JP4628707B2 - 導電性高分子電極及びそれを用いたアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、導電性高分子を含む電極及び当該電極を用いたアクチュエータに関する。

電気化学的な伸縮又は湾曲を生じるアクチュエータは、一対の電極を備え、それぞれの電極に電圧を印加することにより、電荷の移動等が行われて、伸縮又は湾曲の駆動をすることができる（例えば、特許文献１参照）。

例えば、前記の一対の電極のうち、一方を主材料として導電性高分子を含む伸縮可能な作用極とし、他方を白金電極からなる対極とすると、前記アクチュエータは、前記作用極に正の電位を印加すると導電性高分子がアニオンを取り込んで前記作用極が伸長し、逆電位を前記作用極に印加すると前記作用極が収縮して、伸縮駆動する。

特開２００４−１６２０３５

上記のような白金対極を用いたアクチュエータでは、作用電極であるアクチュエータに電位をかけてアクチュエータの伸縮をさせる際に、対極に大きな負の電位がかかり、水素が発生する場合が多い。また、コンパクトなアクチュエータセルを組み立てるためには、小さくて薄い対極を用いる必要があるが、対極が小さくなると電気化学的な反応の効率が低下し、アクチュエータ性能が低下してしまう。また、水素の発生を抑制するために、卑金属を用いた電極を対極として用いた場合には、対極が腐食し、溶出した金属イオンによりアクチュエータの性能が低下してしまう。

本発明の目的は、導電性高分子を含む作用極を用いたアクチュエータにおいて、大きな電圧を印加しても水素を発生することがない対極を提供することである。さらには、対極を小さくしても、アクチュエータにおける電気化学的な反応の効率が低下することのない対極を提供することでもある。また、対極から水素を発生せず、さらには伸縮性能を低下させずに小型化をもすることができる駆動部に導電性高分子を用いたアクチュエータを提供することでもある。

本発明は、基材が多孔質炭素材料を含み、電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に基材上に備えた電極である。また、本発明は、1対の電極と電解質を含むアクチュエータであって、作用極が導電性高分子を含む伸縮可能な電極であり、対極が電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に基材上に備えた電極であるアクチュエータもある。

本発明の電極を対極として用いた場合には、負の電位が印加されても対極から水素を発生せず、対極のサイズを小さくしても反応効率が低下しない。そのため、本発明の電極は、従来よりも高い電圧を作用電極に印加することができ、小型化もできるので、小さくて大きな伸縮をすることができるアクチュエータを得ることができる。

本発明は、基材が多孔質炭素材料を含み、電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に基材上に備えた電極である。前記電極は、導電性高分子層が実質的に多孔質炭素材料上に形成されるので、金属電極上に導電性高分子層が形成された電極に比べて、導電性高分子の比表面積が高く、電気化学的な反応効率が向上することとなる。

本発明の電極は、導電性高分子層が実質的に多孔質炭素材料上に形成されていれば良く、シート状である場合には多孔質炭素材料の一方の面に導電性高分子層が形成されていても、多孔質炭素材料の全面に形成されていてもよい。しかし、導電性高分子層の表面における多孔性を容易に得るために、前記多孔質炭素材料と前記導電性高分子層とは、直接接していることが好ましい。また、前記電極は、多孔質炭素材料を含む基材と導電性高分子層との間に、該多孔質炭素材料の多孔性を阻害しないように中間層を設けて、前記導電性高分子層が電解重合により表面積が大きくなるように形成されることで、基材である多孔質炭素材料上に実質的に導電性高分子層が形成されても良い。

前記基材は、多孔質炭素材料を含むが、形状が特に限定されるものではなく、板状、シート状、柱状、筒状、編目状等の形状であっても良い。アクチュエータのセル本体の内側壁面上に多孔質炭素材料を被覆することもコンパクトな素子を作成するために望ましい。実質的に基材上に導電性高分子層を形成することができれば、特に限定されるものではない。

本発明の電極の基材として用いる多孔質炭素材料は、特に限定されるものではないが、比表面積が大きいものが効率の良い電気化学反応を起こさせるために好ましい。前記多孔質炭素材料は、コンパクトな電気化学セルを構築させるため、薄い活性炭繊維ペーパーに代表される基材厚さが薄い炭素ペーパーあるいは炭素シートが望ましい。また、前記基材を薄くする必要が無い場合においては、炭素繊維を編んだクロス、炭素フェルトを用いることができる。

また、前記多孔質炭素材料は、上記以外にも用いることができる。例えば、中空状のカーボンファイバーを炭素によって互いに結着してなる多孔質炭素板、セルロース繊維の炭化物を炭化させた炭素繊維、植物繊維製シートや合成繊維を焼成または熱処理して炭化させた多孔質炭素材料なども用いることができる。

前記多孔質炭素材料は、複数多孔質炭素材料を組み合わせて使用しても良い。すなわち、前記多孔質炭素材料としては、カーボンペーパー、カーボン繊維体、多孔質炭素シート、活性炭シートからなる群より少なくとも１種以上選ばれた多孔質炭素材料を用いることができる。本発明の電極に用いられる多孔質炭素材料は、導電性高分子層を炭素材料上に接した状態で形成することができれば、特に限定されるものではない。

また、本発明の電極の基材は、多孔質炭素材料を含み、さらに白金、金等の通電性を示す金属層を含んでいてもよい。前記基材が金属層と多孔質炭素材料との複層構造を有している場合には、前記金属層である金属板の上に多孔質炭素材料の層が形成されているものであってもよい。また、多孔質炭素材料上に、白金、金等の通電性を有する金属をスパタリングして、多孔質炭素材料層の一の面に通電性の金属層を形成しても良い。これらの金属層を前記電極の基材が有する場合には、前記金属層が、前記多孔質炭素材料が抵抗値を有するために通電性が低くても、基材全体に電圧を印加することができるので、電解重合法により導電性高分子を容易に形成することができる。

前記多孔質炭素材料は、該多孔質炭素材料に形成される導電性高分子層の表面積を大きくするために多孔であれば特に限定されるものではない。しかし、前記多孔質炭素材料の比表面積が１〜２０００ｍ^２／ｇであることが、前記導電性高分子層の比表面積がより大きくなり、ドーパントの出入りがより多くなることから、好ましい。

また、前記多孔質炭素材料は、気孔率５〜９０％であることが、該多孔質炭素材料上に形成される導電性高分子層が大きな表面積を得やすいために好ましい。前記多孔質炭素材料は、開口径が０．０１〜１００μｍであることが、該多孔質炭素材料上に形成された導電性高分子層をより厚くしても、該導電性高分子層が大きな表面積を得やすいために好ましい。

本発明の電極は、得る際において、多孔質炭素材料または金属層を有する多孔質炭素材料を電解重合時において電極と使用している。そのため、前記多孔質炭素材料及び／または前記金属層は、通電性を有していることから、導電性高分子層に対する補助電極として機能することができる。補助電極として前記多孔質炭素材料及び／または前記金属層に電圧を印加することにより、前記導電性高分子層は、全体に容易に電圧を印加することができる。

本発明の電極における導電性高分子層は、電解重合により実質的に基材上に形成されたものであれば、特に限定されるものではない。前記導電性高分子層を形成する導電性高分子は、公知の導電性高分子を用いることができ、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンなどを用いることができるが、製造が容易であり、電気化学的に安定であることから、ピロール及び／又はピロール誘導体をモノマーとして用いたポリピロールであることが好ましい。

特に、前記ポリピロールは、前記電解重合法が、前記電解重合法にもちいられる電解液が、（１）エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも１つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び／又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含み、且つ、（２）前記電解液中にトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含み、さらに、前記多孔質炭素材料を作用極として用いた電解重合法により得られた導電性高分子であることが好ましい。この電解重合方法により得られた導電性高分子は、緻密であるなどの膜質が良質であり、基材との密着性が良好であり、機械的強度に優れ、電気化学活性が高い点で、部品としての電極を構成する材料として優れている。前記ポリピロールは、前記溶媒が安息香酸メチル等の芳香族エステルであり、前記電解液中にトリフルオロメタンスルホン酸イオンまたはヘキサフルオロリン酸イオンを含む前記電解重合法により得られたポリピロールであることが好ましい。また、トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンに変えて、化学的に安定していることから、過塩素酸イオンを用いても良い。

前記有機化合物としては、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン（以上、エーテル結合を含む有機化合物）、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸-t-ブチル、１，２−ジアセトキシエタン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル（以上、エステル結合を含む有機化合物）、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート（以上、カーボネート結合を含む有機化合物）、エチレングリコール、ブタノール、１−ヘキサノール、シクロヘキサノール、１−オクタノール、１−デカノール、１−ドデカノール、１−オクタデカノール（以上、ヒドロキシル基を含む有機化合物）、ニトロメタン、ニトロベンゼン（以上、ニトロ基を含む有機化合物）、スルホラン、ジメチルスルホン（以上、スルホン基を含む有機化合物）、及びアセトニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル（以上、ニトリル基を含む有機化合物）を例示することができる。なお、ヒドロキシル基を含む有機化合物は、特に限定されるものではないが、多価アルコール及び炭素数４以上の１価アルコールであることが、伸縮率が良いために好ましい。なお、前記有機化合物は、前記の例示以外にも、分子中にエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち、２つ以上の結合あるいは官能基を任意の組合わせで含む有機化合物であってもよい。

前記の電解重合法の電解液に溶媒として含まれるハロゲン化炭化水素は、炭化水素中の水素が少なくとも１つ以上ハロゲン原子に置換されたもので、電解重合条件で液体として安定に存在することができるものであれば、特に限定されるものではない。前記ハロゲン化炭化水素としては、例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタンを挙げることができる。前記ハロゲン化炭化水素は、１種類のみを前記電解液中の溶媒として用いることもできるが、２種以上併用することもできる。また、前記ハロゲン化炭化水素は、上記の有機化合物との混合して用いてもよく、該有機溶媒との混合溶媒を前記電解液中の溶媒として用いることもできる。

前記トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、電解液中に０．１〜３０重量％含まれるのが好ましく、１〜１５重量％含まれるのがより好ましい。

トリフルオロメタンスルホン酸イオンは、化学式ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻で表される化合物である。また、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、ホウ素、リン、アンチモン及びヒ素等の中心原子に複数のフッ素原子が結合をした構造を有している。中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンとしては、特に限定されるものではないが、テトラフルオロホウ酸イオン（ＢＦ_４ ⁻）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ_６ ⁻）、ヘキサフルオロアンチモン酸イオン（ＳｂＦ_６ ⁻）、及びヘキサフルオロヒ酸イオン（ＡｓＦ_６ ⁻）を例示することができる。なかでも、ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻、ＢＦ_４ ⁻及びＰＦ_６ ⁻が人体等に対する安全性を考慮すると好ましい。前記の中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、１種類のアニオンを用いても良く、複数種のアニオンを同時に用いても良く、さらには、トリフルオロメタンスルホン酸イオンと複数種の中心原子に対しフッ素原子を複数含むアニオンとを同時に用いても良い。

前記電解重合法に用いられる電解液には、前記有機化合物溶媒と前記トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンとの溶液中に、導電性高分子の単量体を含み、さらにポリエチレングリコールやポリアクリルアミドなどの公知のその他の添加剤を含むこともできる。

また、前記ポリピロールは、前記電解重合法が下式（１）で表されるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含む電解液を用いることにより得られたポリピロールであっても良い。
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻ 式（１）
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
この場合において、前記電解液は、良好な膜質と電気化学的特性を持つ膜を得るために、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも１つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び／またはハロゲン化炭化水素を溶媒を用いることが好ましい。
なお、前記のｎおよびｍは、それぞれ１以上の任意の整数であり、ｎとｍとが同じ整数であってもよく、ｎとｍとが異なる整数であっても良い。例えばトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基などを挙げることができる。前記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを含む塩としては、例えば、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド塩、ビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミド塩、ビス（ヘプタデカフルオロオクチルスルホニル）イミド塩を用いることができる。

前記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンは、電解重合法における電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、十分な電解液のイオン導電性を確保するために、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩として、電解液中に１〜４０重量％含まれるのが好ましく、２．８〜２０重量％含まれるのがより好ましい。

また、本発明は、上記の電極を用いたアクチュエータでもある。つまり、本発明のアクチュエータは、1対の電極と電解質を含むアクチュエータであって、作用極が導電性高分子を含む伸縮可能な電極であり、対極が、上述の、電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に多孔質炭素材料上に備えた電極であるアクチュエータである。

図１は、本発明である、電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に多孔質炭素材料上に備えた電極を用いたアクチュエータの断面図である。円筒状のアクチュエータ１は、アクチュエータ１は、可撓性材料により成形された筐体２の内部空間に、円柱状の導電性高分子により形成された電解伸縮可能な作動部３を備えている。筐体２の底部２２の内面には、凹部２３が形成されている。凹部２３に作動部３の一の端部が導電性の接続板４を介して嵌合されて、作用極３が筐体２に取り付けられている。筐体２の先端部２１を貫通して、作用極３の先端に取付けられたシャフト１０がアクチュエータ１の外部に延びている。また、筐体２の内部空間においては、筐体２の側壁の内面付近に柱状の対極５が、底部２２に設けられた対極嵌合用凹部２４にそれぞれ嵌合することにより、取り付けられている。筐体２の内部空間において、対極５と作用極３とを除いた残りの内部空間には電解質６が充填されている。電源９は、リード７を介して対極５に接続され、作用極３と接した導電性接続板４にリード８を介して接続されている。電源９より電力を供給することにより、対極５と作用極３とに電圧を印加することができ、作用極３が電解伸縮することができる。作用極３の電解伸縮により、シャフト１０が往復運動をして力Fを発生することが可能である。

対極５は、上述の電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に多孔質炭素材料上に備えた電極を用いることにより、対極の比表面積が大きく、対極が含む導電性高分子についてのドーピング及び脱ドーピングをすることができるドーパントの量が多いために、白金等の従来の電極に比べてサイズを小さくできる。

また、図１の対極は、筐体２とは別個の部品として用いられている。しかし、図１のアクチュエータにおいては、対極の基材として、筐体２の内側の壁面に炭素材料を塗布して基材とし、該基材の上に導電性高分子層を形成しても良い。このような、アクチュエータのセルの内側に炭素材料を塗布して基材が形成され、該基材上に導電性高分子層が形成された電極（対極）を備えたアクチュエータセルは、アクチュエータ内部に別個独立の部品である対極を用いる必要がないので、省スペース化が容易であり、組み立てが簡単であるので、特に好ましい。

前記作用極は、上述の導電性高分子を含み、電圧印加により電気化学的に伸縮をすれば特に限定されるものではない。前記作用極は、特に、電圧印加した際に伸縮率５％以上の伸縮性を示すことが好ましい。前記作用極に用いられる導電性高分子は、変位の大きさが必要な場合や、引張り強度などの機械的強度が必要な場合など、用途に応じて所望の性質を有する導電性高分子を用いることができる。このアクチュエータは、人工筋肉に代表される大きな伸縮率が要求される用途に好適に用いることができる。前記作動部は、ドーパントの他に、動作電極としての抵抗値を低下させるために、金属線や導電性酸化物などの導電性材料を適宜含むことができる。

前記電解質は、特に限定されるものではないが、前記作用極の電気化学的な伸縮を阻害しないために、電解液またはゲル電解質であることが好ましい。前記電解液または前記ゲル電解質に含まれる溶媒は、特に限定されるものではなく、水、若しくは有機溶媒を用いることができる。

前記電解質に含まれ、ドーパントとして用いられるアニオンは、特に限定されるものではないが、作用極及び対極においてドーパントとして用いられるアニオンを含むことができる。従って、本発明のアクチュエータが、作用極と対極とにおいて用いられるドーパントが同一であり、作用極と対極とに用いられるドーパントを電解質中に含むことが好ましい。ゆえに、作用極を得る際の電解重合に用いられる電解中に溶解される塩と、対極を得る際の電解重合に用いられる電解液に溶解される塩とが、同一であり、前記塩が前記アクチュエータ中の電解液にも含まれることが好ましい。

以下に、本発明の実施例及び比較例並びに調整例を示すが、本発明は以下に限定されるものではない。

（導電性高分子膜の調整例）
ピロール及びトリフルオロメタンスルホン酸テトラブチルアンモニウムを安息香酸メチルに公知の撹拌方法により溶解し、ピロールの濃度が０．２５mol／ｌ、テトラブチルアンモニウムの濃度が０．２ｍｏｌ／ｌとなるように調整して、モノマーと電解質を含む電解液を得た。この電解液に作用電極としてＴｉ電極を用い、対向電極としてＰｔ電極を用いて、表１に記載の重合電流密度０．２ｍＡ/ｃｍ^２の定電流法により電解重合を行い、膜厚１５μｍの導電性高分子膜をチタン電極上に得た。この導電性高分子膜を、アセトンを用い膨潤させながら、ピンセットにてチタン電極から剥がして、アクチュエータ素子として用いる導電性高分子膜を得た。

（実施例１）
ピロール及びヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウムを溶媒である安息香酸メチルに公知の撹拌方法により溶解し、モノマーであるピロールの濃度を０．２５mol／ｌとして含み、かつドーパント塩を濃度０．２ｍｏｌ／ｌで含む電解液を調製した。この電解液に、作用電極として多孔質炭素材料であるカーボンペーパー（商品名「ＴＧＰ−Ｈ−０３０」、東レ株式会社製）を用い、対向電極として白金電極を用いて、０．２ｍＡ/ｃｍ^２の重合電流密度の定電流法により電解重合を行った。前記電解重合により、導電性高分子層の膜厚が１５〜３０μｍである、基材上に導電性高分子層を有する実施例１の電極を得た。

（実施例２）
電解重合時の作用電極である多孔質炭素材料として、カーボンペーパーに替えて、８０重量％のカーボン粉末（商品名「ＭＣＭＢ」、中心粒径２２．５μｍ、大阪ガス社製）を、１０重量％のバインダー樹脂（ポリフッ化ビニリデン）と１０重量％のＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）とを混練してペーストを作成し、該ペーストを白金板上に塗布後に乾燥することにより得られた、金属層を含む多孔質炭素材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２の電極を得た。

（実施例３）
電解重合時の作用電極である多孔質炭素材料としてカーボンペーパーに替えて、活性炭シート（商品名「ＫＰ０３５」、東洋紡績（株）社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３の電極を得た。

（比較例）
電解重合時の作用電極として、多孔質炭素材料であるカーボンペーパーに替えて、市販の白金板を電極として用いた。

（評価）
実施例１〜３及び比較例の電極を用いて、下記評価方法により試験を行い、対極表面でのガスの発生とアクチュエータ素子の伸縮性能とについて、下記評価基準にて評価した。結果を表１に示す。なお、ガスの発生の評価は、作用電極と対極との間に電圧を印加している間において、目視にて対極表面を観察することにより行った。

（評価方法）
実施例１〜３並びに比較例の電極を幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズに裁断し、対極を調整した。上記調整例により得られた導電性高分子膜（幅２６ｍｍ、長さ９０ｍｍ、厚さ２０μｍ）をアクチュエータ素子である作用電極として用いた。前記対極及び作用電極について、それぞれ電極の端部にリードを介して電源と接続して、作動用電解液中に保持し、参照電極として市販のＡｇ／Ａｇ^＋電極を用い、アクチュエータ素子と対極の間に１．５Ｖの電圧を３０秒間印加した。この電圧印可の際における、アクチュエータ素子と対極にかかる電圧をＰＣレコーダー（商品名「Ｒ１ＭＳ−ＧＨ３」、（株）エム・システム技研社製）を用いて測定し、アクチュエータ素子の伸縮率を測定した。なお、作動用電解液としては、ヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウムの１ｍｏｌ／ｌ安息香酸メチル溶液を用いた。

（評価基準）
伸縮性能の評価に際しては、次の基準を用いた。
○：対極面積が十分にある状態で、素子に＋０．７ＶｖｓＡｇ／Ａｇ^＋の電位をかけた時と同様の伸縮性能（上記調整例の素子の場合、伸縮率が５％以上）を示した。
△：「○」の場合の伸縮性能に対して、５０％以上の伸縮性能（上記調整例の素子の場合、伸縮率が２．５％以上であって、且つ５％未満）を示した。
×：「○」の場合の伸縮性能に対して、５０％未満の伸縮性能（上記調整例の素子の場合、伸縮率が２．５％未満）を示した。

（結果）

実施例１の電極を対極に用いた場合は、表１に示すように、アクチュエータ素子の電位が０．８Ｖで、対極にかかる電位が０．７Ｖであり、比較例の電極を対極として用いた場合に比べて、アクチュエータ素子及び対極の電位が高かった。このため、アクチュエータ素子の電解伸縮が大きく、素子に対する電圧印可の前後における素子の長さの変化の割合（伸縮率）が５％以上であり、伸縮性能が良好であった。また、対極においてガスの発生もなかったが、比較例においては、対極表面の全面より発生し、ガスの発生量も多かった。

実施例２の電極を対極に用いた場合は、表１に示すように、アクチュエータ素子の電位が０．９Ｖで、対極にかかる電位が０．６Ｖであり、比較例の電極を対極として用いた場合に比べて、アクチュエータ素子及び対極の電位が高かく、伸縮性能が良好であった。また、ガスの発生もなかった。

実施例３の電極を対極に用いた場合も、実施例１及び２の場合と同様に、表１に示すように、比較例の電極を対極として用いた場合に比べて、アクチュエータ素子及び対極の電位が高かく、伸縮性能が良好であった。また、ガスの発生もなかった。

本発明のアクチュエータは、ＯＡ機器、アンテナ、ベッドや椅子等の人を乗せる装置、医療機器、エンジン、光学機器、固定具、サイドトリマ、車両、昇降器械、食品加工装置、清掃装置、測定機器、検査機器、制御機器、工作機械、加工機械、電子機器、電子顕微鏡、電気かみそり、電動歯ブラシ、マニピュレータ、マスト、遊戯装置、アミューズメント機器、乗車用シミュレーション装置、車両乗員の押さえ装置及び航空機用付属装備展張装置において、直線的な駆動力を発生する駆動部若しくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作若しくは曲線的な動作をする押圧部として好適に用いることができる。前記アクチュエータは、例えば、ＯＡ機器や測定機器等の上記機器等を含む機械全般に用いられる弁、ブレーキ及びロック装置において、直線的な駆動力を発生する駆動部もしくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、または直線的な動作をする押圧部として用いることができる。また、前記の装置、機器、器械等以外においても、機械機器類全般において、位置決め装置の駆動部、姿勢制御装置の駆動部、昇降装置の駆動部、搬送装置の駆動部、移動装置の駆動部、量や方向等の調節装置の駆動部、軸等の調整装置の駆動部、誘導装置の駆動部、及び押圧装置の押圧部として好適に用いることができる。また、前記アクチュエータは、関節装置における駆動部として、関節中間部材等の直接駆動可能な関節部または関節に回転運動を与える駆動部に好適に用いることができる。

電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に多孔質炭素材料上に備えた電極を用いたアクチュエータの断面図。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ 筐体
２１ 先端部
２２ 底部
２３ 凹部
２４ 対極嵌合用凹部
３ 作用極
４ 接続板
５ 対極
６ 電解質
７ リード
８ リード
９ 電源
１０ シャフト

Claims (8)

1. 基材が多孔質炭素材料を含み、電解重合法により形成された導電性高分子層を実質的に基材上に備えた電極であって、
   前記導電性高分子層が前記導電性高分子層がピロール及び／又はピロール誘導体をモノマーとして用いて得られたポリピロールを含む層であり、
   前記電解重合法に用いられる電解液が
   （１）エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも１つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び／又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含み、かつ
   （２）前記電解液中にトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含み、
   前記多孔質炭素材料を電解重合時の作用極として用いることを特徴とする電極。
2. 前記多孔質炭素材料が、カーボンペーパー、カーボン繊維体、多孔質炭素シート、活性炭シートからなる群より少なくとも１種以上選ばれた多孔質炭素材料であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
3. 前記多孔質炭素材料の比表面積が１〜２０００ｍ^２／ｇである請求項１〜２のいずれかに記載の電極。
4. 前記多孔質炭素材料が気孔率５〜９０％である請求項１〜３のいずれかに記載の電極。
5. 前記多孔質炭素材料の開口径が０．０１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電極。
6. 前記導電性高分子層の厚みが、１５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電極。
7. 1対の電極と電解質を含むアクチュエータであって、作用極が導電性高分子を含む伸縮可能な電極であり、対極が請求項１〜６のいずれかに記載の電極であるアクチュエータ。
8. 前記電極間に印加する電圧が１．５Ｖ以上であることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。

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