WO2011036861A1 - 平板積層型導電性高分子アクチュエータ - Google Patents

平板積層型導電性高分子アクチュエータ Download PDF

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WO2011036861A1
WO2011036861A1 PCT/JP2010/005677 JP2010005677W WO2011036861A1 WO 2011036861 A1 WO2011036861 A1 WO 2011036861A1 JP 2010005677 W JP2010005677 W JP 2010005677W WO 2011036861 A1 WO2011036861 A1 WO 2011036861A1
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WO
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conductive polymer
polymer film
actuator
porous member
flat plate
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PCT/JP2010/005677
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English (en)
French (fr)
Inventor
長光　左千男
小野　敦
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1095—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements chemically actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2002/5066—Muscles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
    • Y10S310/80—Piezoelectric polymers, e.g. PVDF

Definitions

  • the present invention relates to a flat plate-type conductive polymer actuator that can expand displacement by lamination.
  • FIG. 10A, FIG. 10B, and FIG. 10C show a conventional conductive polymer actuator described in Patent Document 1.
  • a solid electrolyte molded body 51 is sandwiched between polyaniline film bodies 50a and 50b which are conductive polymer films.
  • the potential difference set in the power source 53 is applied between the polyaniline film bodies 50a and 50b, and as shown in FIG. 10B, the anion 54 is inserted into one polyaniline film body 50b.
  • the anion 54 is separated from the other polyaniline film body 50a and contracts, and as a result, a bimorph type deformation occurs.
  • the potential difference is opposite, as shown in FIG. 10C, the potential is deformed in the opposite direction to FIG. 10B.
  • Such a conductive polymer actuator generates a stress comparable to that of a muscle at a relatively low voltage of 1.5 V to 3.0 V, so that it is expected to be put into practical use as an artificial muscle.
  • an ionic liquid defined as a salt melted at room temperature is used as the liquid or gel electrolyte casing layer.
  • Ionic liquid is attracting attention as a new functional liquid, but 1-butyl-3-methylimidazolium or bis (trifluoromethylsulfonyl) imide is known, and the charge of cation and anion is delocalized As a result, the Coulomb force between the two is small and can be liquid at room temperature.
  • the vapor pressure is low, there is almost no evaporation loss, it is flame retardant, many have excellent heat and oxidation stability, and the lubrication performance is also high.
  • the electrolyte casing layer is formed by applying the ionic liquid to the insulating sheet or by gelling the ionic liquid itself.
  • the conductive polymer is in the form of a film
  • the conductive polymer film is formed into a cylindrical shape to prevent buckling of the conductive polymer film and to provide rigidity (
  • Patent Document 2 Japanese Patent Document 2
  • FIG. 11A two types of conductive polymer films 60a and 60b, which are stretched and contracted, are alternately arranged in the circumferential direction, and the inner cylindrical member 61a and the outer cylindrical member 61b are crossed so that they cross each other.
  • one conductive polymer film of the two conductive polymer films 60a and 60b is extended, one of the conductive polymer films bears a load. , Have rigidity.
  • FIG. 11A two types of conductive polymer films 60a and 60b, which are stretched and contracted, are alternately arranged in the circumferential direction, and the inner cylindrical member 61a and the outer cylindrical member 61b are crossed so that they cross each other.
  • FIG. 11B shows an example of the arrangement of the conductive polymer films 60a and 60b in the circumferential direction. Furthermore, as shown in FIG. 11C, a method of increasing the amount of displacement by configuring this cylindrical member with conductive polymers 62a and 62b is also shown.
  • FIGS. 13A to 13B there is disclosed a piezoelectric actuator capable of expanding the amount of displacement while maintaining rigidity in the extension direction and the contraction direction in both extension and contraction (see, for example, Patent Document 4). .
  • a conductive polymer film is formed into a cylindrical shape to give rigidity, and then two types of films that expand and contract in the circumferential direction of the cylindrical members 61a and 61b as shown in FIG. 11A. Since 60a and 60b are alternately arranged in the width direction, the conductive polymer film as shown in FIG. 10A of Patent Document 1 is greatly different from the case where the surfaces are opposed to each other in the thickness direction. In contrast, there is a problem that it is difficult to efficiently insert and remove ions through the electrolyte housing layer. This is not the arrangement as shown in FIG.
  • the displacement amount can be expanded while maintaining the rigidity in the extension direction and the contraction direction in both the extension and the contraction.
  • a solid called a piezoelectric is used, and if it is configured using a conductive polymer film, there is a drawback of buckling as shown in FIG. 13C.
  • the conductive polymer film is not solid but is in the form of a film, so that tension is applied when it is pulled from both ends, but on the contrary, when compressive stress is applied from both ends, it is buckled. That is, the configuration of FIG. 13A cannot maintain rigidity in both the extension direction and the contraction direction.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and has a flat plate-type conductive polymer that has rigidity and driving force in both directions of contraction and extension, and can expand displacement by lamination.
  • An actuator is provided.
  • the present invention is configured as follows.
  • the first conductive polymer film, the plate-like first porous member, the second conductive polymer film, and the plate-like second porous member are laminated.
  • Each of the first porous member and the second porous member has a function of also serving as an electrolyte casing layer by injecting an ionic liquid into the porous member, The first end of the first porous member facing and the first end of the second conductive polymer film are connected, The first end of the first conductive polymer film facing the first end of the second porous member is connected via a spacer, The second end of the first porous member facing and the second end of the first conductive polymer film are connected, The second end of the second conductive polymer film facing the second end of the second porous member is connected, By applying a potential difference between the first conductive polymer film and the second conductive polymer film, an oxidation-reduction reaction causes the first conductive polymer film and the second conductive polymer film to be One conductive polymer film expands or contracts, and
  • an electrolyte housing layer A first conductive polymer film and a second conductive polymer film disposed so that the first end portions and the second end portions face each other through the electrolyte housing layer; A first end fixed to the outer surface of the first end of the first conductive polymer film; and a second end fixed to the outer surface of the second end of the second conductive polymer film.
  • a first fixing member that couples A first end fixed to the outer surface of the first end of the second conductive polymer film; and a second end fixed to the outer surface of the second end of the first conductive polymer film.
  • a second fixing member that couples By applying a potential difference between the first conductive polymer film and the second conductive polymer film, one of the first conductive polymer film and the second conductive polymer film is caused by an oxidation-reduction reaction.
  • a flat plate type conductive polymer actuator configured to expand or contract, and the other contracts or expands, and a driving force is output to the outside by displacement of the first fixing member and the second fixing member.
  • This configuration can provide rigidity and driving force in both directions of displacement contraction and extension.
  • the flat plate-type conductive polymer actuator of the present invention can have rigidity and driving force in both directions of contraction and extension of displacement.
  • FIG. 1A is a front view showing a configuration of a first fixing member of a flat plate laminated conductive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention
  • 1B is a cross-sectional side view taken along the line BB of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a front view showing a configuration of a second fixing member of the flat plate laminated conductive polymer actuator in the first embodiment of the present invention
  • 1D is a cross-sectional side view taken along the line DD of FIG. 1C.
  • FIG. 1D is a front view showing the configuration of the flat plate laminated conductive polymer actuator in the first embodiment of the present invention
  • 1F is a cross-sectional side view taken along the line FF of FIG. 1E.
  • 1G is a cross-sectional side view taken along the line GG of FIG. 1E.
  • FIG. 2A is a diagram for explaining the voltage and the direction of displacement of the flat plate laminated conductive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a diagram showing the voltage and the direction of displacement of the flat plate-type conductive polymer actuator in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2C is a diagram showing a voltage and a direction of displacement of the flat plate-type conductive polymer actuator in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a laminated configuration, voltage and displacement of a flat plate-type conductive polymer actuator according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a diagram showing a stacked configuration, voltage and displacement of the flat plate-type conductive polymer actuator in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 3C is a diagram showing a stacked configuration, voltage and displacement of the flat plate-type conductive polymer actuator in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 4A is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate-type conductive polymer actuator in the second embodiment of the present invention is brought out to the outside
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a laminated configuration, voltage and displacement of a flat plate-type conductive polymer actuator according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a diagram showing a stacked configuration, voltage and displacement of the flat plate-type conductive polymer actuator in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 3C is a
  • FIG. 4B is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate laminated conductive polymer actuator in the second embodiment of the present invention is brought out to the outside
  • FIG. 4C is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate laminated conductive polymer actuator in the second embodiment of the present invention is exposed to the outside
  • FIG. 5A is a diagram showing a configuration of a flat plate-type conductive polymer actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • 5B is a cross-sectional side view taken along the line BB of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a diagram illustrating a configuration of a flat plate-type conductive polymer actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5D is a cross-sectional side view taken along the line DD of FIG. 5C.
  • FIG. 5E is a diagram illustrating a configuration of a flat plate-type conductive polymer actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • 5F is a cross-sectional side view taken along the line FF of FIG. 5E.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a voltage and a direction of displacement of a flat plate-type conductive polymer actuator according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a voltage and a direction of displacement of the flat plate-type conductive polymer actuator according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6C is a diagram showing the voltage and the direction of displacement of the flat plate-type conductive polymer actuator in the third embodiment of the present invention
  • FIG. 7A is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate-type conductive polymer actuator in the third embodiment of the present invention is exposed to the outside
  • FIG. 7B is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate-type conductive polymer actuator in the third embodiment of the present invention is brought out to the outside
  • FIG. 7C is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate laminated conductive polymer actuator in the third embodiment of the present invention is exposed to the outside
  • FIG. 8A is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate laminated conductive polymer actuator in the third embodiment of the present invention is taken out to the outside
  • FIG. 8B is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate-type conductive polymer actuator in the third embodiment of the present invention is brought out to the outside
  • FIG. 8C is a diagram showing a configuration in which the driving force of the flat plate laminated conductive polymer actuator in the third embodiment of the present invention is brought out to the outside
  • FIG. 9A is a diagram showing an example of a flat plate laminated conductive polymer actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a diagram showing an example of a flat plate-type conductive polymer actuator according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 9C is a diagram illustrating an example of a flat plate-type conductive polymer actuator according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 9D is a diagram illustrating an example of a flat plate-type conductive polymer actuator according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 10A is a diagram showing the configuration of a conventional conductive polymer actuator, the direction of voltage and displacement
  • FIG. 10B is a diagram showing the configuration, voltage and displacement direction of a conventional conductive polymer actuator
  • FIG. 10C is a diagram showing the configuration, voltage and displacement direction of a conventional conductive polymer actuator
  • FIG. 10A is a diagram showing the configuration of a conventional conductive polymer actuator, the direction of voltage and displacement
  • FIG. 10B is a diagram showing the configuration, voltage and displacement direction of a conventional conductive polymer actuator
  • FIG. 10C is a diagram showing the configuration
  • FIG. 11A is a diagram showing a configuration of a conventional conductive polymer actuator and a direction of displacement
  • FIG. 11B is a diagram showing a configuration of a conventional conductive polymer actuator and a direction of displacement
  • FIG. 11C is a diagram showing the configuration of a conventional conductive polymer actuator and the direction of displacement
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a conventional conductive polymer actuator.
  • FIG. 13A is a diagram showing a configuration of a conventional multilayer actuator
  • FIG. 13B is a diagram showing a configuration of a conventional multilayer actuator
  • FIG. 13C is a diagram illustrating a configuration of a conventional stacked actuator.
  • the first conductive polymer film, the plate-like first porous member, the second conductive polymer film, and the plate-like second porous member are laminated.
  • Each of the first porous member and the second porous member has a function of also serving as an electrolyte casing layer by injecting an ionic liquid into the porous member, The first end of the first porous member facing and the first end of the second conductive polymer film are connected, The first end of the first conductive polymer film facing the first end of the second porous member is connected via a spacer, The second end of the first porous member facing and the second end of the first conductive polymer film are connected, The second end of the second conductive polymer film facing the second end of the second porous member is connected, By applying a potential difference between the first conductive polymer film and the second conductive polymer film, an oxidation-reduction reaction causes the first conductive polymer film and the second conductive polymer film to be One conductive polymer film expands or contracts, and
  • the first porous member and the second conductive polymer film have the same length
  • the first conductive polymer film and the second porous member have the same length
  • the flat plate according to the first aspect wherein the length of the first porous member and the second conductive polymer film is shorter than the length of the first conductive polymer film and the second porous member.
  • a stacked conductive polymer actuator is provided.
  • the flat plate type conductive polymer actuator according to the first or second aspect, wherein at least a part of the periphery of the porous member includes a curing agent.
  • the first porous member and the second porous member of the adjacent actuators comprising a plurality of the plate-type conductive polymer actuators according to any one of the first to third aspects. And a flat plate-type conductive polymer actuator, which are connected to each other by a link member.
  • an electrolyte housing layer A first conductive polymer film and a second conductive polymer film disposed so that the first end portions and the second end portions face each other through the electrolyte housing layer; A first end fixed to the outer surface of the first end of the first conductive polymer film; and a second end fixed to the outer surface of the second end of the second conductive polymer film.
  • a first fixing member that couples A first end fixed to the outer surface of the first end of the second conductive polymer film; and a second end fixed to the outer surface of the second end of the first conductive polymer film.
  • a second fixing member that couples By applying a potential difference between the first conductive polymer film and the second conductive polymer film, one of the first conductive polymer film and the second conductive polymer film is caused by an oxidation-reduction reaction.
  • a flat plate type conductive polymer actuator configured to expand or contract, and the other contracts or expands, and a driving force is output to the outside by displacement of the first fixing member and the second fixing member.
  • the flat plate laminate type conductive polymer actuator according to the fifth aspect wherein the first and second conductive polymer films are configured with the same length.
  • a conductive polymer film comprising a plurality of the plate type conductive polymer actuators according to the fifth or sixth aspect, each connected via an electrolyte housing layer.
  • An adhesive that connects the second fixing member of one actuator of the at least two adjacent flat plate-type conductive polymer actuators and the first fixing member of the other actuator;
  • a flat plate type conductive polymer actuator in which the displacement is added and increased by connecting with the adhesive.
  • FIG. 1A to FIG. 1G are diagrams showing the configuration of a flat plate-type conductive polymer actuator 14 according to the first embodiment of the present invention.
  • the flat plate laminated conductive polymer actuator 14 includes a first fixing member 1a composed of a substantially U-shaped (C-shaped) plate member of FIGS. 1A and 1B, and FIG. 1C. 2D, a first conductive polymer film 2a, a second conductive polymer film 2b, and an electrolyte housing.
  • the second fixing member 1b is composed of a substantially U-shaped (C-shaped) plate member of FIG. 1D. It is composed of the layer 3.
  • the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b are each made of a conductive polymer rectangle that expands and contracts in accordance with the oxidation-reduction reaction, for example, a rectangular elastic body. It is a member.
  • the thickness of the conductive polymer films 2a and 2b is preferably about 5 to 30 ⁇ m. Although the thickness of the conductive polymer films 2a and 2b is less than 5 ⁇ m, the strength is weak when it is thinner than 5 ⁇ m, and when it is thicker than 30 ⁇ m, it is difficult for ions to enter and exit, and the generated displacement is reduced. This is not appropriate because the operating speed is also reduced.
  • conductive polymer films 2a and 2b having a thickness of 15 ⁇ m, a length of 50 mm, and a width of 10 mm are used.
  • the electrolyte housing layer 3 has a thickness of 40 ⁇ m
  • the first fixing member 1a and the second fixing member 1b are Teflon (registered trademark) sheets each having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the thickness was 290 ⁇ m in the configuration of FIG.
  • the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b are arranged to face each other with the electrolyte housing layer 3 interposed therebetween.
  • the first end 2a-1 of the first conductive polymer film 2a and the second end of the second conductive polymer film 2b are opposed to the electrolyte housing layer 3 therebetween.
  • the second end 2a-2 of the first conductive polymer film 2a and the second end 2b-2 of the second conductive polymer film 2b are the electrolyte housing layer 3 described above. Is facing through.
  • the first fixing member 1a is configured by a generally U-shaped (C-shaped) plate member, and has a horizontally elongated first end 1a-1 at the upper end, A horizontally long rectangular second end 1a-2 at the lower end, and a vertically long rectangular connecting portion 1a-3 connecting the first end 1a-1 and the second end 1a-2 are provided.
  • the first fixing member 1a does not have a planar structure in which the first end 1a-1, the second end 1a-2, and the connecting portion 1a-3 are included in the same plane, but the first end 1a-1, The first end portion 1a-1 and the second end portion 1a-2 are connected to each other by a connecting portion 1a-3, which is located in a different plane from the second end portion 1a-2.
  • the first fixing member 1a rather than a plane containing the first end 1a-1, the thickness T 2a of the at least first conductive polymer layer 2a and the thickness T 3 of the electrolyte holding layer 3
  • the second end 1a-2 is positioned on different planes in the thickness direction of the fixing member 1a, and the first end 1a-1 and the second end 1a-2 are connected by the connecting portion 1a-3. It is three-dimensionally configured.
  • ⁇ T is preferably about several tens of ⁇ m as described later.
  • the first end 1a-1 of the first fixing member 1a on the upper end side is bonded to the outer surface of the first end 2a-1 of the first conductive polymer film 2a. 10 is fixed.
  • the second end 1a-2 of the first fixing member 1a on the lower end crosses the side of the laminated body of the first conductive polymer film 2a, the electrolyte housing layer 3, and the second conductive polymer film 2b.
  • the second conductive polymer film 2b is fixed to the outer surface of the second end 2b-2 with an adhesive 13 therebetween.
  • the second fixing member 1b is configured by a generally U-shaped (C-shaped) plate member facing in the opposite direction to the first fixing member 1a.
  • a vertically long first rectangular end 1b-1 at the upper end, a rectangular rectangular second end 1b-2 at the lower end, and the first end 1b-1 and the second end 1b-2 are connected to each other.
  • a rectangular connecting portion 1b-3 is connected to each other.
  • the second fixing member 1b is not a planar structure in which the first end portion 1b-1, the second end portion 1b-2, and the connecting portion 1b-3 are included in the same plane, but the first end portion 1b-1 It is located in a different plane from the second end 1b-2, and is configured by connecting the first end 1b-1 and the second end 1b-2 with a connecting portion 1b-3.
  • the second fixing member 1b rather than a plane containing the first end 1b-1, the thickness T 2a of the at least first conductive polymer layer 2a and the thickness T 3 of the electrolyte holding layer 3
  • the second end 1b-2 is positioned on different planes in the thickness direction of the fixing member 1b, and the first end 1b-1 and the second end 1b-2 are connected by the connecting portion 1b-3. It is three-dimensionally configured.
  • ⁇ T is preferably about several tens of ⁇ m as described later.
  • the first end 1b-1 of the second fixing member 1b on the upper end side is bonded to the outer surface of the first end 2b-1 of the second conductive polymer film 2b. 12 is fixed.
  • the second end 1b-2 of the second fixing member 1b on the lower end crosses the side of the laminated body of the first conductive polymer film 2a, the electrolyte housing layer 3, and the second conductive polymer film 2b.
  • the first conductive polymer film 2a is fixed to the outer surface of the second end 2a-2 with an adhesive 11.
  • the first fixing member 1a and the second fixing member 1b include the inner surfaces (surfaces on the conductive polymer film fixing side) and the second end portion 1a of the first ends 1a-1 and 1b-1, respectively.
  • the reason is that when the distance is equal to or less than the total dimension T, the first conductive polymer film 2a, the second conductive polymer film 2b, and the electrolyte are formed by the first fixing member 1a and the second fixing member 1b.
  • the first conductive polymer film 2a, the second conductive polymer film 2b, and the electrolyte housing layer 3 are in contact with each other in a state where pressure is applied to the housing layer 3, so that the first conductive polymer film 3 is in contact.
  • 2a and the second conductive polymer film 2b each rapidly increase in resistance, and the respective displacement amounts of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b are reduced. Will occur.
  • an ionic liquid is included in the separator. Is often used.
  • FIG. 2A shows one end (for example, the upper end) and the other end (for example, the lower end) of the first conductive polymer film 2a, and one end (for example, the upper end) and the other end (for example, the lower end) of the second conductive polymer film 2b.
  • a potential difference can be applied between the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b. It is composed.
  • the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b are substantially stretched by the respective rigidity of the first fixing member 1a and the second fixing member 1b. Held in a state.
  • the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b do not buckle and are perpendicular to the longitudinal direction of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b.
  • the first conductive polymer film 2a and the second conductive material against an external force F from any direction (thickness direction of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b). Is maintained constant by the tension of the conductive polymer film 2b.
  • FIG. 2C as compared with the state of FIG. 2A, the first conductive polymer film 2a contracts along the longitudinal direction and the second conductive polymer film 2b expands along the longitudinal direction, While the first fixing member 1a is lowered, the second fixing member 1b is raised. Therefore, the driving force can be output to the outside of the actuator 14 by the displacement caused by the rising or lowering of the first fixing member 1a and the second fixing member 1b.
  • the first fixing member 1a and the second fixing member 1b are each preferably an insulating material, and a peak material or Teflon (registered trademark) (polytetrafluoroethylene) is suitable.
  • Teflon registered trademark
  • Teflon polytetrafluoroethylene
  • acrylic having a property of being dissolved in an ionic liquid described later is not suitable as a material for the first fixing member 1a and the second fixing member 1b.
  • first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b each have a large amount of displacement due to expansion and contraction, polypyrrole is often used. Since there is a concern that the conductive performance is reduced by oxidation with oxygen, a thiophene-based material such as PEDOT (polyethylenedioxythiophene) is preferable to polypyrrole. In the case of a thiophene material, there are two types of film forming processes, casting and electrolytic polymerization.
  • the electrolyte housing layer 3 a separator based on cellulose used for an electric double layer capacitor or the like can be used.
  • the ionic liquid of the electrolyte housing layer 3 includes BMIM ⁇ TFSI, that is, 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, but polypyrrole or PEDOT (polyethylenedioxythiophene).
  • BMIM ⁇ TFSI that is, 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, but polypyrrole or PEDOT (polyethylenedioxythiophene).
  • PEDOT polyethylenedioxythiophene
  • variable DC power source 33 can be used at about ⁇ 1.5 V because of the potential window of the ionic liquid in the electrolyte housing layer 3. This voltage should be changed in consideration of its durability depending on the type of conductive polymer film or ionic liquid used.
  • both ends of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b are fixed by the first fixing member 1a and the second fixing member 1b.
  • the displacement between the first fixing member 1a and the second fixing member 1b is rigid in both the contraction direction and the extension direction. And can have a driving force.
  • the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b are configured to have the same length. However, the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b have the same length. The displacement of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b due to the oxidation-reduction reaction is equalized by the combination of different thickness or material with the polymer film 2b. It is also good to have.
  • the adhesives 10, 11, 12 are used to connect the first fixing member 1a, the second fixing member 1b, the first conductive polymer film 2a, and the second conductive polymer film 2b. 13, but instead of using an adhesive separately, the first conductive polymer film 2 a and the second conductive polymer film 2 b are cured at the time of curing in the casting process.
  • the first conductive polymer film 2a, the second conductive polymer film 2b, the first fixing member 1a and the second fixing member 1b are connected, or the first conductive polymer film 2a and the second conductive high film
  • These connections may be made at the time of deposition in the electrochemical polymerization process with the molecular film 2b.
  • a mechanical connection method such as providing a separate member and sandwiching the first conductive polymer film 2a, the second conductive polymer film 2b, the first fixing member 1a, and the second fixing member 1b may be used.
  • a separator containing an ionic liquid is used in order to prevent an electrical short circuit between the adjacent first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b. Then, although demonstrated, the method of preventing an electrical short circuit, mixing a bead and maintaining lubricity, or using a gelatinized ionic liquid and omitting a separator may be used. For gelation, there is a method in which PDVF (polyvinylidene fluoride) is mixed.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the flat plate laminated conductive polymer actuator 16 according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIGS. 1A to 1G and FIGS. 2A to 2C are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the flat plate laminated conductive polymer actuator 16 of the second embodiment has the following configuration.
  • the actuator 16 is configured by arranging the plurality of actuators 14 in parallel with the flat plate-type conductive polymer actuator 14 described in the first embodiment as one structural unit.
  • Each of the plurality of actuators 14 is connected via a connecting electrolyte housing layer 3 ⁇ / b> A having the same configuration as that of the electrolyte housing layer 3.
  • An adhesive 17 connects the outer surface of the first end 1 a-1 of the first fixing member 1 a of the conductive polymer actuator 14.
  • the outer surface of the second end 1b-2 of the second fixing member 1b of one flat plate-type conductive polymer actuator 14 and the second end of the first fixing member 1a of the other flat plate-type conductive polymer actuator 14 are used.
  • the outer surface of 1 a-2 is connected with an adhesive 17.
  • This adhesive 17 is, for example, the same adhesive as the adhesives 10 to 13 described above.
  • each plate type conductive polymer actuator 14 between the other end (for example, the lower end) of the first conductive polymer film 2a and the one end (for example, the upper end) of the second conductive polymer film 2b of each plate type conductive polymer actuator 14,
  • the switch 32 and the variable DC power source 33 are provided so that each actuator 14 and thus the actuator 16 can be driven, that is, a potential difference is generated between the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b. It is configured to be grantable.
  • the amount of expansion and contraction can be increased.
  • the displacement between the pair of first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b of one actuator 14 is ⁇ , and the four pairs of actuators 14 are connected by the adhesive 17, respectively.
  • ⁇ ⁇ 4 4 ⁇ increased in displacement.
  • FIGS. 4A and 4B in order to output the increased displacement as a driving force to the outside of the actuator 16, the casing 34 provided with the output portion 4a or the casing 34 provided with the output portions 4a and 4b, respectively.
  • the case where the actuator 16 is accommodated is shown.
  • the magnitude of the displacement differs depending on the first fixing member 1a and the second fixing member 1b provided with the output portions 4a and 4b.
  • the outer surface of the first end 1a-1 of the first fixing member 1a of the actuator 14 at one end of the actuator 16 (the left end in FIG. 4A) and the casing 34 are fixed by a fixing tool 35.
  • the output portion 4a which protrudes and is fixed to the outer surface of the second end portion 1b-2 of the second fixing member 1b of the actuator 14 at the other end portion (the right end portion in FIG. 4A) is connected to the outside of the casing 34 from the opening 34a of the casing 34. It is protruding. Therefore, when the actuator 16 is driven, the output unit 4a freely moves in the vertical direction in FIG.
  • the outer surface of the first end 1a-1 of the first fixing member 1a of the actuator 14 at one end (the left end in the figure) of the actuator 16 and the casing 34 are fixed by a fixing tool 35.
  • the output part 4a which protrudes and is fixed to the outer surface of the second end 1a-2 of the first fixing member 1a of the actuator 14 at the other end (right end in the drawing) of the actuator 14 from the opening 34a of the casing 34 to the outside of the casing 34. It is protruding.
  • 4 b is projected from the opening 34 b of the casing 34 to the outside of the casing 34. Therefore, when the actuator 16 is driven, the output unit 4a and the output unit 4b move freely in the vertical direction of FIG.
  • the polarity of the potential difference applied between the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b of one actuator 14 is a half position of the stacked actuators 18 as a whole.
  • the actuator 18 includes the above-described actuator 14 and the actuator 14A in which the polarity of the potential difference is changed.
  • the outer surface of the first end 1a-1 of the first fixing member 1a of the actuator 14 at one end (the left end in FIG. 4C) of the actuator 18 and the casing 34 are fixed by a fixture 35.
  • the flat plate-type conductive polymer actuator 18 can be provided.
  • an adhesive is used as the adhesive 17 for connecting the actuators 14 of one structural unit.
  • a mechanical connection method such as providing a separate member and sandwiching may be used. . That is, as a modification of the adhesive, the modification described in the first embodiment can be applied to the second embodiment.
  • a separator containing an ionic liquid is used in order to prevent an electrical short circuit between the adjacent first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b.
  • FIG. 5A to FIG. 5F are views showing the configuration of a flat plate-type conductive polymer actuator 46 according to a third embodiment of the present invention.
  • 5A to 5F the same components as those in FIGS. 1A to 4C are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the first fixing member 1a and the second fixing member 1b provided in the first embodiment are rectangular plate-like first and second porous members 3a and 3b. Each of these is configured, and an ionic liquid is injected into each of the first and second porous members 3a and 3b so that the same role as the electrolyte housing layer 3 is achieved.
  • Peripheral portions of the first and second porous members 3a and 3b (for example, long side portions along the longitudinal direction (both side edge portions in FIGS. 5A and 5C)) 3as and 3bs each include a curing agent to increase the strength. The structure is increased to prevent buckling and the like.
  • peripheral portions in the width direction of the first and second porous members 3a and 3b shown in FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D (for example, short side portions along the width direction (FIG. 5A, FIG. 5) 5B, FIG. 5C, FIG. 5D)) 3ad and 3bd contain a curing agent, which will be described later.
  • an adhesive 40 is used for the zigzag connection between the first and second porous members 3a and 3b, the first conductive polymer film 2a, and the second conductive polymer film 2b. , 41, 42, and in particular, in the connection between the second porous member 3b and the first conductive polymer film 2a, the spacer 43 is connected with the adhesive 43 in order to maintain the interval. Yes. That is, in FIG. 5F, the inner surface of the lower end portion of the first conductive polymer film 2a and the outer surface of the lower end portion of the first porous member 3a are connected via the adhesive 40.
  • the inner surface of the peripheral portion 3ad in the width direction containing the curing agent at the upper end portion of the first porous member 3a and the opposing surface of the upper end portion of the second conductive polymer film 2b are connected via an adhesive 41.
  • the outer surface of the lower end portion of the second conductive polymer film 2 b and the inner surface of the lower end portion of the second porous member 3 b are connected via an adhesive 42.
  • the first conductive polymer film 2a is formed on one outer surface of the spacer 5.
  • the inner surface of the upper end portion of each is connected via an adhesive 43.
  • the inner surface of the upper end portion of the second porous member 3 b is connected to the other outer surface of the spacer 5 via an adhesive 44. Accordingly, the first porous member 3a and the second conductive polymer film 2b have substantially the same longitudinal dimension, and the second porous member 3b and the first conductive polymer film 2a have the longitudinal dimension. Are substantially the same, and the longitudinal dimension of the first porous member 3a and the second conductive polymer film 2b is the longitudinal dimension of the second porous member 3b and the first conductive polymer film 2a. It is made shorter.
  • the first porous member 3a and the second porous member 3b have the same widthwise dimension, and the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b have the same widthwise dimension.
  • the width dimension of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b is smaller than the width dimension of the first porous member 3a and the second porous member 3b. ing.
  • the dimension in the width direction of the spacer 5 is the same as the dimension in the width direction of the first porous member 3a and the second porous member 3b.
  • the thickness of the spacer 5 is approximately equal to or greater than the total thickness of the first porous member 3a, the second conductive polymer film 2b, and the adhesives 40, 41, 42 (for example, The size is large by about several tens of micrometers). This will be described later.
  • the material of each member and the thickness of the film are also parameters that are affected by the amount of displacement, but the greatest influence is the length of contact with the first and second porous members 3a and 3b. That's it.
  • the distance DD shown by two broken lines D in FIG. 5F indicates that the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b expand and contract (in other words, the part that is bonded and fixed with an adhesive). The length of the extensible portion is excluded.
  • the connection portion by the adhesive 41 with the second conductive polymer film 2b in the first porous member 3a (that is, the upper end of the first porous member 3a).
  • the peripheral part in the width direction of the part) 3ad contains a curing agent.
  • the flat plate-type conductive polymer actuator 46 of the third embodiment can be driven by the displacement amount of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b.
  • the part which connects the 1st porous member 3a and the 2nd conductive polymer film 2b with the adhesive agent 41 (the upper end part of the 2nd conductive polymer film 2b) ) Is included in the portion 3bd opposite to (3).
  • a plurality of actuators 46 are not disposed adjacent to each other as shown in FIGS. 7A to 7C, it is not necessary to include a curing agent in the portion 3bd as shown in FIG. 6A and the like.
  • 6A includes a switch 32 and a variable DC power source 33, and can apply a potential difference between the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b of the actuator 46 in FIG. 5F. Is shown. That is, between the longitudinal ends of the first conductive polymer film 2a (for example, the upper and lower ends) of the flat conductive polymer actuator 46 and the longitudinal ends of the second conductive polymer film 2b (for example, the upper and lower ends). A switch 32 and a variable DC power source 33 are provided between them so that the actuator 46 can be driven, that is, a potential difference is applied to each of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b. It is configured as possible.
  • a plurality of actuators 46 are arranged adjacent to each other in parallel, and one of the pair of adjacent actuators 46 is formed by the plate-like rigid link member 6.
  • the second porous member 3b of 46 and the first porous member 3a of the other actuator 46 may be connected.
  • one actuator 46 (for example, the left end of the left end) faces through the second porous member 3b of one actuator 46 (for example, the left end actuator 46).
  • Actuator 46 A redox reaction due to a potential difference also occurs between the second conductive polymer film 2b and the first conductive polymer film 2a of the other actuator 46 (for example, the second actuator 46 from the left end).
  • the displacement of expansion and expansion of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b increases.
  • the displacement between the pair of first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b of one actuator 46 is ⁇ , and the four pairs of actuators 46 are connected by the link member 6 respectively.
  • ⁇ ⁇ 4 4 ⁇ increased in displacement.
  • the wiring from the variable DC power supply 33 has one end (for example, the upper end) in the longitudinal direction of the first conductive polymer film 2a of each actuator 46.
  • the switch 32 and the variable DC power source 33 are connected to only one end of the second conductive polymer film 2b of each actuator 46 in the longitudinal direction (for example, the lower end). This is performed in order to prevent a short circuit between + and ⁇ wirings due to an increase in the number of wirings.
  • the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b have sufficient conductivity. Therefore, the influence on the amount of displacement is small.
  • each of the first and second porous members 3a and 3b As the material of each of the first and second porous members 3a and 3b, a filter material or the like based on PVDF (polyvinylidene fluoride) or the like and having an aperture ratio of 0.1 ⁇ m to 0.5 ⁇ m can be used. It is. Here, as an example, one having an aperture ratio of 0.45 ⁇ m can be used. Moreover, although Teflon (registered trademark) exists as a similar filter material, it becomes difficult to select a curing agent or an adhesive described later.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • Teflon registered trademark
  • the curing agent for forming the side edge portions 3as and 3bs including the curing agent similarly to the adhesives 10, 11, 12, and 13 described above, similarly to the adhesives 40, 41, 42, and 43.
  • a widely used epoxy adhesive can be used.
  • an epoxy-based adhesive can be used as the curing agent in the peripheral portions 3ad and 3bd in the width direction of the first and second porous members 3a and 3b.
  • the adhesive 44 can be an epoxy adhesive.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the 1st fixing member 1a and the 2nd fixing member 1b are each comprised by 1st and 2nd porous member 3a, 3b, and 1st and 2nd porous member 3a, 3b are electrolyte housings.
  • the electrolyte housing layer 3 can be eliminated, and the thickness of the entire actuator is reduced by reducing the number of components. It is possible to provide the flat plate-type conductive polymer actuator 46 capable of reducing the thickness. Further, by increasing the number of adjacent flat-plate-type conductive polymer actuators, the individual displacements are added to increase the total displacement amount, and the flat-plate-stack type conductive polymer actuator having a large displacement. 46 can be provided.
  • FIGS. 8A to 8C show a configuration in which the driving force of the flat plate-type conductive polymer actuator 46 in the third embodiment is output to the outside of the actuator 46.
  • the magnitude of the displacement differs depending on the second porous member 3a provided with the output part 4a, the second porous member 3a provided with the output parts 4a and 4b, and the link member 6 provided with the output part 4c.
  • FIG. 8A one end part (upper end part) of the first conductive polymer film 2a of the actuator 46 at one end part (left end part in FIG. 8A) of the actuator 47 and the casing 34 are fixed by the fixture 35.
  • the output portion 4a that protrudes and is fixed to the outer surface of the other end portion (lower end portion) of the second porous member 3b of the actuator 46 at the other end portion (right end portion in FIG. 8A) is connected to the outside of the casing 34 from the opening 34a of the casing 34. Protruding. Therefore, when the actuator 46 is driven, the output unit 4a freely moves in the vertical direction of FIG.
  • one end portion (upper end portion) of the first conductive polymer film 2a of the actuator 46 at one end portion (left end portion in FIG. 8B) of the actuator 46 and the casing 34 are fixed by a fixture 35, and the actuator 46
  • An output portion 4 a that protrudes and is fixed to the outer surface of the other end portion (lower end portion) of the second porous member 3 b of the actuator 46 at the other end portion 47 (right end portion in FIG. 8B) is connected to the casing 34 from the opening 34 a of the casing 34. It protrudes outside. Further, it projects from the one end portion of the actuator 47 (the left end portion in FIG. 8B) to the one end portion (the upper end in FIG.
  • one end portion (upper end portion) of the first conductive polymer film 2a of the actuator 46 at one end portion (left end portion in FIG. 8B) of the actuator 46 and the casing 34 are fixed by the fixing tool 35.
  • One end (upper end) of the second porous member 3b of the actuator 46 at the other end (right end in FIG. 8B) and the casing 34 are fixed by a fixture 35.
  • an output portion 4c that protrudes and is fixed to the link member 6 of the third actuator 46 from one end portion (left end portion in FIG. 8B) of the actuator 47 along the longitudinal direction perpendicular to the thickness direction is provided from the opening 34c of the casing 34. It protrudes downward from the casing 34. Therefore, when the actuator 47 is driven, the output unit 4c freely moves in the vertical direction of FIG.
  • the casing 34 is also thinned because the overall thickness of the flat plate-type conductive polymer actuator is thin. It is also a big feature.
  • adhesives 40, 41, and 42 are used to connect the first and second porous members 3a and 3b, the first conductive polymer film 2a, and the second conductive polymer film 2b. , 43, but it is not necessary to use an adhesive separately, but to connect at the time of curing in the casting process when the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b are generated. Or it is good also as connecting at the time of deposition in the electrochemical polymerization process of the 1st conductive polymer film 2a and the 2nd conductive polymer film 2b.
  • a mechanical connection method such as providing a separate member and sandwiching the first conductive polymer film 2a, the second conductive polymer film 2b, and the first and second porous members 3a, 3b may be used.
  • the first porous member 3a existing between the first conductive polymer film 2a and the second porous member 3b.
  • the total thickness of the second conductive polymer film 2b is desirable.
  • the contact amount is increased, and the resistance at the time of expansion and contraction rapidly increases, resulting in a decrease in the amount of displacement.
  • it is desirable that the contact is realized so that each gap has a minute gap of about several tens of ⁇ m.
  • the conductive polymer films 2a and 2b having a thickness of 15 ⁇ m are used.
  • the porous members 3a and 3b are made of a porous Teflon (registered trademark) material and have a thickness of about 100 ⁇ m. That is, the thickness of each of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b is 15 ⁇ m. Furthermore, since consideration is given so that the above-mentioned minute gap of about several tens of ⁇ m exists, the thickness in the configuration of FIG. 5E is 250 ⁇ m by adding 20 ⁇ m to 230 ⁇ m.
  • the hardener is included in at least a part of the periphery of the first and second porous members 3a and 3b
  • the separate member is the first member for preventing buckling due to the improvement in strength. Or it is good also as a structure provided in the surface of the 2nd porous member 3a or 3b.
  • FIG. 9A is a citation of FIG. 3A in Japanese Patent No. 3723818 relating to the robot hand 90.
  • Actuators 3-1, 3-2, and 3-3 serving as driving sources are described.
  • the above-described FIG. 4A which is an example of the above-described flat laminated conductive polymer actuator of the present invention, is described.
  • 4C especially the combination shown in FIG. 4C is used in a basic configuration, so that a large amount of stress that is difficult to realize with a single conductive polymer film can be provided in a small space. It is feasible.
  • the fingers 100 can be bent and extended by the expansion and contraction of the actuators 3-1 and 3-2 like the planar multi-joint drive mechanism shown in FIGS. 9B and 9C. In this configuration, as described later, it is necessary to increase the amount of stress or displacement as a flat plate-type conductive polymer actuator. Further, here, the aggregate 1-1, 1-2, 1-3, and the connecting member 2 are used. The finger 100 is bent by the torque in the thickness direction.
  • the planar multi-joint drive mechanism of FIGS. 9B and 9C is modeled and the actual size is entered.
  • An example of actual design values in this model will be described. It is assumed that a 100 gf light weight object is gripped by this robot hand. The gripping force required at this time is assumed to be about 20 gr although it depends on the surface material of the robot hand.
  • the displacement expansion rate in the planar multi-joint drive mechanism can be regarded as 20 times from the distance of 2.5 mm between the fulcrum in the thickness direction.
  • the actuator 3-2 needs a stress of 400 gf to output the gripping force 20 gf.
  • the necessary displacement amount for gripping is about 10 mm per joint
  • the displacement amount of the actuator 3-2 may be only 0.5 mm, which is 1/20.
  • FIG. 4C the configuration of FIG. 4C was used as the flat plate-type conductive polymer actuator.
  • the three flat plate-type conductive polymer actuators of FIG. 1 are configured as shown in FIG. 3A, and the two sets are configured as shown in FIG. 4C.
  • 10 flat plate-type conductive polymer actuators of FIG. 1 are configured as shown in FIG. 3A, and 5 sets thereof are configured as shown in FIG. 4C.
  • the displacement was designed to be 10 mm, 0.5 mm, and 5 times, 400 gf.
  • a stress of about 40 gf is obtained at a width of 5 mm.
  • FIG. 9A 10 mm, which is twice the width, is applied to about 80 gf, and further generated when a voltage is applied.
  • the displacement is about 2.0%, and when the length is 25 mm in FIG. 1, ⁇ is a displacement amount of about 500 ⁇ m, that is, a set of the flat plate-type conductive polymer actuators of FIG. A displacement amount of 05 mm was obtained.
  • the amount of displacement depends on the stress as an external force to be applied and the time for applying the voltage, but here it was largely affected by the time for applying the voltage.
  • the control was performed with the time required to achieve a predetermined displacement while allowing.
  • the approximate dimensions of the flat plate-type conductive polymer actuator used are 10 mm in width and about 50 mm in the longitudinal direction, but about 14 mm in the thickness direction.
  • each of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b has a thickness of 15 ⁇ m
  • the electrolyte housing layer 3 has a thickness of 40 ⁇ m.
  • the fixing member 1b used was a Teflon (registered trademark) sheet having a thickness of 100 ⁇ m, and the above-mentioned margin of about several tens of ⁇ m was added. Therefore, the thickness was 290 ⁇ m in the configuration of FIG. Since five sets of 10 pieces having a thickness of 290 ⁇ m, that is, 50 pieces are used, the total thickness is about 15 mm.
  • the robot hand 90 can be realized with a finger 100 that is slightly longer and thicker than the size of a human hand.
  • the thickness direction could be reduced when the configuration of FIG. 5E was used.
  • a porous Teflon (registered trademark) material for the first and second porous members 3a and 3b, the thickness is about 100 ⁇ m. That is, the thickness of each of the first conductive polymer film 2a and the second conductive polymer film 2b is 15 ⁇ m.
  • the thickness in the configuration of FIG. 5E is 250 ⁇ m by adding 20 ⁇ m to 230 ⁇ m. Five sets of 10 pieces having a thickness of 250 ⁇ m, that is, 50 pieces are used, so the total thickness is about 13 mm.
  • two fingers 100 face each other and have a total of four structures.
  • the four fingers are arranged substantially facing the thumb like a human hand, and the thumb is less displaced. Stress is required, and it is conceivable that the amount of displacement of the four generally facing each other is large.
  • a stress-oriented flat-plate-type conductive polymer actuator is used for the thumb, and the stress of the other fingers can be a quarter, so the amount of displacement can be quadrupled to balance the whole hand. Conceivable. Even in that case, it is not always necessary that all the other four generally facing the thumb operate simultaneously, and it is also possible to sequentially apply a voltage from the index finger to the little finger by voltage control. Further, each finger has a joint, and it is possible to easily displace the tip in order from the root.
  • the flat plate-type conductive polymer actuator according to the present invention has rigidity and driving force in both directions of contraction and extension, and can expand displacement or increase stress by stacking.
  • An actuator capable of energy-saving and space-saving efficient driving can be obtained by the configuration in which the conductive polymer film that contracts and extends through the surface faces, and is useful as an artificial muscle actuator and the like. Is useful as a robot arm of a robot or a drive unit of a robot hand. Further, in addition to the above-mentioned characteristics, it is quiet, lightweight, and power-saving, so it can be applied as a driving unit for a cooling pump of a notebook computer or a mobile phone, or for a lens actuator of a mobile terminal device.

Abstract

　第１導電性高分子膜（２ａ）と板状の第１多孔質部材（３ａ）と第２導電性高分子膜（２ｂ）と板状の第２多孔質部材（３ｂ）とが積層され、かつ、隣接する部材間でいずれかの一方の端部同士が接続されてジクザク状に構成され、第１及び第２多孔質部材は、多孔質部材内にイオン液体が注入して電解質托体層を兼ねて、膨張と収縮の両方で常時テンションを維持して動作でき、収縮及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有する。

Description

平板積層型導電性高分子アクチュエータ
　本発明は、積層により変位を拡大できる平板積層型導電性高分子アクチュエータに関するものである。
　少子高齢化のような社会背景に伴い、家庭用ロボット等の人の近傍にて動作する、或いは、人と協調して作業をする機械に対するニーズは高まっている。その際、複雑な作業へのしなやかな動き、及び、人との衝突時の安全性といった観点から、人間の筋肉のような柔軟な特性を有する人工筋肉アクチュエータへの期待が高まっている。人工筋肉アクチュエータとしては空圧を使用したもの等、種々の材料又は制御方式が提案されている。その中の一つとして近年、導電性高分子を用いたアクチュエータが考案されている。
　従来の導電性高分子を用いたアクチュエータの一例としては、バイモルフ型の変形を利用しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
　図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、上記特許文献１に記載された従来の導電性高分子アクチュエータを示すものである。図１０Ａにおいて、導電性高分子膜であるポリアニリン膜体５０ａ、５０ｂにより固体電解質成形体５１を挟み込む構成となっている。スイッチ５２をオンすることで、電源５３において設定された電位差がポリアニリン膜体５０ａ、５０ｂ間に与えられ、図１０Ｂに示されるように、一方のポリアニリン膜体５０ｂには陰イオン５４が挿入されて伸長し、他方のポリアニリン膜体５０ａからは陰イオン５４が離脱して収縮し、結果としてバイモルフ型の変形が発生するようになる。電位差が逆の場合には、図１０Ｃに示すように、図１０Ｂとは逆方向に変形する。
　この構成では、電極として作用する二つの導電性高分子膜５０ａ，５０ｂの変位量の差により変形を発生させているが、一方で、電解質托体層を液体もしくはゲル状の物質とすることで、両電極の影響がお互いに影響しないようにし、片方の導電性高分子の変位のみを取り出して伸縮変形を行うアクチュエータとする構成も知られている。この場合、変形に利用しない電極については、導電性高分子である必要はなく、主に金属電極が用いられているが、金属電極上に導電性高分子を設けることも可能である。
　このような導電性高分子アクチュエータは、１．５Ｖ～３．０Ｖの比較的低電圧で筋肉に匹敵するような応力を発生することから、人工筋肉としての実用化が期待されている。
　なお、液体もしくはゲル状の電解質托体層としては、室温で溶融している塩として定義されるイオン液体が使用される。イオン液体は新たな機能性液体として注目されているが、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウム又はビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが知られており、陽イオンと陰イオンの電荷が非局在化することで両者間のクーロン力が小さく、室温で液体であり得る。蒸気圧が低く蒸発損失がほとんど無く、難燃性であり、熱及び酸化安定性に優れるものが多く、潤滑性能も高い。このイオン液体を絶縁シートに塗布する、或いは、イオン液体自身をゲル化することで、電解質托体層を形成させる。
　また、導電性高分子が膜状であることから、導電性高分子膜を筒形状に構成することで導電性高分子膜の座屈を防止し、剛性を持たせることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図１１Ａに示すように、伸長と収縮の２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂを円周方向に交互に並べて、各々がクロスするように、内側筒状部材６１ａと外側筒状部材６１ｂの端部に連結させることにより、２種の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの導電性高分子膜の一方の導電性高分子膜の伸長時に片方の導電性高分子膜が負荷を負担することで、剛性を持たせている。図１１Ｂには、円周方向の導電性高分子膜６０ａ及び６０ｂの配置の一例を示している。さらに、図１１Ｃに示すように、この筒状部材を導電性高分子６２ａ及び６２ｂで構成して、変位量を増大させる方法も示されている。
　さらに、図１２に示すように、導電性高分子膜７０ａ及び７０ｂをクロスして積層した構成において、一方の膨張方向変位を他方の収縮方向変位に相互変換するリンク機構７１により接続することで、予圧を与える必要なく、伸長方向の駆動力と、収縮方向の剛性を持つアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
　さらに、図１３Ａ～図１３Ｂに示すように、伸長と収縮の両方で、伸長方向及び収縮方向の剛性を維持して変位量を拡大できる圧電アクチュエータが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平１１－１６９３９３号公報 特開２００６－１２５３９６号公報 特許第３８１７２５９号公報 特開昭６３－２８９９７５号公報
　しかしながら、前述した構成のアクチュエータにも課題がある。
　特許文献１の方法では、バイモルフ型の変形を利用するために、さらに導電性高分子膜を積層させることによる変位の拡大、或いは、応力の拡大を自由に変更することが困難である。変位の拡大には、導電性高分子膜の長さを変え、応力の拡大には導電性高分子膜の幅を拡大することは可能であるが、複数枚の導電性高分子膜を積層することは不可能である。隣接する導電性高分子膜の極性が反対のため電気的ショートが生じ、また隣接する導電性高分子膜の伸縮が逆のため摩擦抵抗により応力と変位の低下が生じる等の理由から、積層が困難である構成である。
　特許文献２の方法では、導電性高分子膜を筒形状にして剛性を持たせた上で、図１１Ａに示すように筒状部材６１ａ，６１ｂの円周方向に伸長と収縮する２種類の膜６０ａ，６０ｂを幅方向に交互に並べた構成となっているため、特許文献１の図１０Ａに示すような導電性高分子膜が厚さ方向に面で対向して配置されている場合と大きく異なり、電解質托体層を介しての効率的なイオンの挿入及び離脱が困難であるという課題を有している。これは、図１１Ｂに示すような配置ではなくて、もっと円周方向に高い密度で配置したと仮定しても、隣接する導電性高分子膜間でのイオンの移動は、高分子膜が面で対向する構成と比し、効率が低下する。従って、アクチュエータとして十分な応力と変位を出力することが困難である。また、図１１Ｃに示された構成では、具体的な筒状部材に相当する支持体に関する記述がないため、導電性高分子膜６２ａ及び６２ｂの座屈が発生するため、アクチュエータとしては機能しない。
　特許文献３の方法では、図１２に示したように、伸長と収縮の両方で、予圧を与えることなく伸長方向の駆動力と収縮方向の剛性を実現できているが、駆動力の取り出せる方向が垂直に交差する２方向に分散している点、及び積層する導電性高分子の膜７０ａ及び７０ｂの枚数を増加させても変位は増加しないという欠点がある。
　特許文献４の方法では、図１３Ａと図１３Ｂに示したように、伸長と収縮の両方で、伸長方向および収縮方向の剛性を維持して変位量を拡大できている。しかし。これは圧電と呼ばれる固体を使用して場合であり、もし導電性高分子膜を用いて構成した場合には、図１３Ｃに示したように、座屈するという欠点がある。導電性高分子膜が固体ではなく、膜状のため、両端から引張時はテンションが掛かるが、逆に両端から圧縮応力が掛かる場合には座屈してしまうためである。つまり、図１３Ａの構成では、伸張方向も収縮方向も剛性を維持できない。
　本発明の目的は、上記従来の課題を解決するもので、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により、変位を拡大することができる平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
　本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
　対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
　対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
　対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
　対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
　上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本発明の第５態様によれば、電解質托体層と、
　上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
　上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
　上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
　上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本構成によって、変位の収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することができる。
　本発明の平板積層型導電性高分子アクチュエータによれば、変位の収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することができる。
　本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図１Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの第１固定部材の構成を示した正面図であり、 図１Ｂは、図１ＡのＢ－Ｂ線断面側面図であり、 図１Ｃは、本発明の上記第１実施形態における上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの第２固定部材の構成を示した正面図であり、 図１Ｄは、図１ＣのＤ－Ｄ線断面側面図であり、 図１Ｄは、本発明の上記第１実施形態における上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した正面図であり、 図１Ｆは、図１ＥのＦ－Ｆ線断面側面図であり、 図１Ｇは、図１ＥのＧ－Ｇ線断面側面図であり、 図２Ａは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を説明するための図であり、 図２Ｂは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、 図２Ｃは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、 図３Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を説明するための図であり、 図３Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を示した図であり、 図３Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの積層構成、電圧と変位を示した図であり、 図４Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図４Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図４Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図５Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、 図５Ｂは、図５ＡのＢ－Ｂ線断面側面図であり、 図５Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、 図５Ｄは、図５ＣのＤ－Ｄ線断面側面図であり、 図５Ｅは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、 図５Ｆは、図５ＥのＦ－Ｆ線断面側面図であり、 図６Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、 図６Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、 図６Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの電圧と変位の方向を示した図であり、 図７Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図７Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図７Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図８Ａは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図８Ｂは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図８Ｃは、本発明の第３実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの駆動力の外部へ出す構成を示した図であり、 図９Ａは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、 図９Ｂは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、 図９Ｃは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、 図９Ｄは、本発明の第２実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータの実施例を示した図であり、 図１０Ａは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、 図１０Ｂは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、 図１０Ｃは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、電圧と変位の方向を示した図であり、 図１１Ａは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、 図１１Ｂは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、 図１１Ｃは、従来の導電性高分子アクチュエータの構成、変位の方向を示した図であり、 図１２は、従来の導電性高分子アクチュエータの構成を示した図であり、 図１３Ａは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図であり、 図１３Ｂは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図であり、 図１３Ｃは、従来の積層型アクチュエータの構成を示した図である。
　本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
　以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
　本発明の第１態様によれば、第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
　対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
　対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
　対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
　対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
　上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本発明の第２態様によれば、上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜とが同じ長さであり、
　上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材とが同じ長さであり、
　上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜との長さは、上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材との長さより短い、第１の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本発明の第３態様によれば、上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、第１又は２の態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本発明の第４態様によれば、第１～３のいずれかの態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本発明の第５態様によれば、電解質托体層と、
　上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
　上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
　上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
　上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本発明の第６態様によれば、上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さで構成している第５の態様に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　本発明の第７態様によれば、第５又は６の態様に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
　隣接する少なくとも二つ以上の上記平板型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
　上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータを提供する。
　（第１実施形態）
　図１Ａ～図１Ｇは、本発明の第１実施形態における平板積層型導電性高分子アクチュエータ１４の構成を示した図である。
　図１Ａ～図１Ｇにおいて、前記平板積層型導電性高分子アクチュエータ１４は、図１Ａと図１Ｂの大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成される第１固定部材１ａと、図１Ｃと図１Ｄの大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成される第２固定部材１ｂと、第１導電性高分子膜２ａと、第２導電性高分子膜２ｂと、電解質托体層３とで構成されている。
　第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとは、それぞれ、酸化還元反応に伴って膨張収縮変形する導電性高分子製の矩形、例えば長方形の伸縮体で、膜状の部材である。
　導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みはそれぞれ５μｍから３０μｍ程度であるのが望ましい。材質にも大きく依存するが、導電性高分子膜２ａ、２ｂの厚みは、５μｍより薄いと強度的に弱く、３０μｍより厚いと内部までイオンの出入りが困難となるため発生変位が小さくなり、同時に動作速度も低下するため、適切ではない。第１実施形態の１つの実例では、厚さ１５μｍ、長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。また、前記実例において、電解質托体層３は厚さ４０μｍであり、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂは各々の厚さが１００μｍのテフロン（登録商標）シートを使用した。さらに後述するが、数十μｍ程度の余裕が必要となることから、前記実例において、図１の構成で厚さは２９０μｍであった。
　図１Ｅ～図１Ｇにおいて、上記電解質托体層３を介して第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが対面するように配置されている。ここで、図１Ｅ～図１Ｇに示すように、図１Ｅ～図１Ｇの上部側で、第１導電性高分子膜２ａの第１端部２ａ－１と第２導電性高分子膜２ｂの第１端部２ｂ－１が上記電解質托体層３を介して対向している。図１Ｅ～図１Ｇの下部側で、第１導電性高分子膜２ａの第２端部２ａ－２と第２導電性高分子膜２ｂの第２端部２ｂ－２が上記電解質托体層３を介して対向している。
　第１固定部材１ａは、図１Ａと図１Ｂに示すように、大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成されており、上端の横長の矩形の第１端部１ａ－１と、下端の横長の矩形の第２端部１ａ－２と、第１端部１ａ－１と第２端部１ａ－２とを連結する縦長の矩形の連結部１ａ－３とを有している。第１固定部材１ａは、第１端部１ａ－１と第２端部１ａ－２と連結部１ａ－３とが同一平面に含まれる平面的な構造ではなく、第１端部１ａ－１と第２端部１ａ－２とは異なる平面内に位置し、第１端部１ａ－１と第２端部１ａ－２とを連結部１ａ－３で連結して構成している。より詳しくは、第１固定部材１ａは、第１端部１ａ－１を含む平面よりも、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけ、第１固定部材１ａの厚さ方向に異なる平面に第２端部１ａ－２が位置し、かつ、第１端部１ａ－１と第２端部１ａ－２とを連結部１ａ－３で連結するように立体的に構成されている。一例として、ΔＴは後述するように、数十μｍ程度が好ましい。
　さらに、図１Ｅ～図１Ｇにおいて、上端側の第１固定部材１ａの第１端部１ａ－１は、上記第１導電性高分子膜２ａの上記第１端部２ａ－１の外面に接着剤１０を介して固定されている。下端側の第１固定部材１ａの第２端部１ａ－２は、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３と第２導電性高分子膜２ｂとの積層体の側部を乗り越えて、上記第２導電性高分子膜２ｂの上記第２端部２ｂ－２の外面に接着剤１３を介して固定されている。
　同様に、第２固定部材１ｂは、図１Ｃと図１Ｄに示すように、第１固定部材１ａとは逆方向に向いた大略コ字状（Ｃ字状）の板部材で構成されており、上端の横長の矩形の第１端部１ｂ－１と、下端の横長の矩形の第２端部１ｂ－２と、第１端部１ｂ－１と第２端部１ｂ－２とを連結する縦長の矩形の連結部１ｂ－３とを有している。第２固定部材１ｂは、第１端部１ｂ－１と第２端部１ｂ－２と連結部１ｂ－３とが同一平面に含まれる平面的な構造ではなく、第１端部１ｂ－１と第２端部１ｂ－２とは異なる平面内に位置し、第１端部１ｂ－１と第２端部１ｂ－２とを連結部１ｂ－３で連結して構成している。より詳しくは、第２固定部材１ｂは、第１端部１ｂ－１を含む平面よりも、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけ、第２固定部材１ｂの厚さ方向に異なる平面に第２端部１ｂ－２が位置し、かつ、第１端部１ｂ－１と第２端部１ｂ－２とを連結部１ｂ－３で連結するように立体的に構成されている。一例として、ΔＴは後述するように、数十μｍ程度が好ましい。
　さらに、図１Ｅ～図１Ｇにおいて、上端側の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ－１は、上記第２導電性高分子膜２ｂの上記第１端部２ｂ－１の外面に接着剤１２を介して固定されている。下端側の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ－２は、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３と第２導電性高分子膜２ｂとの積層体の側部を乗り越えて、上記第１導電性高分子膜２ａの上記第２端部２ａ－２の外面に接着剤１１を介して固定されている。
　上記したように、第１固定部材１ａ及び第２固定部材１ｂは、それぞれ、第１端部１ａ－１，１ｂ－１の内面（導電性高分子膜固定側の面）と第２端部１ａ－２，１ｂ－２の内面（導電性高分子膜固定側の面）との間の距離は、少なくとも第１導電性高分子膜２ａの厚さＴ２ａと電解質托体層３の厚さＴ３と第２導電性高分子膜２ｂの厚さＴ２ｂとの合計寸法Ｔ（＝Ｔ２ａ＋Ｔ３＋Ｔ２ｂ）よりも少し大きな寸法Ｌ（例えばΔＴだけ大きい場合には、Ｌ＝Ｔ＋ΔＴ）だけの間隔を確保するようにしている。その理由は、上記距離が上記合計寸法Ｔ以下の場合には、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとにより、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３とに圧力が加わった状態で、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３とが接することになり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがそれぞれ伸縮する際の抵抗が急増して、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのそれぞれの変位量が低下することが発生する。それを防止するために、第１導電性高分子膜２ａと電解質托体層３との間及び第２導電性高分子膜２ｂと電解質托体層３との間に、それぞれ又は合計数十μｍ程度の微小な間隙が存在する程度の接触が実現するように構成するのが望ましい。
　ここで、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用することが多い。
　図２Ａには、第１導電性高分子膜２ａの一端（例えば上端）及び他端（例えば下端）と、第２導電性高分子膜２ｂの一端（例えば上端）及び他端（例えば下端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３を備えて、アクチュエータ１４を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間に電位差を付与可能に構成している。アクチュエータ１４の駆動前においては、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとのそれぞれの剛性により、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがそれぞれ大略伸張された状態で保持されている。そのため、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂは座屈することなく、また第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの長手方向に対して垂直な方向（第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの厚み方向）からの外力Ｆ（図１Ｇ参照）に対しても、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの張力により一定に保持されている。
　このような構成では、図２Ｂ及び図２Ｃのように、スイッチ３２をオンにすることにより、酸化還元反応により第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの変位により、アクチュエータ１４の外部へ駆動力を出力することができる。例えば、図２Ｂでは、図２Ａの状態と比較して、第１導電性高分子膜２ａがその長手方向沿いに膨張するとともに第２導電性高分子膜２ｂが長手方向沿いに収縮して、第１固定部材１ａが上昇する一方、第２固定部材１ｂが下降している。逆に、図２Ｃでは、図２Ａの状態と比較して、第１導電性高分子膜２ａがその長手方向沿いに収縮するとともに第２導電性高分子膜２ｂが長手方向沿いに膨張して、第１固定部材１ａが下降する一方、第２固定部材１ｂが上昇している。よって、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの上昇又は下降による変位により、アクチュエータ１４の外部へ駆動力を出力することができる。
　なお、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとは、それぞれ絶縁材料であることが望ましく、ピーク材又はテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）が適しており、後述する第２実施形態のように、複数のアクチュエータ１４が隣接配置する構成を含めると、接触して動作する際の摩擦抵抗が小さいテフロン（登録商標）が最適である。また、後述するイオン液体に溶ける性質を持つアクリル等は、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの材料としては不適である。
　また、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとは、それぞれ、膨張収縮の変位量が大きいことから、ポリピロールが使用することが多いが、長期的には空気中の酸素で酸化して導電性能が低下することが懸念されるので、ポリピロールよりも、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等のチオフェン系材料が望ましい。チオフェン系材料の場合、成膜プロセスとしては、キャスティングと電解重合との２種類が存在する。前者ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（スチレンスルホン酸のポリマー）を用いて水溶性の状態から乾燥することで成膜可能であり、後者ではＥＤＯＴ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）分子を含めた溶液中にて電気化学プロセスで合成して成膜が可能である。
　また、接着剤１０，１１，１２，１３には、普及しているエポキシ系接着剤が多用できる。
　また、電解質托体層３として、セパレータには電気二重層キャパシタ等に使用されるセルロースをベースにしたものを使用できる。また、電解質托体層３のイオン液体としては、ＢＭＩＭ・ＴＦＳＩ、つまり、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドがあるが、ポリピロール又はＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）での伸縮性能を向上するため、ＥＭＩ・ＴＦＳＩ、つまり、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドを使用することができる。
　また、可変直流電源３３では、電解質托体層３の上記イオン液体の電位窓の関係で、±１．５Ｖ程度で使用することができる。この電圧は、使用する導電性高分子膜又はイオン液体の種類によって、その耐久性を加味して変えるべきものである。
　なお、以上の材料は、一例であって、本発明は、これらに限定するものではない。
　上記した第１実施形態の構成によれば、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの両端を第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとで固定していることにより、膨張と収縮の両方で常時にテンションを維持しつつ動作することができており、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとの変位に関して、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有することを可能とすることができる。
　なお、第１実施形態において、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとを同じ長さで構成しているが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの厚さ又は材料が異なる組み合わせによって、酸化還元反応による第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と収縮の変位が等しくなるように構成されていることとしても良い。
　なお、第１実施形態において、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの接続には、接着剤１０，１１，１２，１３を使用しているが、別途、接着剤を使用するのではなく、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのそれぞれの生成時のキャスティングプロセスにおける硬化時に、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとを接続するか、或いは、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの電気化学重合プロセスにおける析出時に、これらの接続を行うこととしても良い。或いは、別途部材を設けて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとを挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。
　なお、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用すると説明したが、ビーズを混入させて潤滑性を維持しつつ電気的短絡を防止したり、或いはゲル化したイオン液体を使用して、セパレータを省略したりする方法でも良い。ゲル化にはＰＤＶＦ（ポリフッ化ビニリデン）を混入させる方法等が存在する。
　（第２実施形態）
　図３は、本発明の第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１６の構成を示した図である。図３において、図１Ａ～図１Ｇ及び図２Ａ～図２Ｃと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
　図３Ａにおいて、第２実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１６は、以下のような構成としている。
　すなわち、第１実施形態に記載の平板型導電性高分子アクチュエータ１４を１個の構成単位として、複数個のアクチュエータ１４を並列的に配置して、アクチュエータ１６を構成している。そして、複数個のアクチュエータ１４の各々を、上記電解質托体層３と同じ構成の連結用電解質托体層３Ａを介して接続している。さらに、隣接する少なくとも二つ以上の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の一方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ－１の外面と他方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ－１の外面とを接着剤１７にて接続する。また、一方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ－２の外面と他方の平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第２端部１ａ－２の外面とを接着剤１７にて接続する。この接着剤１７は、一例として、上記接着剤１０～１３と同じ接着剤である。
　図３Ａには、各平板型導電性高分子アクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａの他端（例えば下端）と第２導電性高分子膜２ｂの一端（例えば上端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３を備えて、各アクチュエータ１４、従ってアクチュエータ１６を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間のそれぞれに電位差を付与可能に構成している。
　このような構成では、図３Ｂ及び図３Ｃのように、スイッチ３２をオンにすることにより、酸化還元反応により第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂの変位により、アクチュエータ１６の外部へ駆動力を出すことができる点は、第１実施形態と同様であるが、新しく隣接して、接着剤１７にて接続することにより、電解質托体層３Ａを介して対面する、隣接する２つのアクチュエータ１４のうちの一方のアクチュエータ１４の第２導電性高分子膜２ｂと他方のアクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａとの間でも電位差による酸化還元反応が生じることによって、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と伸縮の変位量を増加させることができる。ここでは、１つのアクチュエータ１４の一対の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの変位をδとし、その４対のアクチュエータ１４を接着剤１７でそれぞれ接続したことによって、δ×４＝４δに増加した変位が得られている。
　図４Ａ及び図４Ｂには、増加した変位をアクチュエータ１６の外部へ駆動力として出すために、出力部４ａを設けたケーシング３４に、又は、出力部４ａと４ｂとを設けたケーシング３４に、それぞれアクチュエータ１６を収納した場合を示している。変位の大きさは、出力部４ａ、４ｂを設ける第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとにより異なる。
　図４Ａでは、アクチュエータ１６の一端部（図４Ａでは左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ－１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ１６の他端部（図４Ａでは右端部）のアクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第２端部１ｂ－２の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ１６が駆動されると、アクチュエータ１６の変位により、出力部４ａがケーシング３４に対して図４Ａの上下方向に自在に移動する。
　また、図４Ｂでは、アクチュエータ１６の一端部（図では左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ－１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ１６の他端部（図では右端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第２端部１ａ－２の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。また、アクチュエータ１６の一端部（図では左端部）から２番目のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ－１に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｂを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ１６が駆動されると、アクチュエータ１６の変位により、出力部４ａと出力部４ｂとがケーシング３４に対してそれぞれ図４Ｂの上下方向に自在に移動する。
　なお、図４Ｃには、１つのアクチュエータ１４の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの間に与える電位差の極性を、積層したアクチュエータ１８の全体のうちの半分の位置で、変えた組み合わせの事例である。すなわち、アクチュエータ１８は、上記したアクチュエータ１４と、電位差の極性を変えたアクチュエータ１４Ａとで構成されている。アクチュエータ１８の一端部（図４Ｃでは左端部）のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ－１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定している。アクチュエータ１８の他端部（図４Ｃでは右端部）のアクチュエータ１４Ａの第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ－１の外面とケーシング３４とを固定具３５で固定している。また、図４Ｃの左側の３個のアクチュエータ１４と右側の３個のアクチュエータ１４との連結部分である、左側から３番目のアクチュエータ１４の第２固定部材１ｂの第１端部１ｂ－１の外面と左側から４番目のアクチュエータ１４の第１固定部材１ａの第１端部１ａ－１の外面との接続部分に固定された出力部４ｃを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に長手方向沿いに突出させている。このように構成して、ケーシング３４に対して上下方向に自在に移動可能としている。図４Ｃに設けた全ての第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの枚数が図４Ａと比して２倍ではあるが、変位の増加効果はその半分（すなわち、１倍）となり、変位は図４Ａの出力部４ａと同様である。しかし、出力部４ｃでの駆動力は出力部４ａの２倍である。このような使い方も可能である事例である。
　かかる構成によれば、接着剤１７で接続することによって、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂの個々の変位が加算されることにより、全体の変位量が増加することとなり、大きな変位を有する平板積層型導電性高分子アクチュエータ１８を提供することができる。
　なお、第２実施形態において、１つの構成単位のアクチュエータ１４同士を接続するための接着剤１７として、接着剤を使用しているが、別途部材を設けて挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。すなわち、接着剤の変形例としては、第１実施形態で説明したような変形例を第２実施形態にも適用することが可能である。
　なお、電解質托体層３としては、隣接する第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気的短絡を防止するために、セパレータにイオン液体を含ませたものを使用したが、ビーズを混入させて潤滑性を維持しつつ電気的短絡を防止したり、或いはゲル化したイオン液体を使用してセパレータを省略したりする方法でも良い。
　（第３実施形態）
　図５Ａ～図５Ｆは、本発明の第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６の構成を示した図である。図５Ａ～図５Ｆにおいて、図１Ａ～図４Ｃと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
　図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄにおいて、第１実施形態にて設けた第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとが矩形板状の第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂでそれぞれ構成され、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの中にイオン液体がそれぞれ注入することによって電解質托体層３と同様な役割をそれぞれ果たす構成となっている。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの周辺部（例えば、長手方向沿いの長辺部分（図５Ａと図５Ｃの両側縁部分））３ａｓ、３ｂｓには硬化剤をそれぞれ含ませて強度を増加させて、座屈等を防ぐ構成となっている。ここで、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄに示した、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの幅方向の周辺部（例えば、幅方向沿いの短辺部分（図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄの上端部分））３ａｄと３ｂｄには硬化剤を含ませており、この硬化剤については、後述する。
　次に、図５Ｆのように、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとのジクザク状の接続には、接着剤４０、４１、４２を使用し、特に、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａの接続では、その間隔を維持するために、スペーサ５を介して、接着剤４３で接続している。すなわち、図５Ｆにおいて、第１導電性高分子膜２ａの下端部の内面と第１多孔質部材３ａの下端部の外面とを接着剤４０を介して接続している。第１多孔質部材３ａの上端部の硬化剤含有の幅方向の周辺部３ａｄの内面と第２導電性高分子膜２ｂの上端部の対向面とを接着剤４１を介して接続している。第２導電性高分子膜２ｂの下端部の外面と第２多孔質部材３ｂの下端部の内面とを接着剤４２を介して接続している。スペーサ５と、第１多孔質部材３ａの上端と第２導電性高分子膜２ｂの上端との間に隙間１９を確保した上で、スペーサ５の一方の外面に第１導電性高分子膜２ａの上端部の内面を接着剤４３を介して接続している。スペーサ５の他方の外面に第２多孔質部材３ｂの上端部の内面を接着剤４４を介して接続している。よって、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとは長手方向の寸法が大略同じであり、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａとは長手方向の寸法が大略同じであり、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとの長手方向の寸法は、第２多孔質部材３ｂと第１導電性高分子膜２ａとの長手方向の寸法より短く構成されている。第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法は同じであり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの幅方向の寸法は同じであり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの幅方向の寸法は、第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法より小さく構成している。スペーサ５の幅方向の寸法は第１多孔質部材３ａと第２多孔質部材３ｂとの幅方向の寸法と同じに構成している。スペーサ５の厚さは、第１多孔質部材３ａの厚さと第２導電性高分子膜２ｂの厚さと接着剤４０，４１，４２の厚さとの合計厚さと大略同じか、それ以上（例えば、数十μｍ程度だけ大きい寸法）としている。これについては、後述する。
　また、図５Ｆにおいて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの変位量が等しいことが重要である。そのために、各々の部材の材料、膜の厚さも、変位量に影響を受けるパラメータであるが、最も大きく影響するのは、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂとの接触している長さである。図５Ｆに２本の破線Ｄで示した間隔ＤＤが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが伸縮する部分（言い換えれば、接着剤で接着固定されてる部分を除く伸縮可能な部分）の長さを示している。接着剤４０、４１、４２の存在する部分では、イオン液体の通過が困難であり、かつ、固定されているために伸縮も不可能である。また、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの、硬化剤を含む両側縁部分３ａｓ、３ｂｓには、イオン液体が存在し得ない。そこで、間隔ＤＤ以外の部分での伸縮を防止するために、第１多孔質部材３ａにおける第２導電性高分子膜２ｂとの接着剤４１による接続部分（すなわち、第１多孔質部材３ａの上端部の幅方向の周辺部）３ａｄ内には、硬化剤を含ませている。その結果、間隔ＤＤのみが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとがイオン液体と接して伸縮することが可能な長さであり、この長さの部分の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの変位量で、第３実施形態の平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６が駆動することができるようになる。
　さらに、この間隔ＤＤでの伸縮作用を、後述する図７Ａ～図７Ｃに示すように複数のアクチュエータ４６を隣接して配置して１つのアクチュエータ４７を構成する場合にも有効とするために、図５Ｆに示すように、第２多孔質部材３ｂにおける、第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとを接着剤４１で接続する部分（第２導電性高分子膜２ｂの上端部分）に対向する部分３ｂｄ内に硬化剤を含ませている。なお、図７Ａ～図７Ｃに示すように複数のアクチュエータ４６を隣接して配置しない場合には、図６Ａなどに示すように、部分３ｂｄ内に硬化剤を含ませる必要は無い。
　図６Ａには、スイッチ３２と可変直流電源３３とを備えて、図５Ｆのアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間に電位差を付与可能な構成を示している。すなわち、平板型導電性高分子アクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの長手方向の両端（例えば上下端）と第２導電性高分子膜２ｂの長手方向の両端（例えば上下端）との間に、スイッチ３２と可変直流電源３３とを備えて、アクチュエータ４６を駆動可能に、すなわち、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの間のそれぞれに電位差を付与可能に構成している。
　このような構成では、図６Ｂ及び図６Ｃのように、酸化還元反応により、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂのうちの一方の導電性高分子膜が膨張、或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮、或いは膨張する。その結果、図６Ａ～図６Ｃに示したように、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの変位により、アクチュエータ４６の外部へ駆動力を出力することができる点は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
　また、図７Ａ～図７Ｃに示すように、複数のアクチュエータ４６を並列して隣接して配置し、板状の剛性のあるリンク部材６にて、隣接する一対のアクチュエータ４６のうちの一方のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂと他方のアクチュエータ４６の第１多孔質部材３ａとを接続するように構成することもできる。
　このような構成によっては、隣接する一対のアクチュエータ４６のうちの一方のアクチュエータ４６（例えば、左端のアクチュエータ４６）の第２多孔質部材３ｂを介して対面する、一方のアクチュエータ４６（例えば、左端のアクチュエータ４６）第２導電性高分子膜２ｂと、他方のアクチュエータ４６（例えば、左端から２番目のアクチュエータ４６）の第１導電性高分子膜２ａとの間でも電位差による酸化還元反応が生じる。このことによって、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの膨張と伸縮の変位量は増加する。ここでは、１つのアクチュエータ４６の一対の第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの変位をδとし、その４対のアクチュエータ４６をリンク部材６でそれぞれ接続したことによって、δ×４＝４δに増加した変位が得られている。
　なお、図７Ａ～図７Ｃの可変直流電源３３からの配線においては、図６Ａ～図６Ｃの場合と異なり、各アクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの長手方向の一端（例えば上端）と各アクチュエータ４６の第２導電性高分子膜２ｂの長手方向の他端（例えば下端）との片方のみに、スイッチ３２と可変直流電源３３とを接続している。これは配線が増加することにより、＋或いは－の各配線の短絡を防止するために行っているが、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとが十分な導電性を有するため、変位量への影響は小さい。
　なお、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂのそれぞれの材料としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等をベースにした、０．１μｍ～０．５μｍの開口率を有するフィルタ材料等が使用可能である。ここでは、一例として、０．４５μｍの開口率のものを使用することができる。また、同様なフィルタ材料としてはテフロン（登録商標）も存在するが、後述する硬化剤又は接着剤の選択が困難となってくる。
　また、硬化剤を含む両側縁部分３ａｓ、３ｂｓを形成するための硬化剤としては、接着剤４０、４１、４２、４３と同様に、前述した接着剤１０，１１，１２，１３と同じように、普及しているエポキシ系接着剤を使用することができる。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂの幅方向の周辺部３ａｄと３ｂｄの硬化剤も同様に、エポキシ系接着剤を使用することができる。
　また、接着剤４４も同様に、エポキシ系接着剤を使用することができる。
　また、スペーサ５及びリンク部材６としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）の板材を使用することができるが、多孔質のフィルタでも代用可能である。
　なお、第１実施形態と同じ材料については省略している。
　以上の材料は、一例であって、本発明は、これらに限定するものではない。
　かかる構成によれば、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂとが第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂでそれぞれ構成され、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂが電解質托体層３を兼ねることによって、電解質托体層３を無くすことできて、構成部品が減少することにより、アクチュエータ全体の厚さが減少することとなり、積層して大きな変位を有する構成でも、全体の厚さを薄くすることができる平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６を提供することができる。さらに、隣接する平板積層型導電性高分子アクチュエータを増加させることにより、個々の変位が加算されることにより、全体の変位量が増加することとなり、大きな変位を有する平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６を提供することができる。
　その結果、第３実施形態での平板積層型導電性高分子アクチュエータ４６の駆動力をアクチュエータ４６の外部へ出す構成として図８Ａ～図８Ｃに示す。すなわち、図８Ａ～図８Ｃには、上記した大きな変位をアクチュエータ４６の外部へ駆動力として出すために、出力部４ａ又は４ｂ又は４ｃを設けたケーシング３４に、それぞれアクチュエータ４６を収納した場合を示している。変位の大きさは、出力部４ａを設ける第２多孔質部材３ａと、出力部４ａ及び４ｂを設ける第２多孔質部材３ａと、出力部４ｃを設けるリンク部材６とにより異なる。
　図８Ａでは、アクチュエータ４７の一端部（図８Ａでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ａでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの他端部（下端部）の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ４６が駆動されると、アクチュエータ４６の変位により、出力部４ａがケーシング３４に対して図８Ａの上下方向に自在に移動する。
　また、図８Ｂでは、アクチュエータ４６の一端部（図８Ｂでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ｂでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの他端部（下端部）の外面に突出して固定した出力部４ａを、ケーシング３４の開口３４ａからケーシング３４の外部に突出させている。また、アクチュエータ４７の一端部（図８Ｂでは左端部）から２番目のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの一端部（図８Ｂでは上端）に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｂを、ケーシング３４の開口３４ｂからケーシング３４の外部に突出させている。よって、アクチュエータ４７が駆動されると、アクチュエータ４７の変位により、出力部４ａと出力部４ｂとがケーシング３４に対してそれぞれ図８Ｂの上下方向に自在に移動する。
　図８Ｃには、アクチュエータ４６の一端部（図８Ｂでは左端部）のアクチュエータ４６の第１導電性高分子膜２ａの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定し、アクチュエータ４７の他端部（図８Ｂでは右端部）のアクチュエータ４６の第２多孔質部材３ｂの一端部（上端部）とケーシング３４とを固定具３５で固定している。また、アクチュエータ４７の一端部（図８Ｂでは左端部）から３番目のアクチュエータ４６のリンク部材６に厚さ方向と直交する長手方向沿いに突出して固定した出力部４ｃを、ケーシング３４の開口３４ｃからケーシング３４の外部に下向きに突出させている。よって、アクチュエータ４７が駆動されると、アクチュエータ４７の変位により、出力部４ｃがケーシング３４に対してそれぞれ図８Ｃの上下方向に自在に移動する。
　このように構成することにより、前述の第２実施形態における図４Ａ～図４Ｃとは異なり、平板積層型導電性高分子アクチュエータ全体の厚さが薄くなっていることによって、ケーシング３４も薄くなっていることも大きな特徴である。
　なお、第３実施形態において、第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂと第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの接続には、接着剤４０、４１、４２、４３を使用しているが、別途、接着剤を使用するのではなく、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂとの生成時のキャスティングプロセスにおける硬化時に接続するか、或いは第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの電気化学重合プロセスにおける析出時に接続することとしても良い。或いは、別途部材を設けて、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂと第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂとを挟み込む等の機械的な接続方法でも良い。
　また、図５Ｄに示したスペーサ５の厚さに関して記載するが、図５Ｆの構成において、第１導電性高分子膜２ａと第２多孔質部材３ｂとの間に存在する第１多孔質部材３ａと第２導電性高分子膜２ｂとの合計厚さ以上が望ましい。その合計厚さ未満の場合には、第１導電性高分子膜２ａと、第１多孔質部材３ａと、第２導電性高分子膜２ｂと、第２多孔質部材３ｂとが、圧力が加わった状態で接することになり、伸縮する際の抵抗が急増して変位量が低下することが発生する。それを防止するために、各々の間隙として数十μｍ程度の微小な間隙が存在する程度の接触が実現するように構成するのが望ましい。
　第３実施形態の１つの実例では、第１実施形態と同様に、厚さ１５μｍの導電性高分子膜２ａ、２ｂを使用している。また、多孔質部材３ａ、３ｂには多孔質のテフロン（登録商標）材料を用いることで、厚さは約１００μｍである。つまり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍである。さらに上記の数十μｍ程度の微小な間隙が存在するように配慮することから、図５Ｅの構成で厚さは２３０μｍに２０μｍ加えて、２５０μｍである。
　なお、第１及び第２多孔質部材３ａ，３ｂの周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含ませて構成しているが、強度の向上による座屈の防止のために、別部材を第１若しくは第２多孔質部材３ａ若しくは３ｂの表面に設けた構成としても良い。
　図９Ａには、ロボットハンド９０に関する特許第３７２３８１８号における図３Ａを引用したものである。駆動源となるアクチュエータ３－１、３－２、３－３が記載されているが、これらのアクチュエータの部品として、本発明の上記平板積層型導電性高分子アクチュエータの一例である前述の図４Ａから図４Ｃで示したような構成、特に図４Ｃの組み合わせを基本的な構成で使用することで、導電性高分子膜の単膜では実現が困難な、大きな応力を提供することが省スペースで実現可能である。
　具体的には、図９Ｂ及び図９Ｃに示した平面型多関節駆動機構のようにアクチュエータ３－１、３－２が伸縮することにより、指１００を曲げたり伸ばしたり可能となる。この構成において、後述するように平板積層型導電性高分子アクチュエータとして応力又は変位量の増加が必要であるが、さらにここでは骨材１－１、１－２、１－３と、連結部材２を有しており、その厚さ方向のトルクにより、指１００を屈曲させている。
　より詳細な説明として、図９Ｄに示したように、図９Ｂ及び図９Ｃの平面型多関節駆動機構をモデル化して実寸を記入している。このモデルにおいて、実際の設計数値の一例について説明する。このロボットハンドにより、軽重量物として１００ｇｆのものを把持するとする。この際に必要な把持力は、ロボットハンドの表面素材にも依存するが、約２０ｇｒと想定した。その結果、荷重と支点間の距離５０ｍｍに対して、厚さ方向の支点間の距離２．５ｍｍから平面型多関節駆動機構における変位拡大率は、２０倍とみなせる。よって、応力は２０分の一になるため、把持力２０ｇｆを出力するには、アクチュエータ３－２からは、４００ｇｆの応力が必要となる。逆に、把持するための必要変位量を１関節当たり１０ｍｍ程度と仮定し、アクチュエータ３－２の変位量は２０分の一の０．５ｍｍだけでよい。
　一方、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、図４Ｃの構成を用いた。ただし、把持に必要な応力と変位量のために、図４Ｃにおいては図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ３個を図３Ａの構成で、それら２組を図４Ｃの構成にすることで、変位量３倍、応力２倍にしていたが、図９Ｄにおいては、図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータ１０個を図３Ａの構成で、その５組を図４Ｃの構成にすることで、変位量１０倍の０．５ｍｍ、応力は５倍の４００ｇｆに設計した。なお、ここで導電性高分子膜の一例としての応力は幅５ｍｍにて約４０ｇｆは得られるので、今回の図９Ａでは幅が２倍の１０ｍｍを適用し約８０ｇｆとし、さらに電圧印加時の発生変位は約２．０％とし、図１の長さ２５ｍｍの場合にδは約５００μｍの変位量、つまり図１の平板積層型導電性高分子アクチュエータが一組で、変位量はδの０．０５ｍｍの変位量が得られるものとした。なお、変位量に関しては、加えられる外力としての応力、および電圧印加する時間に依存するが、ここでは主に電圧印加する時間に大きく影響を受けたので、その時間は１秒以上１分以内で許容しつつ所定の変位量に達成した時間で制御することとして行った。
　以上の一例において、使用される平板積層型導電性高分子アクチュエータの概寸は、幅は１０ｍｍ、長手方向は約５０ｍｍ強であるが、厚さ方向は１４ｍｍ程度となる。厚さに関しては、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍ、電解質托体層３は厚さ４０μｍであり、第１固定部材１ａと第２固定部材１ｂは各々の厚さが１００μｍのテフロン（登録商標）シートを使用し、前述の数十μｍ程度の余裕を加えてたことから、図１の構成で厚さは２９０μｍであった。その構成の厚さ２９０μｍのもの１０個を５組、つまり５０個使用するので、トータルの厚さは約１５ｍｍとなっている。人の手のサイズと比し、少し長く太い指１００にて、ロボットハンド９０が実現できた。
　また、平板積層型導電性高分子アクチュエータとしては、図５Ｅの構成を用いた場合には、厚さ方向は薄くできた。第１及び第２多孔質部材３ａ、３ｂには多孔質のテフロン（登録商標）材料を用いることで、厚さは約１００μｍである。つまり、第１導電性高分子膜２ａと第２導電性高分子膜２ｂの各々の厚さは１５μｍである。さらに前述した数十μｍ程度の微小な間隙が存在するように配慮することから、図５Ｅの構成で厚さは２３０μｍに２０μｍ加えて、２５０μｍであった。その構成の厚さ２５０μｍのもの１０個を５組、つまり５０個使用するので、トータルの厚さは約１３ｍｍとなった。
　さらに、図９Ａにおいて指１００は２本が対面して計４本の構成であるが、人間の手のように親指と概略対面して４本の指が並んでおり、親指が変位は小さいが応力が必要となり、概略対面する４本は変位量は大きい場合が考えられる。この構成では、親指に応力重視の平板積層型導電性高分子アクチュエータを使用し、他の指は応力は４分の一で良いので変位量を４倍にして、手として全体をバランスさせることも考えられる。その場合にも、親指に概略対面する他の４本すべてが必ずしも同時に動作する必要性もなく、電圧制御により人差し指から小指に向けて順に電圧を印加することも可能である。さらに、各々の指においても関節があり、根元から順に先端を変位させることなども容易に実現可能である。
　なお、親指等で指の幅に余裕があり、かつ非常に大きな応力が必要な場合には、平板積層型導電性高分子アクチュエータを、単純に導電性高分子膜の幅の方向に並列に設置することで、応力は設置数に応じ比例して増大できることは言うまでもない。
　なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
　本発明にかかる平板積層型導電性高分子アクチュエータは、収縮方向及び伸長方向の双方向において剛性及び駆動力を有し、積層により変位を拡大、或いは応力を拡大できるもので、電解質托体層を介して収縮及び伸長する導電性高分子膜が面で対向する構成により省エネ、省スペースな効率的駆動が可能なアクチュエータを得ることができるものであり、人工筋肉アクチュエータ等として有用であるとともに、それを用いてロボットのロボットアーム又はロボットハンドの駆動部等として有用である。また、前述の特性に加えて、静音、軽量、省電力であることから、ノートパソコン又は携帯電話の冷却用ポンプの駆動部として、或いはモバイル端末機器のレンズアクチュエータ等の用途にも応用できる。
　本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims (7)

  1. 　第１導電性高分子膜と、板状の第１多孔質部材と、第２導電性高分子膜と、板状の第２多孔質部材とが積層されて構成され、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材は、それぞれ、多孔質部材内にイオン液体が注入することによって電解質托体層を兼ねる機能を有し、
    　対面する上記第１多孔質部材の第１端部と上記第２導電性高分子膜の第１端部とが接続され、
    　対面する上記第１導電性高分子膜の第１端部と上記第２多孔質部材の第１端部とがスペーサを介して接続され、
    　対面する上記第１多孔質部材の第２端部と上記第１導電性高分子膜の第２端部とが接続され、
    　対面する上記第２導電性高分子膜の第２端部と上記第２多孔質部材の第２端部とが接続されて、
    　上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜のうちの一方の導電性高分子膜が膨張或いは収縮し、他方の導電性高分子膜が収縮或いは膨張し、上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材との変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
  2. 　上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜とが同じ長さであり、
    　上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材とが同じ長さであり、
    　上記第１多孔質部材と上記第２導電性高分子膜との長さは、上記第１導電性高分子膜と上記第２多孔質部材との長さより短い、請求項１に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
  3. 　上記多孔質部材の周辺部の少なくとも一部に硬化剤を含むように構成する、請求項１又は２に記載の平板型導電性高分子アクチュエータ。
  4. 　請求項１又は２に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、隣接するアクチュエータの上記第１多孔質部材と上記第２多孔質部材と同士をリンク部材で接続している、平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
  5. 　電解質托体層と、
    　上記電解質托体層を介して第１端部同士及び第２端部同士がそれぞれ対面するように配置された第１導電性高分子膜と第２導電性高分子膜と、
    　上記第１導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第２導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第１固定部材と、
    　上記第２導電性高分子膜の上記第１端部の外面に固定される第１端部と、上記第１導電性高分子膜の上記第２端部の外面に固定される第２端部とを結合する第２固定部材とを備え、
    　上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の間に電位差を与えることにより、酸化還元反応により上記第１導電性高分子膜と上記第２導電性高分子膜の一方が膨張、或いは収縮し、他方が収縮、或いは膨張し、上記第１固定部材と上記第２固定部材の変位により外部へ駆動力を出すように構成する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
  6. 　上記第１及び第２の導電性高分子膜を同じ長さで構成している請求項５に記載の平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
  7. 　請求項５又は６に記載の平板型導電性高分子アクチュエータを複数備え、各々を、電解質托体層を介して接続している、導電性高分子膜の間に電位差を与えることによる酸化還元反応により、隣接する導電性高分子膜の一方が膨張或いは収縮し、他方が収縮或いは膨張するように構成し、
    　隣接する少なくとも二つ以上の上記平板型導電性高分子アクチュエータの一方のアクチュエータの第２固定部材と他方のアクチュエータの第１固定部材とを接続する接着剤を備え、
    　上記接着剤で接続することによって上記変位が加算されて増加する平板積層型導電性高分子アクチュエータ。
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