JPH0797912B2 - Mechanochemical actuator - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スイッチ素子やロボットの触指等に適用する
ことができる、電気的刺激により屈曲するメカノケミカ
ルアクチュエータに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mechanochemical actuator that can be applied to a switch element, a finger of a robot, or the like and that bends by an electrical stimulus.

〔従来技術〕[Prior art]

ロボット工学や医療技術の進歩に伴い、軽量で柔軟性に
富む小型のアクチュエータに対するニーズが急速に高ま
っている。従来、アクチュエータは、モータに見られる
ように電磁気力を基本としたものが長い間使われてき
た。この種のアクチュエータは制御が工学的に容易であ
るという長所がある反面、構造が複雑であるうえにシス
テムが大掛かりになり出力重量比が小さいという欠点が
存在する。また柔軟性という点でかなり劣っている。そ
こで、上記ニーズに対して一方では新しい原理によるア
クチュエータが検討され、高分子ゲルに代表されるメカ
ノケミカル物質を用いたものが注目を浴びてきている。With the advancement of robotics and medical technology, the need for small actuators that are lightweight and highly flexible is rapidly increasing. Conventionally, actuators based on electromagnetic force have been used for a long time as seen in motors. While this type of actuator has the advantage of being easy to control in engineering, it has the drawbacks of a complicated structure, a large system, and a small output weight ratio. It is also very inferior in terms of flexibility. Therefore, in response to the above needs, actuators based on a new principle have been studied, and those using mechanochemical substances typified by polymer gels have attracted attention.

ここで、メカノケミカル物質とは、溶媒の組成変化や光
などの刺激により自らが機械的変形を行う有機物質のこ
とであり、これを利用したアクチュエータは小型、軽量
であり、かつ柔軟性に富むと同時に自らが変形するので
出力重量比が大きくなることが期待される。これまでに
光照射や溶媒交換によりメカノケミカル物質が伸縮する
ことを利用したアクチュエータが提案されている（特開
昭60−184975号）。Here, the mechanochemical substance is an organic substance that mechanically deforms itself due to a change in the composition of a solvent or a stimulus such as light. An actuator using this is small in size, light in weight, and highly flexible. At the same time, it is expected that the output weight ratio will increase because it will deform itself. Up to now, an actuator utilizing the expansion and contraction of a mechanochemical substance by light irradiation or solvent exchange has been proposed (JP-A-60-184975).

これらのアクチュエータでは、刺激種とメカノケミカル
物質とを物理的に接触しやすいようにして応答性の向上
を図っているが、構造が複雑になり、刺激種を工学的に
制御するのに困難さを伴う。These actuators attempt to improve the responsiveness by making it easier to physically contact the stimulating species with the mechanochemical substance, but the structure becomes complicated and it is difficult to control the stimulating species in an engineering manner. Accompanied by.

また、制御が容易な電気を刺激種に選んでメカノケミカ
ル物質を伸縮させるシステムも提案されている（特開昭
62−151824号、特開昭61−4731号）。特開昭62−151824
号記載の電気的刺激によりメカノケミカル物質が伸縮す
るシステムでは、外殻の内部空間全体にメカノケミカル
物質が充填されるために、電圧の印加により正極付近の
メカノケミカル物質が収縮した際にメカノケミカル物質
の内部に残留応力が発生してメカノケミカル物質を破壊
せしめる。また、特開昭61−4731号記載のシステムで
は、メカノケミカル物質を溶液中に浸漬し、溶液中の電
極に電圧を印加して、該メカノケミカル物質を電気の作
用により大きく屈曲させようとするものであり、これを
用いてアクチュエータへの応用が考えられている。しか
し、溶液中でしか使用することができず、応用の範囲が
限定されてしまう。A system has also been proposed in which electricity, which is easy to control, is selected as a stimulating species to expand and contract a mechanochemical substance (Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho.
62-151824, JP-A-61-4731). JP 62-151824
In the system in which the mechanochemical substance expands and contracts due to the electrical stimulus described in No. 3, the mechanochemical substance fills the entire inner space of the outer shell. Residual stress is generated inside the substance and destroys the mechanochemical substance. Further, in the system described in JP-A-61-4731, a mechanochemical substance is immersed in a solution, a voltage is applied to electrodes in the solution, and the mechanochemical substance tries to be largely bent by the action of electricity. However, the application of this to actuators is considered. However, it can only be used in solution, limiting the range of applications.

〔第１発明の説明〕 本第１発明（特許請求の範囲第（１）項に記載の発明）
は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、
作動時にメカノケミカル物質の特性を損なわず、大気中
においても使用可能なメカノケミカルアクチュエータを
提供しようとするものである。[Explanation of First Invention] The first invention (the invention according to claim (1))
Is made in view of the problems of the above conventional technology,
An object of the present invention is to provide a mechanochemical actuator that can be used in the atmosphere without impairing the characteristics of the mechanochemical substance during operation.

本第１発明のメカノケミカルアクチュエータは、弾性材
料よりなり、内部に空間のある外殻と、該外殻内に形成
された空間内に挿入された電解質溶液と、前記空間内に
配置され、表面を非イオン性高分子ゲルにより被覆され
てなる正電極及び負電極と、該正電極と負電極とに接続
されてなり、該正電極と負電極との間への直流電圧印加
の制御を行う電源手段と、該正電極と負電極との間であ
って、上記直流電圧印加の制御に伴うその変形により生
ずる変形力が上記外殻に作用する位置に配置されてなる
イオン性高分子ゲルとよりなることを特徴とするもので
ある。The mechanochemical actuator of the first invention is made of an elastic material and has an outer shell having a space inside, an electrolyte solution inserted into the space formed in the outer shell, and a surface disposed in the space. A positive electrode and a negative electrode coated with a nonionic polymer gel, and a positive electrode and a negative electrode connected to the positive electrode and the negative electrode, and controlling a direct current voltage application between the positive electrode and the negative electrode. An ionic polymer gel disposed between the positive electrode and the negative electrode, at a position between the positive electrode and the negative electrode, where a deforming force generated by the deformation due to the control of the application of the DC voltage acts on the outer shell. It is characterized in that

本第１発明のメカノケミカルアクチュエータは、上記正
電極及び負電極の間への直流電圧の印加を制御すること
によりメカノケミカル物質であるイオン性高分子ゲルが
その正電極側の面において負電極側の面よりもより多く
の電解質溶液を吸収してより膨潤することにより屈曲変
形する。この変形に伴う作用力を外殻に作用させること
により結果としてアクチュエータ全体が屈曲する。ま
た、電圧を除くか、あるいは電極の正・負を逆にするこ
とによりイオン性高分子ゲルが電解質溶液を排出するた
めに元の状態に復元し、それに伴ってアクチュエータ全
体は元の状態に復元する。更に、上記電極の正・負を逆
にした状態を続けるとアクチュエータ全体が反転するこ
ともできる。本第１発明のアクチュエータは、外殻内に
配置されてなる電解質溶液の高分子ゲル内への吸収・排
出の繰り返しにより、高分子ゲルを屈曲・復元運動させ
るものであるため、ゲルにおける残留応力の発生を抑制
し、イオン性高分子ゲルが破壊することはなく、その特
性が損なわれることはない。また、本第１発明のアクチ
ュエータは、電解質溶液、電極及びイオン性高分子ゲル
を外殻内に収容挿置するものであるため、従来のように
溶液中でしか作動しないという問題はなく、大気中にお
いても使用することができる。従って、広範囲な用途に
利用することができる。更に、本第１発明のアクチュエ
ータは、正電極と負電極とが外殻の空間で一体化され、
両者の間隔を短くすれば、微小な電圧（数Ｖ程度）によ
っても作動し、屈曲の速度及び発生する歪みの量等を容
易に制御することができる。In the mechanochemical actuator of the first aspect of the present invention, the ionic polymer gel, which is a mechanochemical substance, is controlled on the positive electrode side by controlling the application of a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode. Bending deformation by absorbing a larger amount of electrolyte solution and swelling more than the surface. By applying the action force associated with this deformation to the outer shell, the entire actuator is bent as a result. Also, by removing the voltage or reversing the positive / negative of the electrode, the ionic polymer gel returns to its original state to discharge the electrolyte solution, and the actuator as a whole is restored to its original state accordingly. To do. Further, if the positive and negative electrodes are reversed, the entire actuator can be reversed. Since the actuator of the first aspect of the present invention bends and restores the polymer gel by repeating absorption and discharge of the electrolyte solution arranged in the outer shell into and out of the polymer gel, the residual stress in the gel is reduced. Is suppressed, the ionic polymer gel is not destroyed, and its characteristics are not impaired. Further, since the actuator of the first aspect of the present invention accommodates and inserts the electrolyte solution, the electrode, and the ionic polymer gel in the outer shell, there is no problem that the actuator operates only in the solution as in the conventional case, and the atmosphere It can also be used inside. Therefore, it can be used in a wide range of applications. Further, in the actuator of the first aspect of the present invention, the positive electrode and the negative electrode are integrated in the space of the outer shell,
If the distance between the two is shortened, it operates even with a minute voltage (about several V), and it is possible to easily control the speed of bending and the amount of strain generated.

このような特性を有する本第１発明のアクチュエータ
は、スイッチ素子、開閉弁、ロボット触指等に応用する
ことができる。The actuator according to the first aspect of the present invention having such characteristics can be applied to a switch element, an opening / closing valve, a robot finger, and the like.

〔第２発明の説明〕 以下、本第１発明をより具体的にした発明（本第２発明
とする）を説明する。[Explanation of Second Invention] Hereinafter, a more specific invention of the first invention (hereinafter referred to as the second invention) will be described.

本第２発明のメカノケミカルアクチュエータは、イオン
性高分子ゲルと、電解質溶液と、表面を非イオン性高分
子ゲルにより被覆されてなる正電極及び負電極とが弾性
材料よりなる外殻の内部空間に配置されてなるものであ
る。The mechanochemical actuator of the second invention is an inner space of an outer shell in which an ionic polymer gel, an electrolyte solution, and a positive electrode and a negative electrode whose surfaces are coated with a nonionic polymer gel are elastic materials. It is arranged in.

上記イオン性高分子ゲルは、電場の印加、解除により屈
曲・復元運動を行うものであり、電場に応答させるため
にイオン性のものとする。該イオン性高分子ゲルとして
は、以下のようなものを用いるのが望ましい。すなわ
ち、ポリビニルアルコールとポリアクリル酸を溶解させ
た水・ジメチルスルホキシド混合溶液を２回ないし数回
繰り返し凍結解凍し、さらにその生成物を水酸化ナトリ
ウム水溶液に浸漬することにより得られるイオン性高分
子ゲルである。この高分子ゲルは機械的強度に優れ、衝
撃等の外力では容易に破壊しない。この場合、上記混合
溶媒の有機溶媒としてはジメチルスルホキシド以外のも
のを用いることもできるが、ポリビニルアルコールと相
溶性のあるジメチルスルホキシドが最もよい。上記混合
溶媒の場合、ジメチルスルホキシドの体積分率が25〜40
％の混合溶媒を用いることが良く、体積分率20％以下、
または40％以上の場合、イオン性高分子ゲルは得られる
ものの電気的刺激により応答して生ずる屈曲の歪みは小
さい。凍結解凍の条件として前記混合溶液を60℃以上に
加熱した後−40℃以下の温度で急に凍結し、さらに１時
間当たり10℃以下の昇温速度でゆっくりと解凍するのが
好ましい。この条件以外で得られた生成物は、次の水酸
化ナトリウム水溶液に浸漬する工程で著しく膨潤して最
終のイオン性高分子ゲルの機械的強度は低下する。な
お、製造工程のうち、水酸化ナトリウム水溶液の浸漬を
省くと、高分子ゲルはほとんど屈曲しない。The ionic polymer gel performs bending / restoring motion by applying and releasing an electric field, and is ionic in order to respond to the electric field. It is desirable to use the following as the ionic polymer gel. That is, an ionic polymer gel obtained by thawing a water / dimethyl sulfoxide mixed solution in which polyvinyl alcohol and polyacrylic acid are dissolved twice or several times repeatedly, and then immersing the product in an aqueous sodium hydroxide solution. Is. This polymer gel has excellent mechanical strength and is not easily broken by external force such as impact. In this case, an organic solvent other than dimethyl sulfoxide can be used as the organic solvent of the mixed solvent, but dimethyl sulfoxide having compatibility with polyvinyl alcohol is the best. In the case of the above mixed solvent, the volume fraction of dimethyl sulfoxide is 25 to 40.
% Mixed solvent is preferably used, and the volume fraction is 20% or less,
Alternatively, when it is 40% or more, the ionic polymer gel is obtained, but the bending strain caused in response to electrical stimulation is small. As conditions for freezing and thawing, it is preferable that the mixed solution is heated to 60 ° C. or higher, then rapidly frozen at a temperature of −40 ° C. or lower, and then slowly thawed at a temperature rising rate of 10 ° C. or lower per hour. The product obtained under other conditions swells remarkably in the subsequent step of immersing in an aqueous sodium hydroxide solution, and the mechanical strength of the final ionic polymer gel decreases. In the manufacturing process, when the immersion of the sodium hydroxide aqueous solution is omitted, the polymer gel hardly bends.

本第２発明における電解質溶液は、水酸化リチウム、炭
酸ナトリウム、炭酸水素カリウム等の塩基性塩の水溶液
が良い。塩化ナトリウム、臭化カリウム等の中性塩を用
いることもできるが、メカノケミカルアクチュエータを
長時間連続して作動させるとその性能が徐々に低下す
る。The electrolyte solution in the second invention is preferably an aqueous solution of a basic salt such as lithium hydroxide, sodium carbonate or potassium hydrogen carbonate. Neutral salts such as sodium chloride and potassium bromide can be used, but their performance gradually deteriorates when the mechanochemical actuator is continuously operated for a long time.

塩酸、リン酸、塩化マグネシウム、硫酸第二鉄等の酸性
塩や２価、３価の陽イオンをもつ塩は前記イオン性高分
子ゲルのメカノケミカル特性を失わせる。Acidic salts such as hydrochloric acid, phosphoric acid, magnesium chloride, ferric sulfate, and salts having divalent and trivalent cations cause the ionic polymer gel to lose the mechanochemical properties.

正電極と負電極は、表面を非イオン性高分子ゲルで被覆
されたものとする。これは、電極の素材である金属と外
殻とが直接接触するのを防ぎ、外殻を保護するためであ
る。The surfaces of the positive electrode and the negative electrode are covered with a nonionic polymer gel. This is to prevent direct contact between the metal, which is the material of the electrode, and the outer shell, and to protect the outer shell.

該非イオン性高分子ゲルとしては特に制限はないが、例
えば４％ポリビニルアルコール水溶液を繰り返し凍結解
凍して得られる高分子ゲルが望ましい。正電極及び負電
極の素材としては、白金線、金薄膜、カーボン繊維等の
柔軟性を有するものが良い。上記非イオン性高分子ゲル
を被覆する方法としては、非イオン性高分子ゲルの薄膜
を作成した後それを接着剤を用いて電極に被覆するのが
望ましい。The nonionic polymer gel is not particularly limited, but a polymer gel obtained by repeatedly freezing and thawing a 4% polyvinyl alcohol aqueous solution is preferable. As a material for the positive electrode and the negative electrode, a material having flexibility such as a platinum wire, a gold thin film, and carbon fiber is preferable. As a method of coating the nonionic polymer gel, it is desirable to form a thin film of the nonionic polymer gel and then coat the electrode with an adhesive.

また、被覆する非イオン性高分子ゲルの厚さとしては、
0.1mm〜1mmの範囲が適当である。この正電極と負電極と
は１対でもよく更にそれ以上の数用いても良い。また、
正電極と前記イオン性高分子ゲルとが直接接触するのを
防止する手段を具備しておくのが望ましい。これは、正
電極とイオン性高分子ゲルとが接触すると、両者が反応
してイオン性高分子ゲルが有するメカノケミカル特性が
減少して電気的刺激に対して応答しにくくなるためであ
る。従って、アクチュエータが屈曲した状態から復元さ
せるために、正・負の電極を逆にする場合、以前電極で
あったものが正電極となるが、復元する状態では、イオ
ン性高分子ゲルが電解質溶液を排出しているため該電極
とイオン性高分子ゲルとの相互作用は小さく両者が接触
していても問題はない。しかし、更にアクチュエータを
反転させる場合には、両者の相互作用が大きくなるた
め、この場合には、該電極は、イオン性高分子ゲルと接
触しない位置に配置するのが良い。Further, as the thickness of the nonionic polymer gel to be coated,
A range of 0.1 mm to 1 mm is suitable. The positive electrode and the negative electrode may be used in a pair or in a number larger than that. Also,
It is desirable to provide means for preventing the positive electrode and the ionic polymer gel from coming into direct contact with each other. This is because when the positive electrode and the ionic polymer gel come into contact with each other, the two react with each other to reduce the mechanochemical properties of the ionic polymer gel and make it difficult to respond to electrical stimulation. Therefore, when the positive and negative electrodes are reversed to restore the actuator from its bent state, the former electrode becomes the positive electrode, but in the restored state, the ionic polymer gel is the electrolyte solution. Since the electrode is discharged, the interaction between the electrode and the ionic polymer gel is small, and there is no problem even if they are in contact with each other. However, when the actuator is further inverted, the interaction between the two becomes large. In this case, therefore, the electrode should be placed at a position where it does not come into contact with the ionic polymer gel.

この接触防止手段としては、正電極とイオン性高分子ゲ
ルとの間にスペーサを設置しておく等により具備でき
る。This contact preventing means can be provided by installing a spacer between the positive electrode and the ionic polymer gel.

上記イオン性高分子ゲル等を内部に配置する外殻は、内
部の物質を外力から保護する働きをするものであり、素
材を弾性材料とする。該弾性材料は、高分子が望まし
く、例えば、アクリルフィルム、ニトリル・ブタジエン
ゴム等が挙げられる。The outer shell in which the ionic polymer gel or the like is placed serves to protect the substance inside from external force, and the material is an elastic material. The elastic material is preferably a polymer, and examples thereof include acrylic film and nitrile-butadiene rubber.

外殻の内部の空間では、正電極と負電極との間にイオン
性高分子ゲルがはさまれた形の積層状で配置するのが良
い。In the space inside the outer shell, it is preferable that the ionic polymer gel is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode so as to be stacked.

また、イオン性高分子ゲルは、その屈曲・復元運動によ
り外殻を変形させて、アクチュエータ全体を屈曲・復元
させるものである。そのため、イオン性高分子ゲルの配
置は、上記正電極と負電極との間であって、かつ両電極
間への直流電圧印加の制御に伴うイオン性高分子ゲルの
変形により生ずる変形力が上記外殻に作用する位置とす
る。この例としては、第５図に示すように、正・負の電
極３、４間であって、イオン性高分子ゲル２の両端が外
殻１の空間内面に固定されている配置がある。この場
合、イオン性高分子ゲル２が変形することにより、イオ
ン性高分子ゲル２が変形することにより、イオン性高分
子ゲル２を固定している外殻の部分が変形力を受けて外
殻全体が変形する。また、第６図に示すように、イオン
性高分子ゲル２の一端が外殻１に固定されている配置が
あり、この場合には、ゲル２の他端が変形することによ
り可撓性の電極３（あるいは４）に当接する。これによ
って電極を介して外殻全体が変形される。また、第７図
に示すように、イオン性高分子ゲル２は、何ら固定され
ていないが電極３、４とゲル２との間隔がゲルの変形に
対して充分狭い配置にしてあり、この場合には、ゲル２
の端部が変形に伴い移動することにより電極３（あるい
は４）に当接し、外殻全体を変形させる。また、第８図
に示すように、イオン性高分子ゲル２の一方の側のみが
電極に固定されている配置があり、この場合、ゲル２が
例えば、「く」の字に変形すると、固定した側の電極
（図では４）の上端及び下端が変形に伴う作用を受け
て、その電極側の外殻面が変形すると共に、それに伴っ
て図の上下の外殻部分を介して作用する変形力により反
対側の外殻面も変形して、外殻全体が変形する。以上の
例では、電極は、可撓性である必要がある。なお、電極
が可撓性を有する必要のない例として、第９図に示すよ
うに、正・負両電極３、４の長さが短く、その間のイオ
ン性高分子ゲル２は長く、その一端が外殻１に固定され
ている配置がある。この場合、電極が対向する部分のゲ
ル２の変形により他端にまで変形が及び、この他端が外
殻１に当接して、外殻１全体が変形する。ゲル２は、電
極に影響されずに、外殻に変形力を与えることができる
ので、電極は可撓性でなくてもよい。また、第10図に示
すように、２組の電極が外殻空間の上部と下部にそれぞ
れ配置され、１個のイオン性高分子ゲル２が２組の電極
３、４の間であって、かつその両端が外殻１に固定され
てなる配置である。この場合、２組の電極３、４とを同
じような極性の印加をすると、ゲル２は上端と下端とが
同じ方向に変形するためＳ字に変形し、また、反対の極
性の印加をすると、ゲル２は「く」の字に変形し、それ
ぞれ外殻全体を変形させる。ゲル２は、電極３、４に影
響されずに外殻を変形させることができるため、電極
３、４は可撓性でなくてもよい。Further, the ionic polymer gel deforms the outer shell by its bending / restoring motion to bend / restore the entire actuator. Therefore, the ionic polymer gel is arranged between the positive electrode and the negative electrode, and the deformation force caused by the deformation of the ionic polymer gel due to the control of the application of the DC voltage between both electrodes is the above-mentioned. Set to a position that acts on the outer shell. As an example of this, as shown in FIG. 5, there is an arrangement in which both ends of the ionic polymer gel 2 are fixed to the inner space surface of the outer shell 1 between the positive and negative electrodes 3 and 4. In this case, when the ionic polymer gel 2 is deformed, the ionic polymer gel 2 is deformed, so that the outer shell portion fixing the ionic polymer gel 2 receives a deforming force and thus the outer shell. The whole is deformed. Further, as shown in FIG. 6, there is an arrangement in which one end of the ionic polymer gel 2 is fixed to the outer shell 1, and in this case, the other end of the gel 2 is deformed so that the gel becomes flexible. Contact the electrode 3 (or 4). As a result, the entire outer shell is deformed via the electrodes. Further, as shown in FIG. 7, the ionic polymer gel 2 is not fixed at all, but the gap between the electrodes 3 and 4 and the gel 2 is arranged sufficiently narrow against the deformation of the gel. In the gel 2
The end portion of moves along with the deformation and contacts the electrode 3 (or 4) to deform the entire outer shell. In addition, as shown in FIG. 8, there is an arrangement in which only one side of the ionic polymer gel 2 is fixed to the electrode. In this case, when the gel 2 is deformed into, for example, a “<” shape, the gel is fixed. The upper end and the lower end of the electrode (4 in the figure) on the side where the electrode is deformed are deformed, and the outer shell surface on the electrode side is deformed, and accordingly, the upper and lower outer shell parts in the figure are deformed. The outer shell surface on the opposite side is also deformed by the force, and the entire outer shell is deformed. In the above examples, the electrodes need to be flexible. As an example in which the electrodes need not have flexibility, as shown in FIG. 9, both the positive and negative electrodes 3 and 4 are short, the ionic polymer gel 2 between them is long, and one end of the ionic polymer gel 2 is long. Is fixed to the outer shell 1. In this case, the gel 2 at the portion where the electrodes face each other is deformed to the other end, and the other end abuts the outer shell 1 to deform the entire outer shell 1. Since the gel 2 can apply a deforming force to the outer shell without being affected by the electrodes, the electrodes do not have to be flexible. In addition, as shown in FIG. 10, two sets of electrodes are arranged in the upper and lower parts of the outer shell space, and one ionic polymer gel 2 is between the two sets of electrodes 3 and 4, Moreover, both ends thereof are fixed to the outer shell 1. In this case, when the same polarity is applied to the two sets of electrodes 3 and 4, the gel 2 is deformed into an S shape because the upper end and the lower end are deformed in the same direction, and when the opposite polarities are applied. , The gel 2 is deformed into a V shape, and the entire outer shell is deformed. Since the gel 2 can deform the outer shell without being affected by the electrodes 3 and 4, the electrodes 3 and 4 do not need to be flexible.

本第２発明のアクチュエータは、電場の印加・解除、あ
るいは印加電場の正・負の逆転により屈曲・復元運動を
行うものであり、印加する電圧としては直流電圧とす
る。そのため、正電極と負電極とに接続される電源手段
は直流電源とする。The actuator according to the second aspect of the present invention performs bending / restoring motion by applying / releasing an electric field or reversing the applied electric field between positive and negative, and the applied voltage is a DC voltage. Therefore, the power supply means connected to the positive electrode and the negative electrode is a DC power supply.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図は、本実施例のアクチュエータの断面図を、第２
図は、その一部切欠斜視図を示す。FIG. 1 is a sectional view of the actuator of this embodiment, and FIG.
The figure shows a partially cutaway perspective view thereof.

長方体の外殻１は、高分子弾性材料、例えば、アクリル
フィルム、ニトリル・ブタジエンゴム等よりなり、内部
に空間を有する。該空間内には、直流電圧の印加によっ
て屈曲する板状のイオン性高分子ゲル２と、上記イオン
性高分子ゲル２に電気エネルギを与えるための板状の正
電極３及び負電極４とが該イオン性高分子ゲル２をはさ
むように積層されて配置されてなる。負電極４は可撓性
で、イオン性高分子ゲル２の変形に伴って変形するよう
になっている。正電極３はプラスチックスペーサ５を介
してイオン性高分子ゲル２に接触しないように位置され
てなる。なお、負電極４は、イオン性高分子ゲル２に接
触しても問題はなく、負電極４とイオン性高分子ゲル２
の接触界面を接着剤で接合してもよい。正電極３及び負
電極４は、その表面を非イオン性高分子ゲル７により被
覆されてなる。また、残りの空間には電解質溶液６が満
たされている。The rectangular outer shell 1 is made of a polymer elastic material such as an acrylic film or nitrile-butadiene rubber and has a space inside. In the space, a plate-like ionic polymer gel 2 that bends when a DC voltage is applied, and a plate-like positive electrode 3 and a negative electrode 4 for applying electric energy to the ionic polymer gel 2 are provided. The ionic polymer gel 2 is laminated and arranged so as to sandwich it. The negative electrode 4 is flexible and deforms with the deformation of the ionic polymer gel 2. The positive electrode 3 is positioned so as not to contact the ionic polymer gel 2 via the plastic spacer 5. There is no problem if the negative electrode 4 comes into contact with the ionic polymer gel 2, and the negative electrode 4 and the ionic polymer gel 2 do not have any problem.
The contact interface of may be joined with an adhesive. The surfaces of the positive electrode 3 and the negative electrode 4 are covered with a nonionic polymer gel 7. The remaining space is filled with the electrolyte solution 6.

また、イオン性高分子ゲル２は、外殻１の空間と長さが
同じであるため外殻１に拘束されている。そのため、高
分子ゲル２が変形すると外殻１も変形する。The ionic polymer gel 2 is constrained by the outer shell 1 because it has the same length as the space of the outer shell 1. Therefore, when the polymer gel 2 is deformed, the outer shell 1 is also deformed.

上記正電極３と負電極４とは、その先端部が外殻１より
突出しており、それぞれ電源８に接続されてなる。この
電源８より前記イオン性高分子ゲル２に直流電圧が印加
制御される。電圧の印加制御によりイオン性高分子ゲル
２の内部と電解質溶液中とのイオンが正及び負電極に向
かって移動するに伴い、イオン性高分子ゲルがその正電
極側の面において負電極側の面より多くの電解質溶液を
吸収してより膨潤する。その結果として、イオン性高分
子ゲル２の正電極３近傍の内部に引張応力が生じて、イ
オン性高分子ゲル２が屈曲して、アクチュエータ全体が
屈曲する。また、電圧の印加の解除、あるいは正・負電
極の逆転によりイオン性高分子ゲル２が電解質溶液を排
出し、その結果として内部の引張応力を減少するために
形状を復元して、アクチュエータ全体も復元する。な
お、正・負電極の逆転を行う場合、正・負電極はイオン
性高分子ゲル２に接触しないように位置するのがよい。The positive electrode 3 and the negative electrode 4 have tip portions protruding from the outer shell 1 and are connected to a power source 8. A DC voltage is controlled to be applied to the ionic polymer gel 2 from the power source 8. As the ions inside the ionic polymer gel 2 and in the electrolyte solution move toward the positive and negative electrodes by controlling the application of voltage, the ionic polymer gel on the surface of the positive electrode side of the negative electrode side It absorbs more electrolyte solution than the surface and swells more. As a result, a tensile stress is generated inside the ionic polymer gel 2 in the vicinity of the positive electrode 3, the ionic polymer gel 2 bends, and the entire actuator bends. Also, the ionic polymer gel 2 discharges the electrolyte solution by releasing the voltage application or reversing the positive and negative electrodes, and as a result, the shape is restored to reduce the internal tensile stress, and the entire actuator is also Restore. When the positive and negative electrodes are reversed, the positive and negative electrodes are preferably positioned so as not to contact the ionic polymer gel 2.

本実施例のアクチュエータは、電解質溶液によりイオン
性高分子ゲルにおける残留応力の発生を抑制して、イオ
ン性高分子ゲルの屈曲・復元運動を滑らかに行う。更
に、イオン性高分子ゲル等が一体化しているので、大気
中でも使用することができる。The actuator of the present embodiment suppresses the generation of residual stress in the ionic polymer gel by the electrolyte solution, and smoothly performs the bending / restoring motion of the ionic polymer gel. Furthermore, since the ionic polymer gel and the like are integrated, it can be used even in the atmosphere.

また、他の実施例として、第３図及び第４図に示すもの
がある。第３図は該実施例のアクチュエータの断面図、
第４図はその一部切欠斜視図である。この実施例のアク
チュエータは、正電極３がイオン性高分子ゲル２の長さ
よりも長く、しかもひだ状に配置され、しかもイオン性
高分子ゲル２よりも長さの短い負電極４を使用した以外
は前記実施例のものと同様のものである。この実施例で
は、正電極３がひだ状に配置されているので拡がる（延
びる）ことが可能であるため、またイオン性高分子ゲル
２より長さが長いのでイオン性高分子ゲル２の正電極側
の面全体に引張応力を発生させることができるのでアク
チュエータをより速く、しかもより大きく屈曲させるこ
とができる。Another embodiment is shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a sectional view of the actuator of the embodiment,
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view thereof. In the actuator of this embodiment, the positive electrode 3 is longer than the length of the ionic polymer gel 2 and is arranged in a pleated shape, and the negative electrode 4 having a shorter length than the ionic polymer gel 2 is used. Is the same as that of the above embodiment. In this embodiment, since the positive electrode 3 is arranged in a pleated shape, it can be expanded (extended), and since it is longer than the ionic polymer gel 2, the positive electrode of the ionic polymer gel 2 is longer. Since the tensile stress can be generated on the entire side surface, the actuator can be bent more quickly and more.

また、負電極４は、短いので、イオン性高分子ゲル２の
変形が直接外殻１を変形させることができるので、負電
極４は可撓性である必要はない。Further, since the negative electrode 4 is short, the deformation of the ionic polymer gel 2 can directly deform the outer shell 1, so the negative electrode 4 does not need to be flexible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は、本発明の実施例におけるメカノケミカルアク
チュエータの断面図、第２図は、そのメカノケミカルア
クチュエータの一部切欠斜視図、第３図は、他の実施例
におけるメカノケミカルアクチュエータの断面図、第４
図は、そのメカノケミカルアクチュエータの一部切欠斜
視図、第５図ないし第10図は、本発明のメカノケミカル
アクチュエータにおけるイオン性高分子ゲルの配置の具
体例を示す断面図である。 １……外殻、２……イオン性高分子ゲル、 ３……正電極、４……負電極、 ５……プラスチックスペーサ、 ６……電解質溶液、７……非イオン性高分子ゲル ８……電源FIG. 1 is a sectional view of a mechanochemical actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the mechanochemical actuator, and FIG. 3 is a sectional view of a mechanochemical actuator according to another embodiment. , 4th
The figure is a partially cutaway perspective view of the mechanochemical actuator, and FIGS. 5 to 10 are sectional views showing specific examples of the arrangement of the ionic polymer gel in the mechanochemical actuator of the present invention. 1 ... Outer shell, 2 ... Ionic polymer gel, 3 ... Positive electrode, 4 ... Negative electrode, 5 ... Plastic spacer, 6 ... Electrolyte solution, 7 ... Nonionic polymer gel 8 ... …Power supply

フロントページの続き (72)発明者 広瀬 美治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 志賀 亨 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−71683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−41673（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−164804（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−320068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−4731（ＪＰ，Ａ) ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＬＥＴＴＥＲＳ, Ｖｏｌ．165，Ｎｏ．９ 1985，Ｔｈｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ，Ｐ．1285−1288，昭和60年 ９月５日発行 ＳＣＩＥＮＣＥ，Ｖｏｌ．218，Ｎｏ. 4571，ＡＭＥＲＩＣＡＮ ＡＳＳＯＣＩＡ ＴＩＯＮ ＦＯＲ ＴＨＥ ＡＤＶＡＮＣ ＥＭＥＮＴ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ，29. ＯＣＴ．1982，Ｐ．467−469Front Page Continuation (72) Inventor Miji Hirose Aichi Prefecture Aichi-gun Nagakute-cho, Oita Nagayoji Yokomichi No. 41, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. No. 41 No. 1 Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (56) Reference JP 61-71683 (JP, A) JP 64-41673 (JP, A) JP 1-164804 (JP, A) Kaihei 1-320068 (JP, A) JP 61-4731 (JP, A) CHEMISTRY LETTERS, Vol. 165, no. 9 1985, The Chemical Society of Japan, P.P. 1285-1288, issued September 5, 1985 SCIENCE, Vol. 218, No. 4571, AMERICAN ASSOCIA TION FOR THE ADVANC EMENT OF SCIENCE, 29. OCT. 1982, p. 467-469

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】弾性材料よりなり、内部に空間のある外殻
と、該外殻内に形成された空間内に挿入された電解質溶
液と、前記空間内に配置され、表面を非イオン性高分子
ゲルにより被覆されてなる正電極及び負電極と、該正電
極と負電極とに接続されてなり、該正電極と負電極との
間への直流電圧印加の制御を行う電源手段と、該正電極
と負電極との間であって、上記直流電圧印加の制御に伴
うその変形により生ずる変形力が上記外殻に作用する位
置に配置されてなるイオン性高分子ゲルとよりなること
を特徴とするメカノケミカルアクチュエータ。1. An outer shell which is made of an elastic material and has a space inside, an electrolyte solution which is inserted into the space formed in the outer shell, and which is arranged in the space and has a nonionic surface. A positive electrode and a negative electrode coated with a molecular gel, a power supply means connected to the positive electrode and the negative electrode, for controlling the application of a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode, The ionic polymer gel is arranged between the positive electrode and the negative electrode, and the ionic polymer gel is arranged at a position where the deforming force generated by the deformation due to the control of the direct current voltage application acts on the outer shell. Mechanochemical actuator. 【請求項２】請求項（１）記載のメカノケミカルアクチ
ュエータにおいて、上記正電極を、イオン性高分子ゲル
と直接接触するのを防止する手段を具備してなることを
特徴とするメカノケミカルアクチュエータ。2. The mechanochemical actuator according to claim 1, further comprising means for preventing the positive electrode from coming into direct contact with the ionic polymer gel.