JP2961125B2 - 高分子アクチュエータの製造方法 - Google Patents

高分子アクチュエータの製造方法

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JP2961125B2
JP2961125B2 JP10039121A JP3912198A JP2961125B2 JP 2961125 B2 JP2961125 B2 JP 2961125B2 JP 10039121 A JP10039121 A JP 10039121A JP 3912198 A JP3912198 A JP 3912198A JP 2961125 B2 JP2961125 B2 JP 2961125B2
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積 欣 志 安
黒 啓 介 小
西 和 夫 大
和 信 吾 瀬
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、高分子アクチュエータの
製造方法に関し、より詳細にはイオン交換樹脂成形品を
湾曲および変形させることによりアクチュエータとして
機能する高分子アクチュエータの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】医療機器や産業用ロボット、マイクロマ
シンなどの分野において小型でかつ軽量で柔軟性に富む
アクチュエータの必要性が高まっている。
【0003】このようにアクチュエータを小型化すると
慣性力よりも摩擦や粘性力が支配的となるため、モータ
やエンジンのような慣性力を利用してエネルギーを運動
に変える機構は、超小型アクチュエータの動力として用
いることは困難であった。このため、超小型アクチュエ
ータの作動原理としては、静電引力型、圧電型、超音波
式、形状記憶合金式、高分子伸縮式などが提案されてい
る。
【0004】静電引力型アクチュエータは、電極となる
板、棒などを対極に引きつけることによって作動するも
ので、たとえば数十μm離れた対極との間に100V程
度の電圧をかけて電極をたわませるものなどが知られて
いる。圧電型アクチュエータは、チタン酸バリウムなど
のセラミックの圧電素子に数Vの電圧をかけて素子を伸
縮させることによって作動するもので、nm単位の変位
を制御できるものが知られている。超音波式アクチュエ
ータは、圧電素子などで発生させた超音波振動と摩擦力
とを組合せたり、またはずれを生じさせることによって
作動するものである。形状記憶合金式アクチュエータ
は、形状記憶合金が温度によって形状が大きく変化する
ことを利用して、温度変化によって作動するものであ
る。高分子伸縮式アクチュエータは、高分子が温度ある
いはpHの変化や周囲の化学物質の濃度変化によって伸
縮することを利用して作動するものである。
【0005】しかしながら、これらの超小型アクチュエ
ータには、それぞれ作動環境に制限があったり、応答性
が不充分であったり、構造が複雑であったり、また柔軟
性が欠如しているなどの問題点があった。たとえば、高
分子伸縮式アクチュエータを作動させるには、高分子が
接触している溶液を他の塩類を含む溶液に交換する必要
があり、このため小型で速い応答を必要とする用途には
利用困難であった。
【0006】これに対し、小型化が容易であり、応答性
が速く、しかも小電力で作動する高分子アクチュエータ
として、イオン交換膜とこのイオン交換膜の表面で接合
した電極とからなり、イオン交換膜の含水状態において
イオン交換膜に電位差をかけてイオン交換膜に湾曲およ
び変形を生じさせることによりアクチュエータとして機
能することができる高分子アクチュエータが提案されて
いる(特開平4-275078号公報参照)。
【0007】この高分子アクチュエータは、イオン交換
樹脂膜とその表面に相互に絶縁状態で接合した金属電極
とからなり、該イオン交換樹脂膜の含水状態において、
金属電極間に電位差をかけることによりイオン交換樹脂
成形品に湾曲および変形を生じさせることを特徴として
いる。
【0008】このような高分子アクチュエータでは、イ
オン交換樹脂成形品表面に化学めっき、電気めっき、真
空蒸着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着などの方法
によって電極が形成されている。
【0009】たとえば、化学めっきでは、イオン交換膜
表面をエッチングしたのち、めっき触媒を担持し、めっ
き浴に浸漬することによってイオン交換膜表面にめっき
を行い電極を形成している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような高分子アクチュエータは、変位量が充分とはいえ
なかった。このため、さらに大きな変位量を発生するこ
とが可能であり、しかも応答性が良好な高分子アクチュ
エータの出現が望まれていた。
【0011】本発明は、上記のような従来技術に伴う問
題点を解決しようとするものであって、変位量および変
位力が大きく、応答が速く、柔軟で、しかも構造が簡単
で、小型化が容易なアクチュエータ素子の製造方法を提
供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題および目的を達成するために発
明されたものであって、本発明に係る高分子アクチュエ
ータの製造方法は、イオン交換樹脂成形品と、該イオン
交換樹脂成形品の表面に相互に絶縁状態で形成された金
属電極とを備え、イオン交換樹脂成形品の含水状態にお
いて、前記金属電極間に電位差をかけてイオン交換樹脂
成形品を湾曲および変形を生じさせることによりアクチ
ュエータとして機能する高分子アクチュエータを製造す
る方法であって、下記の工程、すなわち、(i)イオン交
換樹脂成形品に、金属錯体を水溶液中で吸着させる工程
(吸着工程)、(ii)イオン交換樹脂成形品に吸着した金
属錯体を、還元剤により還元して、前記イオン交換樹脂
成形品表面に金属を析出させる工程(析出工程)、(ii
i)金属が析出したイオン交換樹脂成形品を洗浄する工程
(洗浄工程)を繰り返し実施することによりイオン交換
樹脂成形品表面、またはイオン交換樹脂成形品内部まで
金属電極を形成することを特徴としている。
【0013】このような構成で金属電極を形成すること
によって、さらにイオン交換樹脂成形品内部に金属の析
出が進み、イオン交換樹脂成形品と金属電極との接触面
積がさらに増大する。これにより、電極活性点が増え、
電極へ移動するイオンも増加する。このような高分子ア
クチュエータでは、イオンに伴われて水分子が電極に移
動して、移動側の電極近傍で含水率が増大して、成形品
が膨潤することによって伸び、一方、移動側と反対側の
電極近傍では含水率が低下して収縮する。このため、電
極へ移動するイオンが増加すると、このイオンに伴われ
て電極に移動する水分子が増えるので、電極間での含水
率の差がさらに大きくなり、湾曲率、すなわち変位量が
大きくなる。また、金属電極の厚みが大きくなるので、
電極の表面抵抗が低下して電極の導電性が向上する。
【0014】したがって、本発明の高分子アクチュエー
タの製造方法で得られた高分子アクチュエータによれ
ば、構造が簡単で、小型化が容易であり、しかも応答が
速く、大きな変位量を発生することが可能な高分子アク
チュエータを得ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて詳細に説明する。図1および図2は、
本発明に係る製造方法で得られる高分子アクチュエータ
の最適な実施例を示す概略断面図である。この実施例に
おいて高分子アクチュエータ1は、細長い矩形平板状の
イオン交換樹脂成形品2と、該イオン交換樹脂成形品2
の表面に相互に絶縁状態で形成された電極3a,3bと
を備えている。そして、イオン交換樹脂成形品2の含水
状態において、前記電極間に電位差をかけることによ
り、イオン交換樹脂成形品を湾曲および変形させるよう
になっている。
【0016】この電極3a,3bには、一対のリード線
4a,4bの一端がそれぞれ電気的に接続されていると
ともに、この各リード線4a,4bは、電源5に接続さ
れている。
【0017】なお、イオン交換樹脂成形品2としては、
上記矩形平板状に限定されるものでではなく、膜状、円
柱状、円筒状のものなどであってもよい。このようなイ
オン交換樹脂成形品2を構成するイオン交換樹脂として
は、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交
換樹脂が挙げられる。このうち、陽イオン交換樹脂が、
高分子アクチュエータの変位量を大きくすることができ
るので好適に使用される。
【0018】このような陽イオン交換樹脂としては、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、カルボキシル基などの官能基が導入されたものが
挙げられ、特に、フッ素樹脂にスルホン酸基、カルボキ
シル基などの官能基が導入された陽イオン交換樹脂が好
ましい。
【0019】また、このような陽イオン交換樹脂は、イ
オン交換容量が0.8〜3.0meq/g、好ましくは1.4〜
2.0meq/gのものが望ましい。すなわち、このようなイ
オン交換容量の陽イオン交換樹脂を使用すれば、さらに
高分子アクチュエータの変位量を大きくすることができ
るからである。
【0020】本発明では、使用するイオン交換樹脂成形
品の表面を粗化してもよい。膜表面の粗化処理として
は、たとえば、サンドブラスト処理、サンドペーパー処
理などが挙げれる。表面の粗化の程度は、表面層が削ら
れている程度であればよい。
【0021】このような粗化処理を行うことによって、
イオン交換樹脂成形品の表面と、その上に形成される電
極との接触面積が増大し、高分子アクチュエータの変位
量を大きくすることができる。
【0022】また、本発明では、使用するイオン交換樹
脂成形品に、以下のような処理を、単独あるいは組み合
わせて施してもよい。 水処理 熱水中で、イオン交換樹脂成形品を煮沸する。
【0023】塩酸処理 25体積%程度の希塩酸中で、イオン交換樹脂成形品を保
持する。 NaOH処理 0.1程度の水酸化ナトリウム水溶液中で、イオン交換樹
脂成形品を保持する。
【0024】アルコール処理 イオン交換樹脂成形品を、メタノール、エタノールなど
のアルコール中に浸漬する。
【0025】オートクレーブ処理 イオン交換樹脂成形品を、オートクレーブ中で、110
〜150℃で加熱する。
【0026】次に、本発明に係る高分子アクチュエータ
の製造方法について説明する。本発明に係る高分子アク
チュエータの製造方法では、(i)前記イオン交換樹脂成
形品に金属錯体を水溶液中で吸着させる工程(吸着工
程)、(ii)イオン交換樹脂成形品に吸着した金属錯体
を、還元剤により還元して前記イオン交換樹脂成形品表
面に金属を析出させる工程(析出工程)、(iii)金属が
析出したイオン交換樹脂成形品を洗浄液で洗浄する工程
(洗浄工程)を繰り返し実施することによってイオン交
換樹脂成形品表面またはイオン交換樹脂成形品内部に金
属電極を形成する。
【0027】この場合、金属錯体としては、金錯体、白
金錯体、パラジウム錯体、ロジウム錯体、ルテニウム錯
体などの金属錯体を使用することができる。これらのう
ち、金錯体または白金錯体が好ましく、とくに金錯体が
高分子アクチュエータの変位量を大きくすることができ
るので好ましい。
【0028】これらの金属錯体のイオン交換樹脂成形品
への吸着は、イオン交換樹脂成形品を前記金属錯体を含
む水溶液に浸漬することによって行われる。また、この
ような金属錯体の還元は、還元剤を含む水溶液中に、金
属錯体が吸着されたイオン交換樹脂成形品を浸漬するこ
とによって行われる。
【0029】還元剤としては、使用する金属錯体の種類
にもよるが、たとえば亜硫酸ナトリウム、ヒドラジン、
水素化ホウ素カリウムなどが使用可能である。また、金
属錯体を還元する際に、必要に応じて、酸またはアルカ
リを添加してもよい。
【0030】本発明では、このようなイオン交換樹脂成
形品への金属錯体の吸着工程、析出工程および洗浄工程
を繰り返して、イオン交換樹脂成形品表面に金属電極を
形成する。この場合、繰り返し回数は、好ましくは1〜
20回、より好ましくは4〜9回である。なお、繰り返
し回数とは、イオン交換樹脂成形品に金属錯体の吸着さ
せたのち還元して金属膜を形成したものに、さらに、金
属錯体の吸着・還元を行う回数である。この繰り返し回
数は、20回以上なると、変位量を増大させる効果を発
現しにくくなることがあるので、20回までが好適であ
る。
【0031】本発明のように金属錯体を吸着させたイオ
ン交換樹脂成形品を還元する場合、金属錯体と還元剤と
の接触によって、イオン交換樹脂成形品の表面から金属
の析出が生じ、続いて膜内部の金属錯体が膜表面近傍
(析出した金属の方に)に移動して還元されて金属が析
出する。すなわち、イオン交換樹脂成形品の表面から内
部に向かって金属の結晶成長が進むことになる。したが
って、このような金属の析出が、イオン交換樹脂成形品
表面だけではなく、表面近くの内部にも析出しているた
め、イオン交換樹脂成形品と金属電極との接触面積は、
従来の化学めっき法に比べて大きくなっている。このた
め、本発明のような金属錯体の吸着・析出を繰り返すこ
とによって、さらにイオン交換樹脂成形品内部に金属の
析出が進み、イオン交換樹脂成形品と金属電極との接触
面積がさらに増大する。これにより、電極活性点が増
え、電極へ移動するイオンも増加する。
【0032】本発明のような高分子アクチュエータで
は、イオンに伴われて水分子が電極に移動するので、移
動側の電極近傍で含水率が高くなり、膨潤して伸びるこ
とになり、一方、移動側と反対側の電極近傍では含水率
が低下して収縮される。このような、移動するイオンが
増加すると、電極間での含水率の差がさらに大きくなる
ので、湾曲率、すなわち変位量が大きくなる。また、イ
オン交換樹脂成形品と金属電極との接触面積が大きくな
るので、電極の表面抵抗が低下して電極の導電率が向上
するため、変位量は大きくなる。したがって、本発明で
得られた高分子アクチュエータは、従来の高分子アクチ
ュエータに比べて、素子の変位量が大きくなる。
【0033】このようにして電極が形成されたイオン交
換樹脂成形品は、洗浄工程によって析出していない金属
錯体および還元剤が除去される。本発明では、洗浄液と
して水、水酸化ナトリウム水溶液、硫酸水溶液、塩酸水
溶液を使用することが好ましい。これらの洗浄液を使用
すると、未反応の金属錯体および還元剤の除去を効率よ
く行うことができる。このとき使用される水酸化ナトリ
ウム水溶液の濃度は、0.01〜5.0モル/リット
ル、好ましくは0.1〜1モル/リットルの範囲にある
ことが望ましい。また硫酸水溶液の濃度は、0.01〜
6モル/リットル、好ましくは0.1〜3モル/リット
ルの範囲にあることが望ましい。さらに塩酸水溶液の濃
度は、0.01〜6モル/リットル、好ましくは0.1
〜3モル/リットルの範囲にあることが望ましい。
【0034】上記のような方法によってイオン交換樹脂
成形品表面に金属電極が形成され、本発明に係る高分子
アクチュエータは製造されるが、たとえば、使用される
イオン交換樹脂成形品が膜状の場合、形成される電極の
厚さは、図2(a)のようにイオン交換樹脂成形品の表面
に形成された金属電極の厚さをa1とし、金属電極を含
めたイオン交換樹脂成形品の厚さをb1としたときに、
1/b1が0.03〜0.40、好ましくは0.15〜0.
30の範囲にあることが望ましい。このような比にある
と、変位量が大きく、かつ表面抵抗の低い高分子アクチ
ュエータを得ることができる。
【0035】また、イオン交換樹脂成形品の形状が円筒
状である場合、外筒部表面または表面近傍位置に金属電
極を形成することができる。このとき形成される金属電
極の厚さは、図2(b)のようにイオン交換樹脂成形品の
外筒部表面または表面近傍位置に形成された金属電極の
厚さをa2とし、金属電極を含めた円筒状のイオン交換
樹脂成形品の筒状部の厚さをb2としたときに、a2/b
2が0.02〜0.70、好ましくは0.30〜0.50の
範囲にあることが望ましい。このような比にあると、変
位量が大きく、かつ表面抵抗の低い高分子アクチュエー
タを得ることができる。
【0036】さらに、イオン交換樹脂成形品の形状が円
筒状である場合、内筒部表面または表面近傍位置に金属
電極を形成することができる。このとき形成される金属
電極の厚さは、図2(c)のようにイオン交換樹脂成形品
の内筒部表面または表面近傍位置に形成された金属電極
の厚さをa3とし、金属電極を含めたイオン交換樹脂成
形品の筒状部の厚さをb3としたときに、a3/b3が0.
02〜0.70、好ましくは0.30〜0.50の範囲に
あることが望ましい。このような比にあると、変位量が
大きく、かつ表面抵抗の低い高分子アクチュエータを得
ることができる。
【0037】さらにまた、イオン交換樹脂成形品の形状
が円筒状である場合、外筒部表面または表面近傍位置、
および内筒部表面または表面近傍位置に金属電極を形成
することもできる。この場合、図2(d)のように金属電
極を含めたイオン交換樹脂成形品の筒状部の厚さをb4
とし、金属電極が形成されていないイオン交換樹脂成形
品の筒状部の厚さをCとしたときに、C/b4が0.20
〜0.95、好ましくは0.45〜0.70の範囲にある
ことが望ましい。さらに外筒部表面または表面近傍位置
に形成された金属電極の厚さをa4とし、内筒部表面ま
たは表面近傍位置に形成された金属電極の厚さをa5
したときに、a4/a5が0.05〜20.0、好ましく
は0.50〜2.00の範囲にあることを望ましい。こ
のような比にあると、変位量が大きく、かつ表面抵抗の
低い高分子アクチュエータを得ることができる。
【0038】このようにして形成された電極間の絶縁
は、成形品が膜状である場合には金属電極が形成された
イオン交換樹脂成形品の端部を切断することによって行
うことができる。また、成形品が円筒状または円柱状等
である場合には、レーザー光を金属電極が形成されたイ
オン交換樹脂成形品に照射して金属電極の一部を削っ
て、電極間に絶縁帯を設けることによって、電極間の絶
縁を行うことができる。
【0039】さらに、電極形成後のイオン交換樹脂成形
品に、前記〜のような処理を施してもよい。さらに
また、形成された電極上に、追加の電極層を設けてもよ
い。追加の電極層は、化学めっき、電気めっき、真空蒸
着、スパッタリング、塗布、圧着、溶着などの方法によ
って形成することができる。このような追加の電極層
は、イオン交換樹脂成形品表面またはイオン交換樹脂成
形品内部に形成された金属層と同一のものであっても、
異なるものであってもよい。このように追加の電極層を
設けることによって、さらに高分子アクチュエータの変
位力を増大させることができる。
【0040】このようにして得られた本発明の高分子ア
クチュエータは、作動時に、イオン交換膜が含水状態で
ある必要がある。ここで含水状態とは、アクチュエータ
が水中であっても、高湿度の大気中であっても作動する
ことを意味する。
【0041】このような高分子アクチュエータの作動原
理は、イオン交換樹脂成形品の表面に相互に絶縁状態で
電位差がかかると、図3に示すようにイオン交換樹脂成
形品中の+イオン6が陰極側に移動し、この+イオンに
伴われて水分子が膜内で移動するため、陽極側と陰極側
とで水分量に差ができるためである。すなわち、+イオ
ンに伴われて水分子が移動した陰極側において含水率が
高まることにより膨潤して伸び、逆に、陽極側では含水
率が低下するため、収縮し、それにより、イオン交換樹
脂成形品が湾曲するからである。
【0042】このようにして得られた本発明の高分子ア
クチュエータは、電極間に0.1〜3Vの直流電圧をか
けると、数秒以内に素子長の0.5〜3倍程度の変位を
得ることができる。またこのような高分子アクチュエー
タは、水中で柔軟に作用することができる。
【0043】このような高分子アクチュエータを用いた
応用例としては、たとえば図4に示す誘導体が挙げられ
る。この応用例においては、誘導体としてのガイドワイ
ヤ11は、細長いたとえば合成樹脂やステンレス製のチ
ューブからなる線状部材12と、この線状部材12の先
端に接合した高分子アクチュエータ13とから構成され
ている。
【0044】アクチュエータ13は、やや細長い矩形平
板状のイオン交換樹脂成形品14の両面に、本発明に係
る方法で形成された一対の電極を有し、この電極15
a,15bに電圧を印加することにより、高分子アクチ
ュエータ13が2方向に湾曲するようになっている。
【0045】そして、この各電極15a,15bには、
一対のリード線16a,16bの一端がそれぞれ電気的
に接合されている。この各リード線16a,16bは、
線状部材12の内部に位置して該線状部材12の全長に
わたって延び、各リード線16a、16bの他端は、操
作制御部17に接続されている。
【0046】この操作制御部17には切換操作可能な操
作レバー18が備えられ、この操作レバー18の操作に
ともなって、前記操作制御部17の内部に内蔵された2
極双投スイッチ19を介して、電源20から前記一対の
リード線16a、16bに流れる電流の方向が切り替え
られるようになっている。
【0047】すなわち、図5において、2極双投スイッ
チ19が実線で示す位置にある時には、一方のリード線
16aが+の電極に、他方のリード線16bが−の電極
にそれぞれ接続され、2極双投スイッチ19が操作制御
部17の操作レバー18の操作に伴って、中立位置から
二点鎖線で示すように切り替えられると、今度は逆に、
一方のリード線16aが−の電極に、他方のリード線1
6bに+の電極にそれぞれ接続されるようになってい
る。
【0048】このようにして、陽極および陰極を切替操
作することにより、高分子アクチュエータ1を任意かつ
積極的に変形させることができる。また、本発明に係る
製造方法によれば、図6に示されるような円筒状の高分
子アクチュエータ40を作製することもできる。
【0049】このような円筒状の高分子アクチュエータ
40では、まず、円筒状イオン交換樹脂成形品41に、
前述したような方法で金属錯体を吸着させ、還元剤によ
り該金属錯体を還元して、前記イオン交換樹脂成形品4
1表面に金属を析出させる。このような金属錯体の吸着
・還元および金属の析出操作を繰り返して析出金属を成
長させ、イオン交換樹脂成形品41表面から内部へと金
属層を形成する。
【0050】次に、金属層がその外表面近傍に形成され
た円筒状イオン交換樹脂成形品41の表面に、レーザー
加工装置からレーザー光を照射することによって、照射
部分の金属層を除去して、溝形状の絶縁帯42および複
数の相互に電気的に絶縁された金属電極43a,43b,
43c,43dを形成する。
【0051】図6に示す高分子アクチュエータは、この
各金属電極43a、43b、43c、43dに、リード
線44a、44b、44c、44dの一端をそれぞれ電
気的に接続し、イオン交換樹脂成形品41を挟んで互い
に対向する電極43aと43c、43bと43dに電圧
を印加することにより、4方向に湾曲することができ、
しかもこの湾曲の方向を組み合わせることより、回転で
きるようになっている。
【0052】なお、このような金属電極はイオン交換樹
脂成形品の内周面に設けられていてもよく、また内周
面、外周面の双方に設けられていてもよい。
【0053】
【実施例】以下、本発明について実施例に基づき説明す
るが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもので
はない。
【0054】
【実施例1】膜厚140μmの膜状フッ素樹脂系イオン
交換樹脂成形品(イオン交換容量1.4meq/g)に、#800
のアルミナ粒子で表面粗化を行った後、下記(1) 〜(3)
の工程を2サイクル繰り返して実施し、イオン交換樹脂
成形品表面へ金電極を形成させた。
【0055】(1)吸着工程 フェナントリン金塩化物水溶液に24時間浸漬し、成形
品内にフェナントリン金錯体を吸着させる。
【0056】(2)析出工程 亜硫酸ナトリウムとNaOHとを含む水溶液中で、吸着した
フェナントリン金錯体を還元して、イオン交換樹脂成形
品表面に金電極を形成させる。このとき、水溶液の温度
を60〜80℃とし、亜硫酸ナトリウムを徐々に添加し
ながら、6時間フェナントリン金錯体の還元を行う。
【0057】(3)洗浄工程 表面に金電極が形成したイオン交換樹脂成形品を取り出
し、70℃の水で1時間洗浄する。
【0058】得られた金電極が形成されたイオン樹脂成
形品を、1.0mm×20mmの大きさに切断したものを試験片
として、表面抵抗を測定した。また、試験片の表・裏の
両電極を介して電圧を印加(0.1Hz、2.0Vの方形波)し
て、変位量を測定した。なお、曲げ変位量は、図7に示
すように試験片の一方から8mmの位置を白金板で挟ん
で、水中に保持し、かつ白金板からリード線をのばし、
ポテンショスタットを介して試験片の両端の金電極に印
加することで行った。変位量は固定端から10mmの位置の
変位をレーザー変位計を用いて測定した。
【0059】得られた試験片の変位量は2.0mmであり、
表面抵抗は10Ωであった。
【0060】
【実施例2】前記(1)〜(3)の工程を3サイクル繰り返し
た以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価
した。
【0061】その結果、得られた試験片の変位量は3.2m
mであり、表面抵抗は5Ωであった。
【0062】
【実施例3】前記(1)〜(3)の工程を4サイクル繰り返し
た以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価
した。
【0063】その結果、得られた試験片の変位量は3.7m
mであり、表面抵抗は2Ωであった。
【0064】
【実施例4】前記(1)〜(3)の工程を5サイクル繰り返し
た以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価
した。
【0065】その結果、得られた試験片の変位量は3.9m
mであり、表面抵抗は1Ωであった。
【0066】
【実施例5】前記(1)〜(3)の工程を6サイクル繰り返し
た以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価
した。
【0067】その結果、得られた試験片の変位量は4.2m
mであり、表面抵抗は1Ωであった。
【0068】
【実施例6】前記(1)〜(3)の工程を7サイクル繰り返し
た以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価
した。
【0069】その結果、得られた試験片の変位量は4.5m
mであり、表面抵抗は0.5Ωであった。
【0070】
【実施例7】前記(1)〜(3)の工程を8サイクル繰り返し
た以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価
した。
【0071】その結果、得られた試験片の変位量は5.0m
mであり、表面抵抗は0.5Ωであった。
【0072】
【実施例8】前記(1)〜(3)の工程を9サイクル繰り返し
た以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価
した。
【0073】その結果、得られた試験片の変位量は5.3m
mであり、表面抵抗は0.5Ωであった。
【0074】
【実施例9】前記(1)〜(3)の工程を10サイクル繰り返
した以外は実施例1と同様にして、試験片を作製し、評
価した。
【0075】その結果、得られた試験片の変位量は5.5m
mであり、表面抵抗は0.5Ωであった。
【0076】
【比較例1】上記(1)〜(3)の工程を繰り返さない以外は
実施例1と同様にして、試験片を作製し、評価した。
【0077】その結果、得られた試験片の変位量は2.0m
mであり、表面抵抗は10Ωであった。以上の結果から、
上記(1)〜(3)の工程の繰り返す回数が多くなるほど、変
位量が大きく、かつ表面抵抗の小さい高分子アクチュエ
ータが得られることがわかった。特に、繰り返し回数が
4〜9回であるとき、変位量および表面抵抗におよぼす
効果が大きくなることがわかった。
【0078】
【発明の効果】本発明に係る構成で金属電極を形成する
ことによって、さらにイオン交換樹脂成形品内部に金属
の析出が進み、イオン交換樹脂成形品と金属電極との接
触面積がさらに増大する。これにより、電極活性点が増
え、電極へ移動するイオンも増加する。このような高分
子アクチュエータでは、イオンに伴われて水分子が電極
に移動して、移動側の電極近傍で含水率が増大して、成
形品が膨潤することによって伸び、一方、移動側と反対
側の電極近傍では含水率が低下して収縮する。このた
め、電極へ移動するイオンが増加すると、このイオンに
伴われて電極に移動する水分子も増えるので、電極間で
の含水率の差がさらに大きくなり、湾曲率、すなわち変
位量が大きくなる。また、金属電極の厚みが大きくなる
ので、電極の表面抵抗が低下して電極の導電率が向上す
るため、応答が速くなる。
【0079】したがって、本発明は上記のような構成で
あるので、構造が簡単で、小型化が容易であり、応答が
速く、変位量が大きく、小電力で作動することが可能な
高分子アクチュエータを得ることができる。
【0080】したがって、本発明に係る高分子アクチュ
エータをマイクロデバイスの案内部材本体の先端部に接
合すると、操作制御部による操作によって、任意かつ積
極的に湾曲(変形)させることができるので、案内部材
本体の先端部に接続した、ハサミ、鉗子、スネア、レー
ザメス、スパチュラなどのマイクロサージェリーの医療
器具、各種センサー、工具などのマイクロデバイスの誘
導性能を向上することができ、これによって、目的部位
へ任意の方向に向けることができ、その操作が熟練を要
することなく、迅速かつ容易に行うことができる。
【0081】従って、このようなマイクロデバイスおよ
びそれを備えたマイクロマシンを、例えば、眼球手術、
腹腔鏡下手術、微少血管縫合手術などのマイクロサージ
ェリー技術においてピンセット、ハサミ、鉗子、スネ
ア、レーザメス、スパチュラ、クリップなどの医療器具
に適用すれば、検査や治療時における患者に与える苦痛
を極力和らげ、患者に対する肉体的、精神的負担を低減
することができる。
【0082】また、このようなマイクロデバイスおよび
それを備えたマイクロマシンを、発電設備等のプラン
ト、航空機エンジン等の機械システムの配管系統やエン
ジン内部等の検査、補修等を行う各種センサーや、補修
用工具などに適用すれば、補修作業に手間や時間を要せ
ず、確実に行うことが可能となる。
【0083】また、本発明に係る高分子アクチュエータ
は、上記以外に、高周波振動によるマイクロポンプ、リ
ハビリ用補助動力マッサージ器などの健康器具、湿度
計、湿度計コントロール装置、ソフトマニュピュレータ
ー、水中バルブ、ソフト運搬装置などの工業用機器、金
魚および海草などの水中モービル、動く釣り餌および推
進ヒレなどのホビー用品などにも好適に使用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る製造方法で得られた高分子アクチ
ュエータの電圧無印加状態の概略断面図である。
【図2】本発明に係る製造方法で得られた高分子アクチ
ュエータの一実施例を示す概略図である。
【図3】本発明に係る製造方法で得られた高分子アクチ
ュエータの電圧印加状態の概要断面図である。
【図4】本発明に係る製造方法で得られた高分子アクチ
ュエータの応用例を示す概要図である。
【図5】図4の要部を拡大して示す模式図である。
【図6】本発明に係る製造方法で得られたさらに別の高
分子アクチュエータの実施例を示す概略図である。
【図7】実施例1〜9および比較例1で測定する変位量
の測定原理を示す概略図である。
【符号の説明】
1 高分子アクチュエータ 2 イオン交換樹脂成形品 3,3a,3b 電極 4,4a,4b リード線 5 電源 6 イオン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大 西 和 夫 兵庫県尼崎市武庫之荘東1丁目26−10− 304 (72)発明者 瀬 和 信 吾 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口2806−4 審査官 栗林 敏彦 (56)参考文献 特開 平8−280187(JP,A) 特開 平9−79129(JP,A) 特開 平9−84372(JP,A) 特公 平7−4075(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02N 11/00 F03G 7/00 A61M 25/01

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン交換樹脂成形品と、該イオン交換樹
    脂成形品の表面に相互に絶縁状態で形成された金属電極
    とを備え、前記イオン交換樹脂成形品の含水状態におい
    て、前記金属電極間に電位差をかけて、イオン交換樹脂
    成形品に湾曲および変形を生じさせることによりアクチ
    ュエータとして機能する高分子アクチュエータを製造す
    る方法であって、下記の工程、すなわち、 (i)イオン交換樹脂成形品に、金属錯体を水溶液中で吸
    着させる工程(吸着工程)、 (ii)イオン交換樹脂成形品に吸着した金属錯体を、還元
    剤により還元して、前記イオン交換樹脂成形品表面に金
    属を析出させる工程(析出工程)、 (iii)金属が析出したイオン交換樹脂成形品を洗浄する
    工程(洗浄工程) を繰り返し実施することによりイオン交換樹脂成形品表
    面またはイオン交換樹脂成形品内部まで金属電極を形成
    することを特徴とする高分子アクチュエータの製造方
    法。
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