JP4727193B2 - 導電性高分子成型品を含むアクチュエータ素子 - Google Patents

Description

本発明は、伸縮率の優れた導電性高分子の製造方法、導電性高分子成型品、積層体及びその導電性高分子成型品の伸縮方法、並びその導電性高分子の用途に関する。

ポリピロールなどの導電性高分子は、電気化学的な酸化還元によって伸縮あるいは変形する現象である電解伸縮を発現することが知られている。この導電性高分子の電解伸縮は、人工筋肉、ロボットアーム、義手、義足、パワードスーツやアクチュエータ等の用途の駆動に応用されることが期待され、近年注目されている。このような電解伸縮をする導電性高分子を製造する方法としては、電解重合法により製造する方法が一般的である。電解重合方法としては、ピロール等のモノマー成分が加えられた電解液中に、作用電極及び対向電極を設置した後に、両電極に電圧を印加することで、導電性高分子膜を作用電極に形成させる方法が、通常行われる。

導電性高分子を用いたアクチュエータについては、セル内に電解液、対極及びポリピロールフィルムを備えたアクチュエータの構成が１９９７年に報告されている（非特許文献１参照）。このアクチュエータは、ポリピロールフィルム及び対極が電解液に浸漬された状態において、対極とポリピロールフィルムとの間に電圧を印加することでポリピロールフィルムが伸縮し、ポリピロールフィルムが１４．６ＭＰａ（４５ｇ）の負荷を受けながらも１％の伸縮をすることが記載されている。つまり、このアクチュエータは、電解伸縮により、長さ方向に１４ＭＰａの力を発生させることができるが、その伸縮は１％にとどまる。また、導電性高分子を用いたアクチュエータとしては、電解重合時における支持塩にＢＦ_４ ⁻などを用いた導電性高分子が１０〜１５％の伸縮をすることが報告されている（非特許文献２参照）。

デラ・サンタ（Ａ．Ｄｅｌｌａ Ｓａｎｔａ）、外２名、「ポリピロール導電性高分子リニアアクチュエータの性能と運動能力（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄ ｗｏｒｋ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａ ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｕａｔｏｒ）」、シンセティックメタル（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ）、エルゼビア サイエンス（Ｅｌｓｃｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ）、１９９７年、第９０巻、Ｐ９３−１００。 原進、外４名、「高伸縮かつ強力なポリピロールリニアアクチュエータ（Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒｆｕｌ Ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ Ｌｉｎｅａｒ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ）」、ケミストリーレターズ（Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、日本、日本化学会発行、２００３年、第３２巻、第７号、ｐ５７６-５７７。

しかし、実用的用途である人工筋肉、ロボットアーム、義手・義足等は、作動させた際において、1回の伸縮が1つの動作となるのが通常である。したがって、人工筋肉などが十分な動作を行うためには、1回の伸縮において、１％の伸縮をはるかに超える大きな伸縮をすることが要求される。このような実用的用途の駆動源に導電性高分子を用いた場合において、従来の導電性高分子を用いた電解伸縮可能なアクチュエータ素子は、電解伸縮による伸張と収縮とのサイクル（酸化還元サイクル）を行うことにより得られる伸縮量について、酸化還元サイクルの１回当たりの伸縮量若しくは変位量が十分ではない。したがって、実用的用途である人工筋肉、ロボットアーム、義手等に導電性高分子を用いるためには、電解伸縮をさせた場合において、より大きな伸縮量が１酸化還元サイクルで得られることが必要である。

また、人工筋肉等への応用などの実用性をさらに高めるために、導電性高分子に電圧を印加させるなどの伸縮を生じさせるための命令が為されてから、実際に所望の量の伸縮または変位が生じるまでの時間が短いこと、つまり、特定時間あたりの変位率が大きいことが、可能であるならば望ましい。すなわち、従来の導電性高分子を実用的用途に用いるためには、導電性高分子の１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を向上させることに加えて、導電性高分子に電圧を印加してから特定の時間における最初の状態での導電性高分子成型品の長さに対する伸縮した長さ若しくは変位した長さの比、つまり特定時間あたりの変位率を向上させることが、可能であるならば実用性をさらに高めるために望ましい。また、有機化合物のイオンであって、大きいサイズのドーパントイオンは、無機イオンに比べて材料選択の幅が広く、分子設計の自由度も高いことから、電解重合時の支持塩に用いることが可能であるならば望ましい。

本発明は、電解重合法を用いた導電性高分子の製造方法であって、該電解重合法が化学式（１）
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻ （１）
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
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た導電性高分子の製造方法である。本発明の導電性高分子の製造方法を用いることにより、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率の向上をさせることができることができる。また、前記製造方法により得られた膜状の導電性高分子は、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が優れているのみならず、特定時間あたりの変位率が良好であることをも見出した。また、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩が解離した際のアニオンであるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンは、従来のドーパントイオンよりもサイズが大きく、前記製造方法により得られた導電性高分子のバルク中に含まれる。例えば、これまでの導電性高分子アクチュエータでは、無機イオンであるＰＦ_６ ⁻よりも大きいサイズのアニオンをドーパントイオンに用いると、これまでの導電性高分子は、電圧が印加されてもアニオンの吸入が生じず、大きな伸縮が得られない。しかし、本発明の製造方法により得られた導電性高分子は、アニオンの脱吸入をすることができ、しかも、（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻を含む電解液中での電解伸縮は、従来では得ることができなかった１酸化還元サイクル当たり２０％以上の伸縮をすることができ、伸縮性に優れている。

また、本発明は、導電性高分子層と固体電解質層とを含む積層体であって、該導電性高分子層中に電解重合法を用いた製造方法により得られた導電性高分子を含み、該電解重合法が化学式（１）
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻ （１）
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
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た電解重合法であることを特徴とする積層体でもある。前記積層体は、優れた１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を有する。

さらに、本発明は、前記導電性高分子または積層体を用いたアクチュエータ素子でもある。前記アクチュエータ素子は、優れた伸縮率を有し、しかも無音で軽量であるために、駆動部または押圧部として優れている。

本発明は、電解重合法を用いた導電性高分子の製造方法であって、該電解重合法が下式
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
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た導電性高分子の製造方法である。

（電解液）
本発明の導電性高分子の製造方法に用いられる電解重合法は、電解液中に、化学式（１）
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻ （１）
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
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。そのため、前記電解重合法により得られた導電性高分子のバルク中に前記アニオンが存在することとなる。前記アニオンは、トリフルオロメタンスルホン酸イオン等の従来のドーパントに比べて、大きな分子サイズを有する。従って、パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンが内部に存在する導電性高分子の成型品は、印加する電圧の正負の切り替えを繰り返すことにより、大きな分子サイズのアニオンが導電性高分子の成型品から出入りするために、１酸化還元サイクル当たりの大きな電解伸縮をすることができる。

前記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンは、アニオン中心である窒素原子にスルホニル基が結合し、さらに、置換基である２つのパーフルオロアルキル基を有している。このパーフルオロアルキルスルホニルはＣ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２で表され、他のパーフルオロアルキルスルホニル基は、Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２で表される。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。

上記化学式（１）のパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンは、カチオンと塩を形成することができ、パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩として電解重合法における電解液中に加えられていても良い。パーフルオロアルキルスルホニルイミドと塩を形成するカチオンは、Ｌi^＋の様に１つの元素から構成されていてもよく、複数の元素より構成されていても良い。前記カチオンは、１価の陽イオンとしてパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを形成することができ、電解液中で解離することができるルイス酸であれば、特に限定されるものではない。

前記カチオンが金属元素である場合には、例えばリチウムなどのアルカリ金属から選ばれる元素を用いることができる。また、前記カチオンが分子である場合には、例えば、テトラブチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウムに代表されるアルキルアンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウムなどを用いることができる。

本発明の製造方法における電解重合法の電解液中に含まれるパーフルオロスルホニルイミドイオンは、上記のように、塩基成分であるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンと酸成分であるカチオンとの組み合わせにより種々の塩を形成することができるが、パーフルオロスルホニルイミド塩は、溶液中の解離が容易であり、入手も容易であることから、ビス（トリフルオロメチル）スルホニルイミドリチウム、ビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミドリチウムなどのビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミドリチウム、並びにビス（トリフルオロメチル）スルホニルイミド、及びビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミドなどのビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミドについての、テトラブチルアンモニウム塩、ピリジニウム塩またはイミダゾリジウム塩が好ましい。

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。

本発明の導電性高分子の製造方法において、電解重合法に用いられる電解液の溶媒は、前記パーフルオロアルキルスルホニルイミド塩を溶解することができ、電解重合を行うことができる溶媒であれば特に限定されるものではない。なお、電解重合により得られた導電性高分子の成型品についての１酸化還元サイクル当たりの電解伸縮をより大きくするために、前記電解重合法に用いる溶媒に、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。これらの溶媒を２種以上併用することもできる。

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。

また、本発明の導電性高分子の製造方法において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。

本発明の導電性高分子の製造方法において、電解重合法に用いられる電解液には、電解重合される有機化合物（例えば、ピロール）および前記化学式（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。この電解液を用いて電解重合を行うことにより、電解伸縮において１酸化還元サイクル当たりの伸縮率及び／または特定時間あたりの変位率が優れた導電性高分子を得ることができる。上記電解重合により、および前記化学式（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が導電性高分子に取り込まれることになる。また、電解重合法により得られる導電性高分子膜の膜質を向上させるために、トリフルオロメタンスルホン酸塩を電解液中に１〜８０重量％加えた複合電解質を用いることができる。

本発明の導電性高分子の製造方法において、電解重合法に用いられる電解液には、パーフルオロスルホニルイミド塩を含む以外に、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。

導電性高分子単量体の電解重合として、公知の電解重合方法を用いることが可能であり、定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれをも用いることができる。例えば、前記電解重合法は、電流密度０．０１〜２０ｍＡ／ｃｍ²、反応温度−７０〜８０℃で行うことができ、良好な膜質の導電性高分子を得るために、電流密度０．１〜２ｍＡ／ｃｍ^２、反応温度−４０〜４０℃の条件下で行うことが好ましく、反応温度が−３０〜３０℃の条件であることがより好ましい。

なお、本願発明の導電性高分子の製造方法においては、作用電極は、電解重合に用いることができれば特に限定されるものではなく、ＩＴＯガラス電極、炭素電極や金属電極などを用いることができる。前記金属電極は、金属を主とする電極であれば特に限定されるものではないが、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃ及びＷからなる群より選ばれた金属元素についての金属単体の電極または合金の電極を好適に用いることができる。前記製造方法により得られた導電性高分子の伸縮率及び発生力が大きく、且つ電極を容易に入手できることから、金属電極に含まれる金属種がＮｉ、Ｔｉであることが特に好ましい。なお、前記合金としては、例えば、商品名「ＩＮＣＯＬＯＹ ａｌｌｏｙ ８２５」、「ＩＮＣＯＮＥＬ ａｌｌｏｙ ６００」、「ＩＮＣＯＮＥＬ ａｌｌｏｙ Ｘ−７５０」（以上、大同スペシャルメタル株式会社製）を用いることができる。

本発明の導電性高分子の製造方法において、電解重合法に用いられる電解液に含まれる導電性高分子の単量体としては、電解重合による酸化により高分子化して導電性を示す化合物であれば特に限定されるものではなく、例えばピロール、チオフェン、イソチアナフテン等の複素五員環式化合物及びそのアルキル基、オキシアルキル基等の誘導体が挙げられる。その中でもピロール、チオフェン等の複素五員環式化合物及びその誘導体が好ましく、特にピロール及び／またはピロール誘導体を含む導電性高分子であることが、製造が容易であり、導電性高分子として安定であるために好ましい。また、上記モノマーは２種以上併用することができる。

（成型品）
また、本発明は、上記の製造方法により得られた導電性高分子を所望の形状とした、導電性高分子成型品でもある。つまり、電解重合法を用いた導電性高分子の製造方法であって、該電解重合法が下式（２）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た導電性高分子の製造方法
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻ （２）
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）により得られた導電性高分子を樹脂成分として含む導電性高分子成型品である。前記導電性高分子成型品は、その形状が特に限定されるものではなく、膜状、管状、筒状、角柱及び繊維状等の形状であってもよいが、前記導電性高分子が電解重合時に作用電極に析出することから、膜状であることが好ましい。なお、前記作用電極は、電解重合に用いることができれば特に限定されるものではなく、ＩＴＯガラス電極や金属電極など公知の電極を用いることができる。

特に、ドーパントとして、前記パーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンを導電性高分子のバルク中に含むことにより、本発明の導電性高分子成型品は、膜状とした場合、従来の導電性高分子の電解伸縮がその最大の伸縮率が面方向で１酸化還元サイクル当たり１０〜１５％程度までしか得られていなかったのに対して、長さ方向において、１酸化還元サイクル当たり１６％以上、特に２０％以上の優れた最大の伸縮率を示すことが可能となった。従来の低伸縮率の導電性高分子成型品がスイッチやセンサー等の大きな変位を必要としない用途にしか用いることができなかったのに対し、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が長さ方向において１６％以上である導電性高分子成型品は、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。なお、前記導電性高分子成型品は、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。

（積層体）
本発明は、導電性高分子層と固体電解質層とを含む積層体であり、前記導電性高分子層に上記の導電性高分子を含む積層体でもある。つまり、本発明は、導電性高分子層と固体電解質層とを含む積層体であって、前記導電性高分子層に、電解重合法を用いた導電性高分子の製造方法であって、該電解重合法が式
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻ （２）
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
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た導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を含む積層体である。積層体に前記導電性高分子層と前記固体電解質層を含むことにより、前記固体電解質層中の電解質が前記導電性高分子層に供給されることにより、電解伸縮時に大きな１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を発現することができる。前記積層体中の前記導電性高分子層と固体電解質層とは、直接接していることが好ましいが、前記固体電解質中の電解質を前記導電性高分子に移動させることができるのであれば、他の層を間に介していても良い。

前記固体電解質は、前記固体電解質は、特に限定されるものではないが、積層体の変位をすることでアクチュエータとして大きな駆動することによりイオン交換樹脂であることが好ましい。前記イオン交換樹脂としては、公知のイオン交換樹脂を使用することが可能であり、例えば、商品名「Ｎａｆｉｏｎ」（パーフルオロスルホン酸樹脂、ＤｕＰｏｎｔ社製））を使用することができる。

（電解伸縮方法）
また、本発明は、上記の導電性高分子成型品を電解液中で、電気化学的酸化還元により導電性高分子成型品を伸縮させる電解伸縮方法でもある。上記の導電性高分子成型品を電解伸縮させることにより、１酸化還元サイクル当たりの優れた伸縮率を得ることができる。さらに、上記の導電性高分子成型品を伸縮させる電解伸縮方法は、優れた特定時間あたりの変位率をも得ることができる。前記導電性高分子成型品の電解伸縮が行われる電解液である動作電解液は、特に限定されるものではないが、水またはプロピレンカーボネート（ＰＣ）などの良溶媒を用いることが好ましく、また、ｎが２以上のものについては、プロピレンカーボネートなどの良溶媒を用いることが、さらに大きな伸縮を得られるために好ましい。なお、電解伸縮が行われ動作電解液は、目的とする伸縮率を得るために、適した溶媒を選択して、用いても良い。前記良溶媒は、特に限定されるものではないが、電気化学反応の反応場に用いることができる溶媒であることが、条件設定等の調整の必要がないので好ましい。

本発明の電解伸縮方法について、導電性高分子を動作させるための電解液が、
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）を動作電解質として含む電解液とすることができる。つまり、本発明は、電解重合法を用いた導電性高分子の製造方法であって、該電解重合法が化学式
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）
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た導電性高分子の製造方法、
により得られた導電性高分子を樹脂成分として含む導電性高分子成型品を、
（Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻
（ここで、ｎ及びｍは任意の整数。）を動作電解質として含む電解液で電解伸縮させる電解伸縮方法である。本発明の電解伸縮方法は、前記パーフルオロアルキルスルホニルイミドが動作電解液中にも含まれているために、導電性高分子成型品の電解伸縮における伸張時に取り込まれ易くなるために、トリフルオロメタンスルホン酸イオンなどを含む電解液を用いた電解伸縮方法に比べて、１酸化還元サイクル当たりの優れた伸縮率を示し、さらには優れた特定時間あたりの変位率を示す。

前記電解伸縮方法において、動作電解液中に含まれるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンは、該動作電解液中で電解伸縮をさせる導電性高分子成型品の製造時に用いられる電解液中に含まれるパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンに比べてイオン半径が同程度であることが、電解伸縮を容易に行うことができるので好ましい。

なお、前記の動作電解液に用いられる塩は、本発明の積層体における固体電解質の電解液に含まれる塩として用いることができることが明らかであり、１酸化還元サイクル当たりの優れた伸縮率を示す固体電解質との積層体を得ることができる。

また、本発明は、上記の導電性高分子成型品を電解液中で電気化学的酸化還元により導電性高分子成型品を伸縮させる電解伸縮方法でもあって、前記電解液が塩化ナトリウムを主な電解質として含む水溶液である電解伸縮方法であってもよい。前記電解液は、生体成分に含まれる電解質である塩化ナトリウムを主として含むことにより、生体内の体液と前記電解液との互換が容易である状態で動作をさせることが可能である。

本願発明における電解伸縮を行う電解液あるいは固体電解質の温度は、特に限定されるものではないが、上記の導電性高分子をより速い速度で電解伸縮させるために、１０〜１００℃、さらに好ましくは４０〜８０℃であることが好ましい。また、前記動作電解液中のパーフルオロアルキルスルホニルイミド塩の濃度も特に限定されるものではない。

（用途）
本発明の導電性高分子成型品及び積層体は、アクチュエータ素子として人工筋肉、ロボットアームや義手に好適に使用することができる。また、マイクロサージェリー技術におけるピンセット、ハサミ、鉗子、スネア、レーザメス、パーチュラ、クリップなどの医療器具、検査や補修等を行う各種センサー若しくは補修用工具など、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、金魚などの水中モービル、または動く釣り餌や推進ヒレなどのホビー用品などの水中で用いられる物品についても、本発明の導電性高分子成型品及び積層体を好適に使用することができる。前記アクチュエータ素子は、金属部品が少ないために従来のリニアアクチュエータ素子に比べて軽量であるので、位置決め装置、姿勢制御装置、昇降装置、搬送装置、移動装置、調節装置、調整装置、誘導装置並びに関節装置の駆動部として用いること好適に用いることができる。

（アクチュエータ）
また、本発明は、作動部、電解質及び対極を含むアクチュエータであって、前記作動部が前記製造方法により得られた導電性高分子を含むことを特徴とするアクチュエータである。前記アクチュエータは、装置構成として作動部、電解質及び対極を含めば特に限定されるものではないが、作動の際に液漏れがしないように作動部へ取付けられたシャフトが筐体にパッキングされたアクチュエータ、または作動部の作動に従う伸縮が可能な筐体を備えたアクチュエータであることが、電解液等の液漏れを生じないので好ましい。

図１は、本願発明のアクチュエータの外観についての斜視図である。アクチュエータ１は、円柱状のアクチュエータであり、ウレタンゴム等の可撓性材料により形成された筐体で最外層が形成されている。アクチュエータ１の底部２２において、アクチュエータ内部にある作動部３に電位を与えるためのリード８と対極に電位を与えるためのリード７、７’とが設置されている。電源９が電力を供給して、作動部及び対極に電圧が印加されることにより、作動部が電解伸縮する。この電解伸縮により、アクチュエータ１の先端部が長さ方向の伸縮に伴う変位を生じる。アクチュエータ１は、伸張する場合には、押圧する力であるＦを発生することができる。

図２は、図１のアクチュエータ１についてのＡ−Ａ断面図である。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、動作部が筐体２に取り付けられている。筐体２の先端部２１の内面において作動部３の他の端部とが接合されることで、筐体２に作動部３が固定されている。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５１、５２が、底部２２に設けられた対極嵌合用凹部２４、２５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５１、５２と作動部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、７’を介して対極５１、５２に接続され、作動部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５１、５２と作動部３との間に電圧を印加することができ、作動部３が電解伸縮することができる。アクチュエータ１が伸縮することにより、先端部２１において力Ｆを発生することが可能であり、人工筋肉として好適に用いることができる。

アクチュエータ１の先端部２１は、内側面において、動作部３の先端と接合されていてもよく、接合されていなくても良い。先端部２１と動作部３の先端部とを接合しない場合においては、アクチュエータは、可撓性材料により成形された筐体２を、収縮応力によりアクチュエータ内部へ収縮する力が働く状態とすることで、作動部３が電解伸縮することにより、作動部３の電解伸縮に追随して先端部２１が伸縮することができる。

前記作動部は、上述の導電性高分子を含み、電圧印加により電解伸縮をすれば特に限定されるものではない。前記作動部は、特に、電圧印加した際に伸縮率１６％以上の伸縮性を示すことが好ましい。前記作動部が電圧印加した際に１６％以上の伸縮をすることにより１６％以上の伸縮をするアクチュエータを得ることができ、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。

筐体２を形成する可撓性材料は、特に限定されるものではない。前記可撓性材料は、アクチュエータの伸び率に応じて適宜選択することができ、伸び率１６％以上の合成樹脂を用いることが好ましく、伸び率２０％以上の合成樹脂を用いることがより好ましい。前記可撓性材料としては、例えば、シリコン系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系ゴム、ウレタン系ゴム等を用いることができる。また、前記可撓性材料は、電解質をアクチュエータ外部に漏洩することを防止する機能をも有することから、耐溶剤性を有することが好ましく、シリコン系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系ゴム又はウレタン系ゴムを好適に用いることができる。なお、アクチュエータ１は、作動部分が筐体２により密閉されている構造を備えているので、棒状体のような力を伝える手段が筐体を貫通している構造に比べて、長期の使用による電解質の漏洩が無いので、人工筋肉等の機械部品として用いることに優れている。

本願発明のアクチュエータは、その形状が特に限定されるものではない。前記アクチュエータは、図１においては円筒状に形成されているが、その用途に最適な形状とすることができる。前記アクチュエータの形状としては、円筒状以外にも、角柱状や六角柱状等の多角柱状、円錐状、板状、直方体状など使用状況に対応する形状に形成することができる。また、本願発明のアクチュエータの内部に設置される作動部は、円柱状に限定されるものではなく、角柱状や六角柱状等の多角柱状、円錐状、直方体状など、アクチュエータの外形に応じて適切な形状とすることができる。前記作動部は、電解重合により作用電極上に得られた導電性高分子膜をそのまま用いても良く、積層等の成形を施して、所望の形状にしても良い。さらに、対極についても、柱状に限定されるものではなく、板状等の形状にすることができる。

本願発明のアクチュエータに含まれる電解質は、液状であってもよく、固体電解質でもよい。前記電解質が液状である場合には、溶媒が水であっても、有機溶媒であっても良いが、揮発する速度が比較的遅いために取り扱いが容易であり、大きな伸縮を得ることができるために、水溶媒であることが好ましい。前記電解液が固体電解質である場合には、高分子電解質であっても、完全に固体である固体電解質であってもよいが、電解質中のイオン伝導度が大きいためにゲル高分子電解質が好ましい。前記ゲル高分子電解質に用いるゲルは、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、寒天を用いることが、水溶液電解質と複合させて容易にゲル高分子電解質を調整できるので好ましい。前記電解質は、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオン及び炭素数３以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも１以上選ばれた化合物を含む電解質とすることが、アクチュエータが１酸化還元サイクル当たりのさらに大きな伸縮を生じることが可能となるので、好ましい。

また、前記アクチュエータにおいて、作動部と電解質として、導電性高分子含有層と固体電解質との積層体を用いることもできる。前記積層体は、導電性高分子含有層に、上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を含む層を用いることにより、層中の導電性高分子が大きく伸縮して、より大きな伸縮の用途に用いることができる。なお、対極は、前記固体電解質を介し、対極と導電性高分子含有層との間で電圧を印加できるように設置されていれば良く、特に設置する場所が限定されるものではない。

前記アクチュエータは、内部の作動部に上述の導電性高分子を含むことにより大きな伸縮率を得ることができるので、変位が小さくても用いることができるスイッチやセンサー等の用途以外に変位が大きい用途である人工筋肉としても好適に用いることがでる。つまり、本発明のアクチュエータは、変位が小さい用途にしか用いることができなかった、導電性高分子を含むアクチュエータを人工筋肉等の変位が大きな用途へと用途拡大を図ることができる。前記アクチュエータは、リニアアクチュエータとして用いることが可能であり、例えば図１のアクチュエータ１の先端部２１に駆動用の接続具を介して、金属線等の力伝達用の部材を取り付けることで、駆動装置として用いることが可能であり、また、先端部２１を制御対象物に押圧するようにすることで押圧装置として用いることができる。本発明のアクチュエータは、電気により導電性高分子が駆動するアクチュエータであるので、駆動時に無音若しくは低音であるために、室内用途装置における駆動部または押圧部として好適である。また、前記アクチュエータは、金属部品が少ないために従来のリニアアクチュエータに比べて軽量であるので、位置決め装置、姿勢制御装置、昇降装置、搬送装置、移動装置、調節装置、調整装置、誘導装置並びに関節装置の駆動部として用いること好適に用いることができる。

（用途）
本発明の本発明の導電性高分子成型品、積層体及びアクチュエータは、人工筋肉、ロボットアーム、パワードスーツ、義手及び義足に好適に使用することができる。また、本発明の導電性高分子成型品、積層体及びアクチュエータを、マイクロサージェリー技術におけるピンセット、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、検査や補修等を行う各種センサー若しくは補修用工具など、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、金魚などの水中モービル、または動く釣り餌や推進ヒレなどのホビー用品などの水中で用いられる物品に好適に使用することができる。

つまり、本願発明の導電性高分子成型品、積層体及びアクチュエータを上記の人工筋肉、ロボットアームや義手に用いた場合には、上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を基体樹脂として含む導電性高分子成型品又は導電性高分子層を、駆動部に用いた人工筋肉、ロボットアーム及び義手とすることができる。

本願発明の導電性高分子成型品、積層体及びアクチュエータを上記の医療器具に用いた場合には、上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を基体樹脂として含む導電性高分子成型品又は導電性高分子層を、駆動部に用いたピンセット、ハサミ、鉗子、スネア、レーザメス、スパチュラ、クリップを含む医療器具とすることができる。

また、本願発明の導電性高分子成型品及び積層体を上記のセンサーや補修用工具に用いた場合には、上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を基体樹脂として含む導電性高分子成型品又は導電性高分子層を、駆動部に用いた検査や補修を含むセンサー及び補修用工具とすることができる。

本願発明の導電性高分子成型品及び積層体を上記の工業用機器に用いた場合には、上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を基体樹脂として含む導電性高分子成型品又は導電性高分子層を、駆動部に用いた健康器具、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、ソフト運搬装置を含む工業用機器とすることができる。

また、本願発明の導電性高分子成型品及び積層体を上記の水中で用いられる物品に用いた場合には、上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を基体樹脂として含む導電性高分子成型品又は導電性高分子層を、駆動部に用いた水中モービル、または動く釣り餌や推進ヒレを含むホビー用品を含む水中で用いられる物品とすることができる。

本発明の導電性高分子成型品及び積層体は、上述のように、変位を生じることができるのでアクチュエータとして用いることができる。本発明の導電性高分子成型品において、例えば、樹脂等による被覆がされていないものについては、電解液中で直線的な変位をすることができるアクチュエータとして用いることができる。また、上述のように作動部、対極、及び電解質を含むアクチュエータであって、作動部が本発明の製造方法により得られた導電性高分子を含むアクチュエータとすることもできる。

本願発明の導電性高分子成型品及び積層体は、上述のように、変位を生じることができるのでアクチュエータとして用いることができる。本願発明の導電性高分子成型品において、例えば、樹脂等による被覆がされていないものについては、電解液中で直線的な変位をすることができるアクチュエータとして用いることができる。本願発明の積層体において、例えば、導電性高分子層を中間層とした際の上層下層のうち一方または両方の層が、導電性高分子層の電解伸縮時の伸縮率と同等若しくはそれ以上の伸縮性を有する固体電解質層である場合には、直線的な変位をするアクチュエータとして用いることができる。また、本願発明の積層体において、例えば、導電性高分子層を中間層とした際の上層下層のうち一方の層が、導電性高分子層の電解伸縮時の伸縮率よりも小さい伸縮性を有する固体電解質層若しくは樹脂層である場合には、導電性高分子層に比べて固体電解質層または樹脂層が伸び縮みしないので、屈曲の変位をするアクチュエータとして用いることができる。直線的な変位若しくは屈曲の変位を生じるアクチュエータは、直線的な駆動力を発生する駆動部、また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として用いることができる。さらに、前記アクチュエータは、直線的な動作をする押圧部として用いることもできる。

即ち、前記アクチュエータは、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、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。また、前記アクチュエータは、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。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。

前記アクチュエータは、例えば、ＣＡＤ用プリンター等のインクジェットプリンターにおけるインクジェット部分の駆動部、プリンターの前記光ビームの光軸方向を変位させる駆動部、外部記憶装置等のディスクドライブ装置のヘッド駆動部、並びに、プリンタ、複写機及びファックスを含む画像形成装置の給紙装置における紙の押圧接触力調整手段の駆動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、電波天文用の周波数共用アンテナ等の高周波数給電部を第２焦点へ移動させるなどの測定部や給電部の移動設置させる駆動機構の駆動部、並びに、車両搭載圧空作動伸縮マスト（テレスコーピングマスト）等のマストやアンテナにおけるリフト機構の駆動部に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、椅子状のマッサージ機のマッサージ部の駆動部、介護用又は医療用ベットの駆動部、電動リクライニング椅子の姿勢制御装置の駆動部、マッサージ機や安楽椅子等に用いられるリクライニングチェアのバックレスト・オットマンの起倒動自在にする伸縮ロッドの駆動部、椅子や介護用ベッド等における背もたれやレッグレスト等の人を乗せる家具における可倒式の椅子の背もたれやレッグレスト或いは介護用ベッドの寝台の旋回駆動等に用いられる駆動部、並びに、起立椅子の姿勢制御のため駆動部に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、検査装置の駆動部、体外血液治療装置等に用いられている血圧等の圧力測定装置の駆動部、カテーテル、内視鏡装置や鉗子等の駆動部、超音波を用いた白内障手術装置の駆動部、顎運動装置等の運動装置の駆動部、病弱者用ホイストのシャシの部材を相対的に伸縮させる手段の駆動部、並びに、介護用ベッドの昇降、移動や姿勢制御等のための駆動部に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、エンジン等の振動発生部からフレーム等の振動受部へ伝達される振動を減衰させる防振装置の駆動部、内燃機関の吸排気弁のための動弁装置の駆動部、エンジンの燃料制御装置の駆動部、並びにディーゼルエンジン等のエンジンの燃料供給装置の駆動部に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、手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部、家庭用ビデオカメラレンズ等のレンズ駆動機構の駆動部、スチルカメラやビデオカメラ等の光学機器の移動レンズ群を駆動する機構の駆動部、カメラのオートフォーカス部の駆動部、カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置に用いられるレンズ鏡筒の駆動部、光学望遠鏡の光を取り込むオートガイダの駆動部、立体視カメラや双眼鏡等の２光学系を有する光学装置のレンズ駆動機構または鏡筒の駆動部、光通信、光情報処理や光計測等に用いられるファイバ型波長可変フィルタの波長変換のファイバに圧縮力を与える駆動部若しくは押圧部、光軸合せ装置の駆動部、並びに、カメラのシャッタ機構の駆動部に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、ホース金具をホース本体にカシメ固定する等の固定具の押圧部に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、自動車のサスペンションの巻ばね等の駆動部、車両のフューエルフィラーリッドを解錠するフューエルフィラーリッドオープナーの駆動部、ブルドーザーブレードの伸張及び引っ込みの駆動の駆動部、自動車用変速機の変速比を自動的に切り替える為やクラッチを自動的に断接させる為の駆動装置の駆動部に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、座板昇降装置付車椅子の昇降装置の駆動部、段差解消用昇降機の駆動部、昇降移載装置の駆動部、医療用ベッド、電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、介護用ベッド、昇降テーブル、ＣＴスキャナ、トラックのキャビンチルト装置、リフター等や各種昇降機械装置の昇降用の駆動部、並びに重量物搬送用特殊車両の積み卸し装置の駆動部に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、食品加工装置の食材吐出用ノズル装置等の吐出量調整機構の駆動部に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、清掃装置の台車や清掃部等の昇降等の駆動部に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、面の形状を測定する３次元測定装置の測定部の駆動部、ステージ装置の駆動部、タイヤの動作特性を検知システム等のセンサー部分の駆動部、力センサーの衝撃応答の評価装置の初速を与える装置の駆動部、孔内透水試験装置を含む装置のピストンシリンダのピストン駆動装置の駆動部、集光追尾式発電装置における仰角方向へ動かすための駆動部、気体の濃度測定装置を含む測定装置のサファイアレーザー発振波長切替機構のチューニングミラーの振動装置の駆動部、プリント基板の検査装置や液晶、ＰＤＰなどのフラットパネルディスプレイの検査装置においてアライメントを必要とする場合にＸＹθテーブルの駆動部、電子ビーム（Ｅビーム）システム又はフォーカストイオンビーム（ＦＩＢ）システムなどの荷電粒子ビームシステム等において用いる調節可能なアパーチャー装置の駆動部、平面度測定器における測定対象の支持装置若しくは検出部の駆動部、並びに、微細デバイスの組立をはじめ、半導体露光装置や半導体検査装置、３次元形状測定装置などの精密位置決め装置の駆動部に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、電気かみそりの駆動部、並びに、電動歯ブラシの駆動部に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、三次元物体の撮像デバイス或いはＣＤ、ＤＶＤ共用の読み出し光学系の焦点深度調整用デバイスの駆動部、複数のアクチュエータによって駆動対象面を能動曲面としてその形状を変形させることによって所望の曲面を近似的に形成して焦点位置を容易に可変できる可変ミラーの駆動部、光ピックアップ等の磁気ヘッドの少なくとも一方を有する移動ユニットを直線移動させることが可能なディスク装置の駆動部、リニアテープストレージシステム等の磁気テープヘッドアクチュエータアセンブリのヘッド送り機構の駆動部、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどに適用される画像形成装置の駆動部、磁気ヘッド部材等の搭載部材の駆動部、集束レンズ群を光軸方向に駆動制御する光ディスク原盤露光装置の駆動部、光ヘッドを駆動するヘッド駆動手段の駆動部、記録媒体に対する情報の記録又は記録媒体に記録された情報の再生を行う情報記録再生装置の駆動部、並びに、回路しゃ断器（配電用回路しゃ断器）の開閉操作の駆動部に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、ゴム組成物のプレス成形加硫装置の駆動部、移送される部品について単列・単層化や所定の姿勢への整列をさせる部品整列装置の駆動部、圧縮成形装置の駆動部、溶着装置の保持機構の駆動部、製袋充填包装機の駆動部、マシニングセンタ等の工作機械や射出成形機やプレス機等の成形機械等の駆動部、印刷装置、塗装装置やラッカ吹き付け装置等の流体塗布装置の駆動部、カムシャフト等を製造する製造装置の駆動部、覆工材の吊上げ装置の駆動部、無杼織機における房耳規制体等の駆動装置、タフティング機の針駆動システム、ルーパー駆動システム、およびナイフ駆動システム等の駆動部、カム研削盤や超精密加工部品等の部品の研磨を行う研磨装置の駆動部、織機における綜絖枠の制動装置の駆動部、織機における緯糸挿通のための経糸の開口部を形成する開口装置の駆動部、半導体基板等の保護シート剥離装置の駆動部、通糸装置の駆動部、ＣＲＴ用電子銃の組立装置の駆動部、衣料用縁飾り、テーブルクロスやシートカバー等に用途をもつトーションレースを製造するためのトーションレース機におけるシフターフォーク駆動選択リニア制御装置の駆動部、アニールウィンドウ駆動装置の水平移動機構の駆動部、ガラス溶融窯フォアハースの支持アームの駆動部、カラー受像管の蛍光面形成方法等の露光装置のラックを進退動させる駆動部、ボールボンディング装置のトーチアームの駆動部、ボンディングヘッドのXY方向への駆動部、チップ部品のマウントやプローブを使った測定などにおける部品の実装工程や測定検査工程の駆動部、基板洗浄装置の洗浄具支持体の昇降駆動部、ガラス基板を走査される検出ヘッドを進退させる駆動部、パターンを基板上に転写する露光装置の位置決め装置の駆動部、精密加工などの分野においけるサブミクロンのオーダで微小位置決め装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングツールの計測装置の位置決め装置の駆動部、導体回路素子や液晶表示素子等の回路デバイスをリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光装置及び走査露光装置に好適なステージ装置の位置決めのための駆動部、ワーク等の搬送あるいは位置決め等の手段の駆動部、レチクルステージやウエハステージ等の位置決めや搬送のための駆動部、チャンバ内の精密位置決めステージ装置の駆動部、ケミカルメカニカルポリシングシステムでのワークピースまたは半導体ウェーハの位置決め装置の駆動部、半導体のステッパー装置の駆動部、加工機械の導入ステーション内に正確に位置決めする装置の駆動部、ＮＣ機械やマシニングセンター等の工作機械等またはＩＣ業界のステッパーに代表される各種機器用のパッシブ除振及びアクティブ除振の除振装置の駆動部、半導体素子や液晶表示素子製造のリソグラフィ工程に使用される露光装置等において光ビーム走査装置の基準格子板を前記光ビームの光軸方向に変位させる駆動部、並びに、コンベヤの横断方向に物品処理ユニット内へ移送する移送装置の駆動部に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、電子顕微鏡等の走査プローブ顕微鏡のプローブの位置決め装置の駆動部、並びに、電子顕微鏡用試料微動装置の位置決め等の駆動部に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、自動溶接ロボット、産業用ロボットや介護用ロボットを含むロボットまたはマニピュレータにおけるロボットアームの手首等に代表される関節機構の駆動部、直接駆動型以外の関節の駆動部、ロボットの指のそのもの、ロボット等のハンドとして使用されるスライド開閉式チャック装置の運動変換機構の駆動部、細胞微小操作や微小部品の組立作業等において微小な対象物を任意の状態に操作するためのマイクロマニピュレータの駆動部、開閉可能な複数のフィンガーを有する電動義手等の義肢の駆動部、ハンドリング用ロボットの駆動部、補装具の駆動部、並びにパワースーツの駆動部に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、サイドトリマの上回転刃又は下回転刃等を押圧する装置の押圧部に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、パチンコ等の遊戯装置における役物等の駆動部、人形やペットロボット等のアミューズメント機器の駆動部、並びに、乗車用シミュレーション装置のシミュレーション装置の駆動部に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、上記機器等を含む機械全般に用いられる弁の駆動部に用いることができ、例えば、蒸発ヘリウムガスの再液化装置の弁の駆動部、ベローズ式の感圧制御弁の駆動部、綜絖枠を駆動する開口装置の駆動部、真空ゲート弁の駆動部、液圧システム用のソレノイド動作型制御バルブの駆動部、ピボットレバーを用いる運動伝達装置を組み込んだバルブの駆動部、ロケットの可動ノズルのバルブの駆動部、サックバックバルブの駆動部、並びに、調圧弁部の駆動部に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、上記機器等を含む機械全般に用いられるブレーキの押圧部として用いることができ、例えば、非常用、保安用、停留用等のブレーキやエレベータのブレーキに用いて好適な制動装置の押圧部、並びに、ブレーキ構造もしくはブレーキシステムの押圧部に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、上記機器等を含む機械全般に用いられるロック装置の押圧部として用いることができ、例えば、機械的ロック装置の押圧部、車両用ステアリングロック装置の押圧部、並びに、負荷制限機構及び結合解除機構を合わせ持つ動力伝達装置の押圧部に好適に用いることができる。

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

（実施例１）
導電性高分子のモノマーであるポリピロール及び表１に記載された塩を表１に記載の溶媒に公知の撹拌方法により溶解し、モノマー濃度を０．２５ｍｏｌ／ｌであり、かつ表１のドーパント塩が濃度０．２ｍｏｌ％である電解液を調製した。この電解液に作用電極として表１に記載の金属種である市販の電極を用い、対向電極として市販のPt電極を用いて、重合電流密度が表１に記載の値である定電流法により電解重合を行った。この電解重合により、表１に記載の導電率及び膜厚を有する実施例１の膜状の導電性高分子成型品を得た。

（実施例２〜８及び実施例１３〜１７）
表１または表３に記載の塩、溶媒、電極及び電流密度で電解重合を行った以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜６の膜状の導電性高分子成型品を得た。ただし、実施例６については、ビス（トリフルオロメタン）スルホニルイミドリチウム塩を０．１３ｍｏｌ％とし、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塩を０．０７ｍｏｌ％として、合計塩濃度を０．２ｍｏｌ％とした。なお、ＴＢＡは、テトラブチルアンモニウムを示す。

（実施例９〜１２）
表２に記載の塩、溶媒、電極及び電流密度で電解重合を行った以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜６の膜状の導電性高分子を得た。なお、ＰＣは、プロピレンカーボネートを示す。

（比較例）
表１に記載の塩、溶媒、電極及び電流密度で電解重合を行った以外は、実施例１と同様にして、比較例１の膜状の導電性高分子成型品を得た。

（評価）
実施例１〜８及び実施例１３〜１７並びに比較例１で得られた膜状の導電性高分子成形品のそれぞれを、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉを１ｍｏｌ／ｌとなるように水に溶解した動作電解液中に保持して下記の方法により、実施例１〜８の膜状の導電性高分子については１酸化還元サイクル当たりの伸縮率及び１０秒後の変位率、実施例１３〜１７の膜状導電性高分子成形品については１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を測定した。結果を表１及び表３に示す。

また、実施例９〜１２で得られた膜状導電性高分子のそれぞれを、表２に記載のドーパントアニオンとリチウムとの塩を、表２の濃度となるように、表２の溶媒に溶解した動作電解液中に保持して下記の方法により１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を測定した。結果を表２に示す。

〔伸縮率〕
実施例１〜８、実施例１３及び実施例１４並びに比較例１で得られた膜状の導電性高分子成型品を長さ１５ｍｍ、幅２ｍｍの動作電極とし、白金プレートを対向電極とし、それぞれ電極の端部に、動作電極を前記電解液中に保持し、リードを介して電源と接続して、２ｍＶ／ｓ及び／又は０．２ｍＶ／ｓで電位（−０．９〜＋０．７Ｖ ｖ．ｓ. Ａｇ／Ａｇ^＋）を１サイクル印加して変位量（変位した長さ）を測定した。動作電極が１サイクルの印加（１酸化還元サイクル）で伸長と収縮とをすることにより得られた変位の差を、動作電極の元の長さで割ることにより、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を求めた。ただし、実施例９〜１２及び実施例１５〜１７で得られた膜状の導電性高分子成型品については、２ｍＶ／ｓで電位（−０．６〜＋１．５Ｖ ｖ．ｓ. Ａｇ／Ａｇ^＋）を１サイクル印加して変位量（変位した長さ）を測定した。

〔１０秒後の変位率〕
実施例１、３、４及び６並びに比較例１で得られた膜状の導電性高分子成型品を長さ１５ｍｍ、幅２ｍｍの動作電極とし、白金プレートを対向電極とし、それぞれ電極の端部に、動作電極を前記電解液中に保持し、リードを介して電源と接続して、−０．９Ｖ ｖ．ｓ. Ａｇ／Ａｇ^＋を印加して、印加開始から１０秒後の変位量（変位した長さ）を測定した。印加開始から１０秒後の変位量を、電位を印加する前の動作電極の長さで割ることにより、１０秒後の伸縮率を求めた。

（結果）
本発明の導電性高分子の製造方法により得られた導電高分子成型品である実施例１〜８の導電性高分子成型品は、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が１６％以上であり、しかも実施例１、３、４及び６の導電性高分子成型品は１０秒後の変位率も５％以上であるために、優れた伸縮率及び１０秒後の変位率を示した。特に、実施例１、２及び５においては、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が２０％以上であり、従来の導電性高分子を用いた導電性高分子成型品よりも優れた伸縮率を示した。

また、実施例１３〜１７の導電性高分子成型品は、テトラブチルアンモニウムイオンとスルホニルイミドイオンとの塩を用いて電解重合を行ったが、実施例１〜８と同様にスルホニルイミドイオンがドープされた導電性高分子が得られ、１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が２０％以上、実施例１３〜１６については２５％以上の高い伸縮率をすることができる。

本発明の導電性高分子の製造方法により得られた実施例１〜１７の導電性高分子膜は、最初の酸化還元サイクルである１酸化還元サイクル当たりの伸縮率が２０％以上ではあるが、特に、該導電性高分子膜の良溶媒であるプロピレンカーボネートを溶媒として用いた場合には、実施例１０〜１２の場合のように、伸縮率が３０％を超える優れた伸縮をすることができる。

本発明の導電性高分子の製造方法を用いることにより得られた導電性高分子成型品は、従来の伸縮性を有する導電性高分子成型品に比べて、優れた１酸化還元サイクル当たりの伸縮率を電解伸縮時に発現し、変位の命令に対応して従来よりも大きな動作をするので実用性に優れ、人工筋肉、ロボットアーム、義手やアクチュエータ等の用途として有用である。本発明の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子成型品は、電解伸縮の作動環境にパーフルオロスルホイミド塩を含む電解液中で電解伸縮させることにより、さらに大きな伸縮率を発現することができるので、さらに大きな伸縮を必要とする用途として有用である。

本願発明のアクチュエータの一実施態様例の外観についての斜視図。 図１のアクチュエータについてのＡ−Ａ断面図。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ 筐体
３ 作動部
４ 接続板
５１、５２ 対極
６ 電解質
７ リード
８ リード
９ 電源
２１ 先端部
２２ 底部
２３ 凹部
２４、２５ 対極嵌合用凹部

Claims (4)

1. 導電性高分子を含有する導電性高分子成型品及び動作電解質を含むアクチュエータ素子であって、
   前記導電性高分子が、電解重合法により得られたものであり、
   前記導電性高分子が、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がドープされた導電性高分子であり、
   前記導電性高分子の導電率が、２０．９７Ｓ／ｃｍ以上であり、
   前記動作電解質が、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み、
   １酸化還元サイクルの伸縮率が、１６％以上であることを特徴とするアクチュエータ素子。
   （Ｃ_ｎＦ_{（２ｎ＋１）}ＳＯ_２）（Ｃ_ｍＦ_{（２ｍ＋１）}ＳＯ_２）Ｎ⁻ （１）
   （ここで、ｎ及びｍは８以下の整数。）
2. 前記導電性高分子が、複素五員環式化合物及びその誘導体からなる群より選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ素子。
3. 前記導電性高分子が、分子鎖にピロール及び／またはピロール誘導体を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ素子。
4. 前記導電性高分子を含む作動部及び対極を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ素子。

Images