液体の含有量が当該高分子１００質量部に対して５０質量部以上である高分子トランスデューサ、
［４］前記高分子固体電解質がアニオン交換樹脂を含む上記［３］の高分子トランスデューサ、
［５］前記少なくとも一方の電極におけるイオン液体の含有量が前記高分子１００質量部に対して５０〜１０００質量部である上記［１］〜［４］のいずれか１つの高分子トランスデューサ、
［６］前記導電性物質がカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノシート、ポリアセン、炭素繊維、カーボンブラック、黒鉛および活性炭からなる群から選ばれる少なくとも１種である上記［１］〜［５］のいずれか１つの高分子トランスデューサ、
に関する。
That is, the present invention
[1] A polymer transducer having a pair of electrodes and a solid polymer electrolyte disposed between the pair of electrodes and preferentially conducting cations with respect to anions, wherein at least one of the electrodes is A polymer transducer comprising a conductive substance, a polymer and an ionic liquid, wherein the content of the ionic liquid is 50 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the polymer;
[2] The polymer transducer according to [1], wherein the solid polymer electrolyte includes a cation exchange resin,
[3] A polymer transducer having a pair of electrodes and a solid polymer electrolyte disposed between the pair of electrodes and preferentially conducting anions with respect to cations, wherein at least one of the electrodes is A polymer transducer comprising a conductive substance, a polymer and an ionic liquid, wherein the content of the ionic liquid is 50 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the polymer;
[4] The polymer transducer according to [3], wherein the solid polymer electrolyte includes an anion exchange resin,
[5] The polymer transducer according to any one of [1] to [4], wherein the content of the ionic liquid in the at least one electrode is 50 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer.
[6] Any of the above [1] to [5], wherein the conductive substance is at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanosheets, polyacene, carbon fiber, carbon black, graphite, and activated carbon. One polymer transducer,
About.
本発明の高分子トランスデューサは、軽量かつ柔軟で、水が存在しない状態においても安定して機能することができる。そして本発明の高分子トランスデューサを高分子アクチュエータとして使用した場合には、低い電圧でも効率よく駆動することができ、発生力、変位量、動作速度等の性能に優れたものとなる。また、本発明の高分子トランスデューサを変形センサとして用いた場合には、センサ信号出力、シグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）に優れ、しかも可撓性に富み耐衝撃性に優れたものとなる。 The polymer transducer of the present invention is lightweight and flexible, and can function stably even in the absence of water. When the polymer transducer of the present invention is used as a polymer actuator, it can be driven efficiently even at a low voltage, and the performance such as generated force, displacement amount, and operation speed is excellent. Further, when the polymer transducer of the present invention is used as a deformation sensor, it is excellent in sensor signal output and signal / noise ratio (S / N ratio), and is flexible and excellent in impact resistance. .
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の高分子トランスデューサは、一対の電極と、当該一対の電極の間に配設される高分子固体電解質とを有する。ここで上記高分子固体電解質はアニオンに対してカチオンを優先的に伝導するか、またはカチオンに対してアニオンを優先的に伝導する。また、上記電極の少なくとも一方は、導電性物質、高分子およびイオン液体を含み、且つ当該イオン液体の含有量は当該高分子１００質量部に対して５０質量部以上である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The polymer transducer of the present invention has a pair of electrodes and a polymer solid electrolyte disposed between the pair of electrodes. Here, the polymer solid electrolyte conducts a cation preferentially with respect to the anion or conducts an anion preferentially with respect to the cation. In addition, at least one of the electrodes includes a conductive substance, a polymer, and an ionic liquid, and the content of the ionic liquid is 50 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the polymer.
本発明の高分子トランスデューサが有する一対の電極のうちの少なくとも一方、好ましくは両方ともが、導電性物質、高分子およびイオン液体を含み、且つ当該電極における当該イオン液体の含有量は当該高分子１００質量部に対して５０質量部以上である。電極においてイオン液体の含有量が当該範囲にあることにより、カチオン、アニオンともにその移動性が向上し、動作速度に優れた高分子トランスデューサが得られる。電極における上記イオン液体の含有量は、あまりに多すぎると電極の力学強度を維持することが困難になることがあり、また高分子アクチュエータとして使用する際の発生力向上の観点から、当該電極が含む高分子１００質量部に対して５０〜１０００質量部の範囲内であることが好ましく、５５〜４５０質量部の範囲内であることがより好ましく、６０〜１５０質量部の範囲内であることがさらに好ましく、６５〜９０質量部の範囲内であることが特に好ましい。 At least one of the pair of electrodes included in the polymer transducer of the present invention, preferably both, includes a conductive substance, a polymer, and an ionic liquid, and the content of the ionic liquid in the electrode is the polymer 100 It is 50 mass parts or more with respect to a mass part. When the content of the ionic liquid in the electrode is in this range, the mobility of both the cation and the anion is improved, and a polymer transducer excellent in operating speed can be obtained. If the content of the ionic liquid in the electrode is too large, it may be difficult to maintain the mechanical strength of the electrode, and the electrode includes from the viewpoint of improving the generation force when used as a polymer actuator. It is preferably in the range of 50 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer, more preferably in the range of 55 to 450 parts by mass, and further in the range of 60 to 150 parts by mass. A range of 65 to 90 parts by mass is particularly preferable.
なお、本発明を何ら限定するものではないが、電極に電位を与えた場合に、活物質として機能する導電性物質の表面近傍にカチオンおよび／またはアニオンが移動することにより充電が進行し、高分子アクチュエータとして機能することができると考えられるが、イオン液体の含有量を上記の範囲とすることにより、カチオン、アニオンともに移動性が向上し、高分子アクチュエータとしての動作速度等が向上すると考えられる。 Although the present invention is not limited in any way, when a potential is applied to the electrode, charging proceeds due to movement of cations and / or anions in the vicinity of the surface of the conductive material functioning as the active material. Although it is thought that it can function as a molecular actuator, it is thought that by setting the content of the ionic liquid in the above range, the mobility of both the cation and the anion is improved, and the operation speed as a polymer actuator is improved. .
本発明の高分子トランスデューサが有する電極に用いることのできる導電性物質としては、例えば、カーボンナノチューブ（単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等）、カーボンナノホーン、カーボンナノシート（グラフェンシート）、ポリアセン、炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維等）、カーボンブラック（アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、高比表面積カーボンブラック（ケッチェンブラック、バルカン等）等）、黒鉛、活性炭等のカーボン材料；金、白金、銀、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、亜鉛、ジルコニウム、鉄、コバルト、錫、鉛、インジウム、クロム、モリブデン、マンガン等の金属材料；インジウム−錫複合酸化物（ＩＴＯ）、アンチモン−錫複合酸化物（ＡＴＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）等の金属酸化物；硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化銅（ＣｕＳ）等の金属硫化物；ポリ（エチレン−３，４−ジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体等の導電性高分子などを挙げることができる。これらの導電性物質は電極においていわゆる活物質として機能し得る。 Examples of the conductive material that can be used for the electrode of the polymer transducer of the present invention include carbon nanotubes (single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, etc.), carbon nanohorns, carbon nanosheets (graphene sheets), polyacene, carbon fibers (PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, etc.), carbon black (acetylene black, furnace black, channel black, high specific surface area carbon black (Ketjen black, Vulcan, etc.)), graphite, activated carbon Carbon materials such as gold, platinum, silver, palladium, copper, nickel, aluminum, titanium, zinc, zirconium, iron, cobalt, tin, lead, indium, chromium, molybdenum, manganese, etc .; indium-tin composite oxidation object( TO), antimony - tin oxide (ATO), ruthenium oxide (RuO 2), titanium oxide (TiO 2), zinc oxide (ZnO), tin oxide (metal oxide SnO 2) or the like; zinc sulfide (ZnS) And metal sulfides such as copper sulfide (CuS); conductive polymers such as poly (ethylene-3,4-dioxythiophene) (PEDOT), polyaniline derivatives, and polypyrrole derivatives. These conductive materials can function as so-called active materials in the electrode.
これらのうちでも、電気化学的安定性や耐酸化還元安定性の観点から、カーボン材料が好ましく、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノシート、ポリアセン、炭素繊維、カーボンブラック、黒鉛および活性炭からなる群から選ばれる少なくとも１種がより好ましく、工業的経済性の観点から高比表面積カーボンブラック、カーボンナノホーンおよび黒鉛からなる群から選ばれる少なくとも１種がさらに好ましく、高分子アクチュエータとしての性能の観点から高比表面積カーボンブラックおよび／またはカーボンナノホーンが特に好ましい。 Among these, from the viewpoint of electrochemical stability and oxidation-reduction stability, carbon materials are preferable, and selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanosheets, polyacene, carbon fibers, carbon black, graphite, and activated carbon. At least one selected from the group consisting of high specific surface area carbon black, carbon nanohorn and graphite is more preferable from the viewpoint of industrial economy, and high specific surface area from the viewpoint of performance as a polymer actuator. Carbon black and / or carbon nanohorns are particularly preferred.
電極は上記の導電性物質のうちの１種を単独で含んでいても、２種以上を含んでいてもよい。電極が２種以上の導電性物質を含む場合には、製造工程の煩雑化を避ける面から、その種数は２〜５程度であることが好ましい。電極が２種以上の導電性物質を含む場合には、そのうちの少なくとも１種を上記活物質として機能させ、残りを電極の抵抗を低減させるための導電材として機能させることができる。
電極における導電性物質の含有率は、イオンの吸着量と電極の製膜性、可撓性の観点から、０．５〜５０質量％の範囲内であることが好ましく、５〜４０質量％の範囲内であることがより好ましく、１０〜３０質量％の範囲内であることがさらに好ましい。
The electrode may contain one of the above conductive substances alone or two or more of them. When an electrode contains 2 or more types of electroconductive substances, it is preferable that the number of species is about 2-5 from the surface which avoids complication of a manufacturing process. When the electrode contains two or more conductive materials, at least one of them can function as the active material, and the rest can function as a conductive material for reducing the resistance of the electrode.
The content of the conductive substance in the electrode is preferably in the range of 0.5 to 50% by mass from the viewpoint of the amount of adsorbed ions, the film-forming property and flexibility of the electrode, and is 5 to 40% by mass. More preferably, it is in the range, and further preferably in the range of 10 to 30% by mass.
本発明の高分子トランスデューサが有する電極が含む上記高分子は、好ましくは上記導電性物質のバインダーとして機能する。当該高分子としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができ、具体的には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン等のポリスチレン系樹脂；ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル等のポリ（メタ）アクリル酸系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンランダム共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン等のハロゲン化ビニル系樹脂；ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリエチレングリコールナフタレート、ポリブチレングリコールテレフタレート等のポリエステル系樹脂；ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン−９Ｔ、ナイロン−１１、ナイロン−１２、ナイロン−６，１２等のポリアミド系樹脂；熱可塑性ポリウレタン系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂；天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（スチレンブタジエンランダム共重合体）、アクリルゴム、ニトリルゴム、ノルボルネンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム（軟質熱硬化型ポリウレタンを含む）等のゴム類あるいはこれらの架橋体；オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ）、架橋性オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ）、アクリル系熱可塑性エラストマー（例えば、ポリメタクリル酸メチルとポリアクリル酸ブチルとのブロック共重合体等）、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡＥ）等の熱可塑性エラストマー類などを挙げることができる。
また上記高分子としては、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等の酸基や当該酸基が金属カチオンまたは有機カチオンにより中和された基が共有結合により上記したような熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の高分子鎖に結合しているカチオン交換樹脂（例えば、「ナフィオン」（デュポン社製）等）、または、アミノ基、ピリジル基、イミダゾール基等のオニウム塩形成性基が共有結合により上記したような熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の高分子鎖に結合している重合体から得られるアニオン交換樹脂を用いることもできる。
The polymer contained in the electrode of the polymer transducer of the present invention preferably functions as a binder for the conductive substance. As the polymer, thermoplastic resins or thermosetting resins can be used. Specifically, for example, polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; polystyrene resins such as polystyrene and poly α-methylstyrene; Poly (meth) acrylic resins such as methacrylic acid, polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polybutyl acrylate; polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, Polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene random copolymers, vinyl halide resins such as polytetrafluoroethylene and polytrifluoroethylene; polyethylene glycol terephthalate, polyethylene glycol naphthalate, polybutylene Polyester resins such as glycol terephthalate; polyamide resins such as nylon-6, nylon-6,6, nylon-9T, nylon-11, nylon-12, nylon-6,12; thermoplastic polyurethane resins; polycarbonate resins ; Thermosetting resins such as unsaturated polyester, epoxy resin, alkyd resin, phenolic resin, thermosetting polyurethane resin; natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber (styrene butadiene random copolymer), acrylic rubber , Rubbers such as nitrile rubber, norbornene rubber, silicone rubber, urethane rubber (including soft thermosetting polyurethane) or cross-linked products thereof; olefin-based thermoplastic elastomer (TPO), styrene-based thermoplastic elastomer (TPS), cross-linked sex Olefin thermoplastic elastomer (TPV), acrylic thermoplastic elastomer (for example, block copolymer of polymethyl methacrylate and polybutyl acrylate, etc.), polyurethane thermoplastic elastomer (TPU), polyester thermoplastic elastomer ( TPEE), and thermoplastic elastomers such as polyamide-based thermoplastic elastomer (TPAE).
The polymer may be a thermoplastic resin such as a sulfonic acid group, a carboxyl group, a phosphoric acid group, or the like, or a thermoplastic resin or a heat-resistant group having a group obtained by neutralizing the acid group with a metal cation or an organic cation. Cation exchange resin (for example, “Nafion” (manufactured by DuPont), etc.) bonded to the polymer chain of the curable resin, or onium salt forming groups such as amino group, pyridyl group, imidazole group, etc. by covalent bond An anion exchange resin obtained from a polymer bonded to a polymer chain of a thermoplastic resin or a thermosetting resin as described above can also be used.
これらのうちでも、電極を膜状にして使用する場合における造膜性の観点からは、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、熱可塑性ポリウレタン系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム（スチレンブタジエンランダム共重合体）、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ）、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂が好ましく、電極と高分子固体電解質との接着性の観点からは、高分子固体電解質が含む後述の高分子と同種の高分子であることが好ましい。また電極中に含有されるイオン液体と混合可能な高分子種であることが好ましい。
上記高分子の含有量に特に制限はないが、電極の抵抗とイオンの拡散の起こりやすさの観点から、使用される導電性物質の質量に対して、０．０１〜１００質量倍の範囲内であることが好ましく、０．１〜１０質量倍の範囲内であることがより好ましく、０．５〜５質量倍の範囲内であることがさらに好ましい。
Among these, from the viewpoint of film forming properties when the electrode is used in the form of a film, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, thermoplastic polyurethane resin, styrene-butadiene rubber (styrene butadiene random copolymer). Styrenic thermoplastic elastomer (TPS), polyurethane-based thermoplastic elastomer (TPU), cation exchange resin, and anion exchange resin are preferable. From the viewpoint of adhesion between the electrode and the polymer solid electrolyte, the polymer solid electrolyte is included. The polymer is preferably the same type of polymer as described below. Moreover, it is preferable that it is a high molecular species which can be mixed with the ionic liquid contained in an electrode.
Although there is no restriction | limiting in particular in content of the said polymer, From a viewpoint of the resistance of an electrode and the ease of the spreading | diffusion of ion, it exists in the range of 0.01-100 mass times with respect to the mass of the electroconductive substance used. It is preferable that it is in the range of 0.1 to 10 times by mass, and more preferably in the range of 0.5 to 5 times by mass.
本発明の高分子トランスデューサが有する電極が含む上記イオン液体は、通常１００℃以下（好ましくは２５℃以下）に融点を有する塩である。本発明において使用される当該イオン液体の種類に特に制限は無いが、例えば、有機カチオンと有機系または無機系のアニオンとから構成されるものを使用することができる。当該有機カチオンとしては、例えば、下記一般式（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかに示されるものを挙げることができる。 The ionic liquid contained in the electrode of the polymer transducer of the present invention is usually a salt having a melting point at 100 ° C. or lower (preferably 25 ° C. or lower). Although there is no restriction | limiting in particular in the kind of the said ionic liquid used in this invention, For example, what is comprised from an organic cation and an organic type or an inorganic type anion can be used. Examples of the organic cation include those represented by any of the following general formulas (I) to (V).
上記一般式（Ｉ）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基および炭素数２〜３０のオリゴアルケニレンオキシド基からなる群から選ばれる基を表す。 In the general formula (I), R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a straight chain having 2 to 10 carbon atoms, or It represents a group selected from the group consisting of a branched alkenyl group, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms and an oligoalkenylene oxide group having 2 to 30 carbon atoms.
上記一般式（II）中、Ｒ４は水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基および炭素数２〜３０のオリゴアルケニレンオキシド基からなる群から選ばれる基を表し、Ｒ’は炭素数１〜６の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基を表し、ｎは０以上５以下の整数を表す。 In the general formula (II), R 4 is a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear or branched alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or a carbon number. Represents a group selected from the group consisting of an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms and an oligoalkenylene oxide group having 2 to 30 carbon atoms, and R ′ is linear or branched having 1 to 6 carbon atoms. A chain alkyl group is represented, and n represents an integer of 0 or more and 5 or less.
上記一般式（III）中、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基および炭素数２〜３０のオリゴアルケニレンオキシド基からなる群から選ばれる基を表し、Ｒ５〜Ｒ８のうち、２つの基が共同して環構造を形成していてもよい。
In the general formula (III), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a straight chain having 2 to 10 carbon atoms. Represents a group selected from the group consisting of a linear or branched alkenyl group, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, and an oligoalkenylene oxide group having 2 to 30 carbon atoms, and R 5 of to
上記一般式（IV）中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基および炭素数２〜３０のオリゴアルケニレンオキシド基からなる群から選ばれる基を表し、Ｒ９〜Ｒ１２のうち、２つの基が共同して環構造を形成していてもよい。
In the general formula (IV), R 9 , R 10 , R 11 and R 12 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a straight chain having 2 to 10 carbon atoms. Represents a group selected from the group consisting of a linear or branched alkenyl group, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, and an oligoalkenylene oxide group having 2 to 30 carbon atoms, and R 9 of to
上記一般式（Ｖ）中、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、炭素数２〜１０の直鎖状または分岐鎖状のアルケニル基、炭素数６〜１５のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基および炭素数２〜３０のオリゴアルケニレンオキシド基からなる群から選ばれる基を表し、Ｒ１３〜Ｒ１５のうち、２つの基が共同して環構造を形成していてもよい。 In the general formula (V), R 13 , R 14 , and R 15 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a straight chain having 2 to 10 carbon atoms, or Represents a group selected from the group consisting of a branched alkenyl group, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, and an oligoalkenylene oxide group having 2 to 30 carbon atoms, and R 13 to R 15. Of these, two groups may jointly form a ring structure.
これらのうちでも、イオン液体のイオン伝導性、入手容易性の観点から、一般式（Ｉ）で示される有機カチオン（イミダゾリウムカチオン）が好ましく、イオン液体の融点、粘度の観点から一般式（Ｉ）におけるＲ１、Ｒ２が炭素数１〜６の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基であるものがより好ましく、一般式（Ｉ）におけるＲ１とＲ２が互いに異なる基であるものがさらに好ましい。このような有機カチオンの具体例としては、例えば、エチルメチルイミダゾリウムカチオン（ＥＭＩ＋；一般式（Ｉ）においてＲ１およびＲ２のうちの一方がメチル基で他方がエチル基であるもの）、ブチルメチルイミダゾリウムカチオン（ＢＭＩ＋；一般式（Ｉ）においてＲ１およびＲ２のうちの一方がメチル基で他方がブチル基であるもの）などが挙げられる。 Among these, the organic cation (imidazolium cation) represented by the general formula (I) is preferable from the viewpoint of ionic conductivity and availability of the ionic liquid, and the general formula (I) from the viewpoint of the melting point and viscosity of the ionic liquid. In which R 1 and R 2 are linear or branched alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and R 1 and R 2 in the general formula (I) are different from each other. Further preferred. Specific examples of such an organic cation include, for example, an ethylmethylimidazolium cation (EMI + ; one in which one of R 1 and R 2 in the general formula (I) is a methyl group and the other is an ethyl group), And a butylmethylimidazolium cation (BMI + ; one in which one of R 1 and R 2 in the general formula (I) is a methyl group and the other is a butyl group).
また、イオン液体を構成する上記アニオンとしては、例えば、含ハロゲンアニオン、鉱酸アニオン、有機酸アニオン等を挙げることができる。含ハロゲンアニオンおよび鉱酸アニオンの具体例としては、ＰＦ６ −、ＣｌＯ４ −、ＣＦ３ＳＯ３ −、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３ −、ＢＦ４ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＡｓＦ６ −、ＳＯ４ ２−、（ＣＮ）２Ｎ−、ＮＯ３ −等を挙げることができる。また有機酸アニオンの具体例としては、ＲＳＯ３ −、ＲＣＯ２ −（Ｒはアルキル基、アリール基、アルケニル基、アラルキル基、アラルケニル基、アルコキシアルキル基、アシルオキシアルキル基、スルホアルキル基または芳香族複素環残基であり、複数の環状構造または分岐構造を含んでいてもよい）等を挙げることができる。
これらのうちでも、イオン液体のイオン伝導率、入手容易性の観点から、ＰＦ６ −、ＣｌＯ４ −、ＣＦ３ＳＯ３ −、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３ −、ＢＦ４ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＮ）２Ｎ−が好ましく、特にＢＦ４ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−がより好ましい。
Examples of the anion constituting the ionic liquid include a halogen-containing anion, a mineral acid anion, and an organic acid anion. Specific examples of the halogen-containing anion and mineral acid anion include PF 6 − , ClO 4 − , CF 3 SO 3 − , C 4 F 9 SO 3 − , BF 4 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , ( C 2 F 5 SO 2 ) 2 N − , (CF 3 SO 2 ) 3 C − , AsF 6 − , SO 4 2− , (CN) 2 N − , NO 3 − and the like can be mentioned. Specific examples of the organic acid anion include RSO 3 − , RCO 2 — (where R is an alkyl group, aryl group, alkenyl group, aralkyl group, aralkenyl group, alkoxyalkyl group, acyloxyalkyl group, sulfoalkyl group, or aromatic complex). Ring residue, which may contain a plurality of cyclic structures or branched structures).
Among these, PF 6 − , ClO 4 − , CF 3 SO 3 − , C 4 F 9 SO 3 − , BF 4 − , (CF 3 SO 2) from the viewpoint of the ionic conductivity and availability of the ionic liquid. ) 2 N − , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N − , (CN) 2 N − are preferable, and BF 4 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , and (C 2 F 5 SO 2 ) 2 are particularly preferable. N - is more preferable.
本発明において使用されるイオン液体としては、上記した有機カチオンとアニオンとの組み合わせからなるものを使用することができ、これらは１種を単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。本発明において使用されるイオン液体としては、イオン伝導性に優れることから、エチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）、エチルメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）、ブチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＢＭＩＢＦ４）、ブチルメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＢＭＩＴＦＳＩ）が好ましい。 As the ionic liquid used in the present invention, those composed of a combination of the above organic cation and anion can be used, and these can be used alone or in combination of two or more. Good. Since the ionic liquid used in the present invention is excellent in ion conductivity, ethylmethylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), ethylmethylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMITFSI), butylmethylimidazolium Tetrafluoroborate (BMIBF 4 ) and butylmethylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (BMITSI) are preferred.
本発明において使用される電極の製造方法としては、特に制限はないが、例えば、上記した導電性物質、高分子、イオン液体等の電極を構成する成分を乳鉢等を用いて混合または混練した後に、熱プレス成形してシート状の電極を得る方法；上記電極を構成する成分を溶媒または分散媒に溶解または分散させた後に膜状に成形し、次いで溶媒または分散媒を除去してシート状の電極を得る方法などにより製造することができる。 The method for producing the electrode used in the present invention is not particularly limited. For example, after mixing or kneading the components constituting the electrode such as the conductive material, polymer, ionic liquid, etc. using a mortar or the like. , A method of obtaining a sheet-like electrode by hot press molding; the components constituting the electrode are dissolved or dispersed in a solvent or a dispersion medium, and then formed into a film, and then the solvent or the dispersion medium is removed to form a sheet-like electrode It can be manufactured by a method of obtaining an electrode.
本発明の高分子トランスデューサは、上記一対の電極の間に配設される高分子固体電解質を有する。そして当該高分子固体電解質は、アニオンに対してカチオンを優先的に伝導するか、または、カチオンに対してアニオンを優先的に伝導する。
アニオンに対してカチオンを優先的に伝導する高分子固体電解質は、それが含む高分子として、アニオンに対してカチオンを優先的に伝導し得る材料を用いることにより得ることができる。同様に、カチオンに対してアニオンを優先的に伝導する高分子固体電解質は、それが含む高分子として、カチオンに対してアニオンを優先的に伝導し得る材料を用いることにより得ることができる。
The polymer transducer of the present invention has a polymer solid electrolyte disposed between the pair of electrodes. The polymer solid electrolyte conducts cations preferentially to anions or conducts anions preferentially to cations.
The polymer solid electrolyte that conducts cations preferentially to anions can be obtained by using a material that can conduct cations preferentially to anions as the polymer contained therein. Similarly, a polymer solid electrolyte that preferentially conducts anions with respect to cations can be obtained by using a material that can preferentially conduct anions with respect to cations as the polymer contained therein.
上記したアニオンに対してカチオンを優先的に伝導し得る材料を高分子アクチュエータの高分子固体電解質を構成する高分子として使用した場合、カソードでは電極内にカチオンがアニオンに対して優先的に流入し、またアノードでは電極内からカチオンがアニオンに対して優先的に流出することから、カソードはより効率的に膨張し、アノードはより効率的に収縮することになり、高分子アクチュエータをアノード側に大きく屈曲させることができるようになる。これによって、より大きな発生力や変位量を示す高分子アクチュエータが得られる。また、アニオンに対してカチオンを優先的に伝導し得る材料を変形センサの高分子固体電解質を構成する高分子として使用した場合、外部から与えられた変位等の変形によって生じた圧力勾配で、当該高分子固体電解質中をカチオンがアニオンに対して優先的に移動するために、より大きな電荷の偏りが生じ、その結果、より大きなセンサ信号を得ることができる。
同様のことは、カチオンに対してアニオンを優先的に伝導し得る材料を高分子アクチュエータまたは変形センサの高分子固体電解質を構成する高分子として使用した場合にも起き、高分子アクチュエータをカソード側に大きく屈曲させることができるようになって、より大きな発生力や変位量を示す高分子アクチュエータが得られるようになり、また、変形センサにおいて、より大きなセンサ信号を得ることができるようになる。
When the above-mentioned material capable of preferentially conducting cations with respect to anions is used as the polymer constituting the polymer solid electrolyte of the polymer actuator, the cations preferentially flow into the electrodes at the cathode. Also, in the anode, the cation flows out from the electrode preferentially to the anion, so that the cathode expands more efficiently and the anode contracts more efficiently. It can be bent. As a result, a polymer actuator showing a larger generated force and displacement can be obtained. Further, when a material capable of preferentially conducting a cation with respect to an anion is used as a polymer constituting the polymer solid electrolyte of the deformation sensor, the pressure gradient generated by deformation such as displacement given from the outside causes Since the cation moves preferentially with respect to the anion in the solid polymer electrolyte, a larger charge bias occurs, and as a result, a larger sensor signal can be obtained.
The same thing happens when a material capable of preferentially conducting anions with respect to cations is used as the polymer constituting the polymer actuator or polymer solid electrolyte of the deformation sensor. As a result of being able to be bent greatly, a polymer actuator showing a larger generated force and displacement can be obtained, and a larger sensor signal can be obtained in the deformation sensor.
上記したアニオンに対してカチオンを優先的に伝導し得る材料としては、カチオン交換樹脂を使用することができ、具体的には、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等の酸基が共有結合により高分子の分子鎖中に結合されている高分子材料などが挙げられる。より具体的には、ビニルスルホン酸、イソプロペニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、α−メチルスチレンスルホン酸、アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等のオレフィン性重合性基を有するスルホン酸誘導体の重合物；アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸、イソプロペニル安息香酸等のオレフィン性重合性基を有するカルボン酸誘導体の重合物；ビニルホスホン酸、イソプロペニルホスホン酸、スチレンホスホン酸、ホスホン酸オキシエチルメタクリレート、ホスホン酸ポリオキシエチレングリコールモノメタクリレート、ホスホン酸ポリオキシプロピレングリコールモノメタクリレート、３−クロロ−２−ホスホン酸プロピル−１−メタクリレート等のリン酸誘導体の重合物などが挙げられる。これらの重合物は単独重合体であってもよいし、上記したモノマー同士の共重合体、あるいは他の周知のオレフィン性モノマーとの共重合体であってもよい。 As a material capable of preferentially conducting cations with respect to the above-mentioned anions, cation exchange resins can be used. Specifically, acid groups such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, and phosphoric acid groups are covalently bonded. May be a polymer material bonded in a polymer molecular chain. More specifically, a polymer of a sulfonic acid derivative having an olefinically polymerizable group such as vinyl sulfonic acid, isopropenyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, α-methyl styrene sulfonic acid, acrylamide-2-methylpropane sulfonic acid; Polymers of carboxylic acid derivatives having olefinic polymerizable groups such as acrylic acid, methacrylic acid, vinyl benzoic acid, isopropenyl benzoic acid; vinyl phosphonic acid, isopropenyl phosphonic acid, styrene phosphonic acid, oxyethyl methacrylate phosphonate, phosphone Examples thereof include polymers of phosphoric acid derivatives such as acid polyoxyethylene glycol monomethacrylate, phosphonic acid polyoxypropylene glycol monomethacrylate, and 3-chloro-2-phosphonic acid propyl-1-methacrylate. These polymers may be homopolymers, copolymers of the above-described monomers, or copolymers with other well-known olefinic monomers.
またカチオン交換樹脂の他の例としては、エンジニアリングプラスチックにスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等の酸基を導入した樹脂が挙げられる。当該エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリエーテル、ポリスルフィド、ポリアミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレン（ポリ−ｐ−フェニレン等）、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリベンズイミダゾールなどを挙げることができる。エンジニアリングプラスチックが芳香族成分を含んでいる場合には、公知の方法により容易にスルホン酸基等の酸基を導入することができるので好ましい。
またこれら以外にも、「ナフィオン」（デュポン社製）、「フレミオン」（旭硝子株式会社製）、「アシプレックス」（旭化成ケミカルズ株式会社製）など、スルホン酸基等の酸基を側鎖に有するフッ素系ポリマーを用いることもできる。
上記したカチオン交換樹脂の中でも、より大きな発生力や変位量を示す高分子アクチュエータや、より大きなセンサ信号が得られる変形センサとして機能する高分子トランスデューサが得られることから、スルホン酸基を有する重合体が好ましい。
Another example of the cation exchange resin is a resin in which an acid group such as a sulfonic acid group, a carboxyl group, or a phosphoric acid group is introduced into an engineering plastic. Examples of the engineering plastic include polyether, polysulfide, polyamine, polyester, polyamide, polycarbonate, polyphenylene (poly-p-phenylene, etc.), polyketone, polyetheretherketone, polyetherketone, polysulfone, polyamideimide, polyimide, poly Examples thereof include benzimidazole. When the engineering plastic contains an aromatic component, an acid group such as a sulfonic acid group can be easily introduced by a known method, which is preferable.
In addition to these, “Nafion” (manufactured by DuPont), “Flemion” (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), “Aciplex” (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.), etc. have acid groups such as sulfonic acid groups in the side chain. A fluorine-based polymer can also be used.
Among the above-mentioned cation exchange resins, a polymer actuator having a larger generation force and displacement, and a polymer transducer functioning as a deformation sensor capable of obtaining a larger sensor signal can be obtained. Is preferred.
一方、上記したカチオンに対してアニオンを優先的に伝導し得る材料としては、アニオン交換樹脂を使用することができ、具体的には、アミノ基、ピリジル基、イミダゾール基等のオニウム塩形成性基を有するポリマー、例えば、ビニルアミン、アリルアミン、４−ビニルベンジルアミン、２−アミノエチル（メタ）アクリレート、３−アミノプロピル（メタ）アクリレート、２−ビニルピリジン、４−ビニルピリジン、ビニルイミダゾール、アリルイミダゾール、１−（２−（メタ）アクリロイルオキシエチル）イミダゾール、１−（３−（メタ）アクリロイルオキシプロピル）イミダゾール、１−（４−（メタ）アクリロイルオキシブチル）イミダゾール、１−（６−（メタ）アクリロイルオキシヘキシル）イミダゾール等のモノマー成分を重合して得られるポリマーをオニウム塩化して得られる重合体などが挙げられる。当該重合体は上記したモノマー成分の単独重合体に由来するものであってもよいし、２種類以上のモノマー成分の共重合体に由来するものであってもよい。また周知のオレフィン性モノマーとの共重合体に由来するものであってもよい。 On the other hand, an anion exchange resin can be used as a material capable of preferentially conducting anions with respect to the above-mentioned cations, and specifically, onium salt-forming groups such as amino groups, pyridyl groups, and imidazole groups. For example, vinylamine, allylamine, 4-vinylbenzylamine, 2-aminoethyl (meth) acrylate, 3-aminopropyl (meth) acrylate, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, vinylimidazole, allylimidazole, 1- (2- (meth) acryloyloxyethyl) imidazole, 1- (3- (meth) acryloyloxypropyl) imidazole, 1- (4- (meth) acryloyloxybutyl) imidazole, 1- (6- (meth) (Acryloyloxyhexyl) imidazole and other monomer components Such polymers obtained by onium chloride polymer obtained by polymerizing a. The polymer may be derived from a homopolymer of the monomer component described above, or may be derived from a copolymer of two or more types of monomer components. Further, it may be derived from a copolymer with a known olefinic monomer.
高分子固体電解質を構成する上記高分子は、当該高分子固体電解質がアニオンに対してカチオンを優先的に伝導するものとなるか、または、カチオンに対してアニオンを優先的に伝導するものとなる限り、上記したカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂以外の他の高分子を含んでいてもよい。このようなカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂以外の他の高分子の具体例としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン等のポリスチレン系樹脂；ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル等のポリ（メタ）アクリル酸系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンランダム共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン等のハロゲン化ビニル系樹脂；ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリエチレングリコールナフタレート、ポリブチレングリコールテレフタレート等のポリエステル系樹脂；ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン−９Ｔ、ナイロン−１１、ナイロン−１２、ナイロン−６，１２等のポリアミド系樹脂；熱可塑性ポリウレタン系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂；天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（スチレンブタジエンランダム共重合体）、アクリルゴム、ニトリルゴム、ノルボルネンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム（軟質熱硬化型ポリウレタンを含む）等のゴム類あるいはこれらの架橋体；オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ）、架橋性オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ）、アクリル系熱可塑性エラストマー（例えば、ポリメタクリル酸メチルとポリアクリル酸ブチルとのブロック共重合体等）、ポリスチレンとポリ（メタ）アクリル酸エステルとのブロック共重合体、ポリスチレンと非晶性ポリエステルとのブロック共重合体、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡＥ）等の熱可塑性エラストマー類などを挙げることができる。 The polymer constituting the solid polymer electrolyte is one in which the solid polymer electrolyte preferentially conducts a cation with respect to an anion or preferentially conducts an anion with respect to a cation. As long as the cation exchange resin and the anion exchange resin described above are included, other polymers may be included. Specific examples of such polymers other than the cation exchange resin and the anion exchange resin include, for example, polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; polystyrene resins such as polystyrene and poly α-methylstyrene; polymethyl methacrylate , Poly (meth) acrylic resins such as polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polybutyl butyl; polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, fluoride Vinylidene-hexafluoropropylene random copolymers, vinyl halide resins such as polytetrafluoroethylene and polytrifluoroethylene; polyethylene glycol terephthalate, polyethylene glycol naphthalate, polybutylene glycol Polyester resins such as terephthalate; polyamide resins such as nylon-6, nylon-6,6, nylon-9T, nylon-11, nylon-12, nylon-6,12; thermoplastic polyurethane resins; polycarbonate resins; Thermosetting resins such as unsaturated polyester, epoxy resin, alkyd resin, phenolic resin, thermosetting polyurethane resin; natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber (styrene butadiene random copolymer), acrylic rubber, Rubbers such as nitrile rubber, norbornene rubber, silicone rubber, urethane rubber (including soft thermosetting polyurethane) or cross-linked products thereof; olefinic thermoplastic elastomer (TPO), styrenic thermoplastic elastomer (TPS), crosslinkable Olefin Thermoplastic elastomer (TPV), acrylic thermoplastic elastomer (for example, block copolymer of polymethyl methacrylate and polybutyl acrylate, etc.), block copolymer of polystyrene and poly (meth) acrylate, Examples include block copolymers of polystyrene and amorphous polyester, thermoplastic elastomers such as polyurethane-based thermoplastic elastomer (TPU), polyester-based thermoplastic elastomer (TPEE), and polyamide-based thermoplastic elastomer (TPAE). it can.
また高分子固体電解質が含む高分子は、上記した高分子に相当する重合体ブロックが２つ以上結合したブロック共重合体であってもよいし、グラフト共重合体であってもよい。また、高分子固体電解質が後述のイオン液体を含む場合には、高分子固体電解質のイオン伝導性および力学的強度を向上させることができることから、上記高分子としては、使用されるイオン液体と非相溶性の重合体ブロックを有するブロック共重合体であることが好ましく、使用されるイオン液体と相溶性の重合体ブロックと該イオン液体と非相溶性の重合体ブロックの両方を有するブロック共重合体であることがより好ましい。
上記のイオン液体と非相溶性の重合体ブロックの具体例としては、使用されるイオン液体の種類などにもよるが、ポリエチレンブロック、ポリプロピレンブロック等のポリオレフィンブロック；ポリスチレンブロック等の芳香族ビニル系重合体ブロック；ポリメタクリル酸イソボルニルブロック等の脂環式アルコールの（メタ）アクリル酸エステルから構成される重合体ブロックなどが挙げられる。一方、上記のイオン液体と相溶性の重合体ブロックの具体例としては、使用されるイオン液体の種類などにもよるが、ポリメタクリル酸メチルブロック、ポリアクリル酸メチルブロック、ポリアクリル酸エチルブロック、ポリアクリル酸メトキシメチルブロック等の（メタ）アクリル酸エステル系重合体ブロック；ポリエチレングリコールブロック等のポリオキシアルキレンブロック；ポリε−カプロラクトン等のポリエステルブロックなどが挙げられる。
高分子固体電解質が含む高分子は１種類であっても、２種類以上であってもよいが、２種類以上とする場合には、製造工程の煩雑化を避けるため、通常２〜５種類程度であることが好ましい。
The polymer contained in the polymer solid electrolyte may be a block copolymer in which two or more polymer blocks corresponding to the above-described polymer are bonded, or a graft copolymer. Further, when the polymer solid electrolyte contains an ionic liquid described later, the ionic conductivity and mechanical strength of the polymer solid electrolyte can be improved. Preferably, the block copolymer has a compatible polymer block, and has both an ionic liquid used, a compatible polymer block, and a polymer block incompatible with the ionic liquid. It is more preferable that
Specific examples of the polymer block incompatible with the ionic liquid described above include polyolefin blocks such as polyethylene blocks and polypropylene blocks; aromatic vinyl heavy polymers such as polystyrene blocks, depending on the type of ionic liquid used. Polymer block etc. which are comprised from (meth) acrylic acid ester of alicyclic alcohol, such as a coalescence block; polymethacrylic acid isobornyl block. On the other hand, as a specific example of the polymer block compatible with the ionic liquid, depending on the type of ionic liquid used, polymethyl methacrylate block, polymethyl acrylate block, polyethyl acrylate block, (Meth) acrylic acid ester polymer block such as polymethoxymethyl block; polyoxyalkylene block such as polyethylene glycol block; polyester block such as polyε-caprolactone.
The polymer solid electrolyte may contain one or two or more kinds of polymers, but in the case of two or more kinds, usually about 2 to 5 kinds are used in order to avoid complication of the manufacturing process. It is preferable that
カチオンまたはアニオンを優先的に伝導する高分子固体電解質は、それを構成する高分子自体がイオン伝導性を示すことにより電解質としての機能を発現するものであってもよいが、高分子以外にさらにイオン液体を含むことでイオン伝導性を持たせたものであってもよい。
高分子固体電解質が含むイオン液体としては、電極が含むイオン液体として上述したものを同じく好適に使用することができる。高分子固体電解質が含むイオン液体は、電極が含むイオン液体と同じ種類のイオン液体であることが好ましい。
The polymer solid electrolyte that conducts cation or anion preferentially may be one that expresses the function as an electrolyte when the polymer itself constituting the polymer exhibits ionic conductivity. It may be provided with ionic conductivity by containing an ionic liquid.
As the ionic liquid contained in the polymer solid electrolyte, those described above as the ionic liquid contained in the electrode can also be suitably used. The ionic liquid contained in the polymer solid electrolyte is preferably the same type of ionic liquid as the ionic liquid contained in the electrode.
高分子固体電解質が含む上記イオン液体と高分子の質量比に特に制限は無いが、イオン伝導性および力学的強度の観点から、高分子１００質量部に対し、イオン液体が１〜１０００質量部の範囲内であることが好ましく、１０〜７００質量部の範囲内であることがより好ましく、２０〜５００質量部の範囲内であることがさらに好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular in the mass ratio of the said ionic liquid and polymer | macromolecule which a polymer solid electrolyte contains, From a viewpoint of ion conductivity and mechanical strength, an ionic liquid is 1-1000 mass parts with respect to 100 mass parts of polymers. It is preferably within the range, more preferably within the range of 10 to 700 parts by mass, and even more preferably within the range of 20 to 500 parts by mass.
高分子固体電解質は高分子のみからなっていても、あるいは高分子およびイオン液体のみからなっていてもよいが、これらの成分以外の他の成分を含んでいてもよい。高分子固体電解質の全体の質量に対する高分子およびイオン液体の合計の占める割合としては、６０〜１００質量％の範囲内であることが好ましく、７０〜１００質量％の範囲内であることがより好ましく、８０〜１００質量％の範囲内であることがさらに好ましい。 The polymer solid electrolyte may be composed of only a polymer, or may be composed only of a polymer and an ionic liquid, but may contain other components other than these components. The ratio of the total of the polymer and the ionic liquid to the total mass of the polymer solid electrolyte is preferably in the range of 60 to 100% by mass, and more preferably in the range of 70 to 100% by mass. More preferably, it is in the range of 80 to 100% by mass.
本発明の高分子トランスデューサには、酸化防止剤、ＵＶ吸収剤、滑剤、分散剤、界面活性剤、増量剤、補強材、可塑剤等の他の成分を添加してもよい。これらの他の成分は、上記電極に添加されていてもよいし、上記高分子固体電解質に添加されていてもよい。これらの他の成分の添加量は、高分子トランスデューサを構成する各電極または高分子固体電解質１００質量部に対して４０質量部以下であることが好ましく、３０質量部以下であることがより好ましく、２０質量部以下であることがさらに好ましい。 The polymer transducer of the present invention may contain other components such as an antioxidant, a UV absorber, a lubricant, a dispersant, a surfactant, a filler, a reinforcing material, and a plasticizer. These other components may be added to the electrode, or may be added to the polymer solid electrolyte. The amount of these other components added is preferably 40 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of each electrode or polymer solid electrolyte constituting the polymer transducer. More preferably, it is 20 parts by mass or less.
本発明の高分子トランスデューサの形状には特に制限は無いが、膜状、フィルム状、シート状、板状、繊維状、円柱状、柱状、球状など種々の形が可能である。このうち、膜状、フィルム状、シート状、板状の高分子トランスデューサを製造する場合には、例えば、膜状に成形した高分子固体電解質上に、別途、膜状に成形した電極を貼り合わせる方法；膜状に成形した高分子固体電解質上に電極を構成する成分を含む溶液または分散液を塗工する方法；電極を構成する成分を含む溶液または分散液をキャストし、次いで高分子固体電解質を構成する成分を含む溶液または分散液をキャストし、さらに電極を構成する成分を含む溶液または分散液をキャストする方法などを挙げることができる。繊維状、円柱状、柱状、球状などの場合においても、同様の方法を採用することができる。 The shape of the polymer transducer of the present invention is not particularly limited, but various shapes such as a film shape, a film shape, a sheet shape, a plate shape, a fiber shape, a columnar shape, a columnar shape, and a spherical shape are possible. Among these, when manufacturing a membrane-like, film-like, sheet-like, or plate-like polymer transducer, for example, a membrane-shaped electrode is separately bonded onto a polymer solid electrolyte that is shaped into a membrane. Method: Method of coating solution or dispersion containing component constituting electrode on polymer solid electrolyte formed into membrane; Casting solution or dispersion containing component constituting electrode; then polymer solid electrolyte And a method of casting a solution or dispersion containing the components constituting the electrode and further casting a solution or dispersion containing the components constituting the electrode. The same method can be adopted in the case of a fiber shape, a columnar shape, a columnar shape, a spherical shape, or the like.
また高分子トランスデューサの厚さに特に制限はないが、例えば形状が膜状である場合には、高分子トランスデューサの可撓性の観点から、厚みが１×１０−６〜１×１０−１ｍの範囲内にあることが好ましく、１×１０−４〜２×１０−３ｍの範囲内にあることがより好ましく、１×１０−４〜１×１０−３ｍの範囲内にあることがさらに好ましい。高分子固体電解質の厚さといずれか一方の電極の厚さとの比率については特に制限はないが、本発明の効果がより顕著に奏されることから、高分子固体電解質の厚さ：いずれか一方の電極の厚さ＝０．０５：１〜１０：１程度であることが好ましく、０．１：１〜５：１程度であることがより好ましく、０．２：１〜３：１程度であることがさらに好ましい。 The thickness of the polymer transducer is not particularly limited. For example, when the shape is a film, the thickness is 1 × 10 −6 to 1 × 10 −1 m from the viewpoint of flexibility of the polymer transducer. Is preferably in the range of 1 × 10 −4 to 2 × 10 −3 m, more preferably in the range of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 m. Further preferred. The ratio between the thickness of the polymer solid electrolyte and the thickness of one of the electrodes is not particularly limited, but the effect of the present invention is more remarkably exhibited, so the thickness of the polymer solid electrolyte: either one The electrode thickness is preferably about 0.05: 1 to 10: 1, more preferably about 0.1: 1 to 5: 1, and about 0.2: 1 to 3: 1. More preferably it is.
本発明の高分子トランスデューサには、その長手方向の抵抗を低減することを目的として集電体を設けてもよい。集電体としては、例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル等の金属箔や金属薄膜；金、銀、ニッケル等の金属粉またはカーボンパウダー、カーボンナノチューブ、炭素繊維等の炭素微粉とバインダー樹脂とからなる膜状成形体；織物、紙、不織布等の布帛や高分子フィルムなどにスパッタやメッキなどの方法により金属薄膜を形成したものなどを挙げることができる。これらのうちでも可撓性の観点からは金属粉とバインダー樹脂とからなる膜状成形体、または布帛や高分子フィルムなどに金属薄膜を形成したものであることが好ましい。集電体を電極と外部回路との間に設けることにより、電極の帯電を外部回路に効率的に通電することができる。集電体は電極の導電性よりも１００倍以上高い導電性を有することが好ましい。 The polymer transducer of the present invention may be provided with a current collector for the purpose of reducing the resistance in the longitudinal direction. Examples of current collectors include metal foils and metal thin films such as gold, silver, copper, platinum, aluminum, and nickel; metal powders such as gold, silver, and nickel; or carbon fine powders such as carbon powder, carbon nanotubes, and carbon fibers. Examples include a film-like molded body composed of a binder resin; a metal thin film formed by a method such as sputtering or plating on a fabric such as woven fabric, paper, or nonwoven fabric, or a polymer film. Among these, from the viewpoint of flexibility, it is preferable that a metal thin film is formed on a film-like molded body made of metal powder and a binder resin, or on a cloth or a polymer film. By providing the current collector between the electrode and the external circuit, charging of the electrode can be efficiently conducted to the external circuit. The current collector preferably has a conductivity that is at least 100 times higher than the conductivity of the electrode.
本発明の高分子トランスデューサは、空気中、水中、真空中、有機溶媒中で動作することができる。また使用環境に応じて、適宜封止を施してもよい。封止材料の例としては、特に制限はなく、各種樹脂などを挙げることができる。 The polymer transducer of the present invention can operate in air, water, vacuum, and organic solvents. Moreover, you may seal suitably according to a use environment. There is no restriction | limiting in particular as an example of sealing material, Various resin etc. can be mentioned.
本発明の高分子トランスデューサを高分子アクチュエータ（高分子アクチュエータ素子）として使用する場合は、相互に絶縁した電極間に電位差を与えることにより駆動させることができ、電気エネルギーを力、変動、変位等の機械的エネルギーに変換することができる。一方で、本発明の高分子トランスデューサに外部より変位、圧力等の機械的エネルギーを加えると、相互に絶縁した電極間に電気エネルギーとして電位差（電圧）を発生させることができることから、変動、変位、圧力等を検知する変形センサ（変形センサ素子）として使用することもできる。 When the polymer transducer of the present invention is used as a polymer actuator (polymer actuator element), it can be driven by applying a potential difference between mutually insulated electrodes, and electric energy can be applied to force, fluctuation, displacement, etc. Can be converted to mechanical energy. On the other hand, when mechanical energy such as displacement and pressure is applied to the polymer transducer of the present invention from the outside, a potential difference (voltage) can be generated as electrical energy between the mutually insulated electrodes. It can also be used as a deformation sensor (deformation sensor element) for detecting pressure or the like.
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
なお、以下の実施例および比較例において採用された、高分子アクチュエータの変位量および発生力の各測定方法を以下に示す。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
In addition, each measuring method of the displacement amount and generated force of the polymer actuator employed in the following examples and comparative examples is shown below.
（１）高分子アクチュエータの変位量の測定
以下の実施例または比較例で得られた高分子アクチュエータから１５ｍｍ×５ｍｍの矩形状の試験用アクチュエータを切り出し、これを用いて変位量の測定を行った。すなわち、図１に示すとおり、試験用アクチュエータ１０の長さ方向に１０ｍｍの部分を金製電極１１と金製電極１２で挟み、残りの５ｍｍ分を空気中に出して測定セル１３とした。金製電極１１と１２に、関数発生器１４（北斗電工株式会社製「ファンクションゼネレータＨＢ−２１１」）を接続したポテンショスタット１５（北斗電工株式会社製「ＨＡＢ−１５１」）を接続した。金製電極１１は作用電極、金製電極１２は対向電極すなわち参照電極である。試験用アクチュエータ１０の空気中に出した部分の先端から１ｍｍの位置Ｐの動作を計測できるようにレーザー変位計１６（株式会社キーエンス製「ＬＫ−Ｇ１５５」）を配置した。この状態で１．０Ｖの一定電圧をポテンショスタット１５から印加し、印加開始後３秒後および１０秒後の動作をレーザー変位計１６により計測して変位量を求めた。
(1) Measurement of displacement amount of
（２）高分子アクチュエータの発生力の測定
（１）の変位量の測定で用いたものと同様にして得られた試験用アクチュエータを用いて、図２に示すとおり、試験用アクチュエータ２０の長さ方向に１０ｍｍの部分を金製電極２１と金製電極２２で挟み、残りの５ｍｍ分を空気中に出して測定セル２３とした。金製電極２１と２２に、関数発生器２４（北斗電工株式会社製「ファンクションゼネレータＨＢ−２１１」）を接続したポテンショスタット２５（北斗電工株式会社製「ＨＡＢ−１５１」）を接続した。金製電極２１は作用電極、金製電極２２は対向電極すなわち参照電極である。また、試験用アクチュエータ２０の空気中に出した端（金製電極２１側）にはロードセル２７（ミネベア株式会社製「ＵＬ−１０ＧＲ」）の短冊状の検出部を配置した。この状態で１．０Ｖの一定電圧をポテンショスタット２５から印加し、印加開始後３秒後および１０秒後の発生力をロードセル２７を用いて計測して発生力を求めた。
(2) Measurement of Generating Force of Polymer Actuator Using the test actuator obtained in the same manner as that used in the measurement of displacement in (1), the length of the
以下の実施例および比較例において使用された材料を以下に記す。
（１）ケッチェンブラック
ライオン株式会社製「ケッチェンブラック ＥＣ」を購入しそのまま用いた。
（２）エチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）
日本合成化学工業株式会社より購入してそのまま用いた。
（３）「ナフィオン」分散溶液
和光純薬工業株式会社より購入した「５％ナフィオン分散溶液 ＤＥ５２０ ＣＳタイプ」をそのまま用いた。
（４）「ナフィオン」膜
デュポン社より購入した「ナフィオン２１２」膜をそのまま用いた。
その他の材料、試薬類は市販品を購入し、必要に応じて定法に従い精製を行ったものを用いた。
The materials used in the following examples and comparative examples are described below.
(1) Ketjen Black “Ketjen Black EC” manufactured by Lion Corporation was purchased and used as it was.
(2) Ethylmethylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 )
It was purchased from Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. and used as it was.
(3) “Nafion” dispersion solution “5% Nafion dispersion solution DE520 CS type” purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as it was.
(4) “Nafion” membrane “Nafion 212” membrane purchased from DuPont was used as it was.
As other materials and reagents, commercially available products were purchased and purified as necessary according to a conventional method.
実施例１、２および比較例１
めのう乳鉢にケッチェンブラックを量り取り、ここにＥＭＩＢＦ４と「ナフィオン」分散溶液との混合物を電極成分が表１に示す割合となるように添加して６０℃で加熱しながら混錬することで溶媒を留去した。得られた粉末を８０℃で２時間真空乾燥した後に、１０分間、１５０℃で熱プレスを行い、厚さが約１５０μｍの電極膜を得た。この電極膜２枚でカチオン交換樹脂膜である「ナフィオン」膜を挟み込み、この状態で１０分間、１５０℃で熱プレスを行って接着させ、高分子アクチュエータ（高分子トランスデューサ）とした。得られた高分子アクチュエータを用いて上記した方法により高分子アクチュエータの変位量および発生力を測定した。結果を表１に示した。
Examples 1 and 2 and Comparative Example 1
Ketjen black was weighed into an agate mortar, and a mixture of EMIBF 4 and “Nafion” dispersion was added to the mixture so that the electrode components had the ratio shown in Table 1 and kneaded while heating at 60 ° C. The solvent was distilled off. The obtained powder was vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours, followed by hot pressing at 150 ° C. for 10 minutes to obtain an electrode film having a thickness of about 150 μm. A “Nafion” membrane, which is a cation exchange resin membrane, was sandwiched between the two electrode membranes, and in this state, they were bonded by hot pressing at 150 ° C. for 10 minutes to obtain a polymer actuator (polymer transducer). Using the obtained polymer actuator, the displacement amount and generated force of the polymer actuator were measured by the method described above. The results are shown in Table 1.
以上の結果から、実施例１および２の高分子アクチュエータのいずれにおいても変位量（印加開始後３秒後および１０秒後の変位量）が大きくて動作速度に優れるとともに、発生力（印加開始後３秒後および１０秒後の発生力）にも優れることが分かる。一方、本発明の規定を満たさない比較例１の高分子アクチュエータは変位量、発生力および動作速度のいずれにおいても劣っていた。 From the above results, in both of the polymer actuators of Examples 1 and 2, the displacement amount (displacement amount after 3 seconds and 10 seconds after the start of application) is large and the operation speed is excellent, and the generated force (after the start of application) It can be seen that the generated force after 3 seconds and after 10 seconds is also excellent. On the other hand, the polymer actuator of Comparative Example 1 that did not satisfy the provisions of the present invention was inferior in any of the displacement amount, the generated force, and the operating speed.
本発明の高分子トランスデューサは、低い電圧でも効率よく駆動することができる発生力、変位量、動作速度等の性能に優れる高分子アクチュエータとして、あるいはセンサ信号出力、シグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）に優れ、しかも可撓性に富み耐衝撃性に優れる変形センサとして使用することができ、軽量かつ柔軟で、水が存在しない状態においても安定して使用することが可能であり、小型アクチュエータ、柔軟センサ、人工筋肉などの用途に好ましく用いることができる。 The polymer transducer of the present invention is a polymer actuator excellent in performance such as generated force, displacement, and operation speed that can be driven efficiently even at a low voltage, or sensor signal output, signal / noise ratio (S / N ratio). ), Excellent flexibility, and excellent impact resistance. It is lightweight and flexible, and can be used stably even in the absence of water. It can be preferably used for applications such as flexible sensors and artificial muscles.
１０、２０ 試験用アクチュエータ
１１、１２、２１、２２ 金製電極
１３、２３ 測定セル
１４、２４ 関数発生器
１５、２５ ポテンショスタット
１６ レーザー変位計
２７ ロードセル
10, 20
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