[发明专利]导电性高分子致动器件、导电性高分子致动器的控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及可以通过电信号进行动作并用于人工肌肉或电子部件等的导电性高分子致动器件、导电性高分子致动器的控制装置及控制方法。

背景技术

以高分子为原材料的致动器，由于具有量轻、柔软性、无动作音等特征，所以期待成为人工肌肉或微器件的动作机构的器件。其中，使用聚吡咯或聚苯胺等导电性高分子作为驱动材料的基于电化学的伸缩的器件，与生物体的肌肉相比有发生能量增大的可能性，作为可以实现实用性的器件动作的高分子致动器件被提出。

由导电性高分子构成的致动器的动作，通过向导电性高分子施加电压或电流，从电解质向导电性高分子掺杂离子或进行脱掺杂而使导电性高分子伸缩来产生对器件进行驱动的位移，由此进行。

作为以这样的机制动作的由导电性高分子构成的致动器的特征之一，具有位移的记忆性。即，离子因为施加电压而进入导电性高分子中，产生了伸缩所致的位移的状态即便切断电压也被保持。之所以产生该现象，是因为只要不施加电位则离子就难以活动，所以在未施加反向偏置的电位时，位于导电性高分子内的离子未从导电性高分子中出来。通过该特征，要保持致动器的位移并不需要能量，省能量的动作成为可能。需要说明的是，将切断由电源和致动器构成的电路的布线的任一点表述为“切断电压”。

在这里，为了提高导电性高分子致动器的控制精度，准确探测导电性高分子的位移状态即长度的状态是不可或缺的。即，需要对伴随导电性高分子的伸缩变化而产生的长度变化进行检测，边探测驱动部分的位置信息(位移)边进行控制。然而，由导电性高分子构成的致动器具有如下特征，即在对控制电极施加电压而如上所述产生位移时，具有记忆性。但是，在导电性高分子内存在的离子难以脱掉，但存在些许量的离子从导电性高分子内脱掉而缓和的倾向。因此，仅通过驱动的施加电压进行控制时，位移量由于其位置信息存在偏差，控制性的精度降低。综上，为了高精度控制导电性高分子的致动器，需要通过驱动的施加电压以外的信号对导电性高分子的状态进行检测。

关于该检测，以往有通过检测导电性高分子的电传导率来检测导电性高分子膜的长度来进行控制(参考专利文献1)。

图20示出专利文献1中记载的导电性高分子致动器的构成。

图20中，是由导电性高分子构成的导电性高分子膜部2401和对置电极部2404隔着由高分子固体电解质层构成的电解质部2402而对置的器件构成，与导电性高分子膜部2401相接而形成内场探测电极2405，由此对该导电性高分子膜部2401所致的位移状态进行计量。

通过对控制电极2403和对置电极2404之间施加电压，使该致动器进行动作。导电性高分子膜部2401和电解质部2402进行面接触。即，导电性高分子膜部2401层叠在电解质部2402上。

在图20中，高分子致动器件，通过对控制电极2403和对置电极2404之间施加驱动电信号，由此，在电解质部2402存在的可动性负离子进入导电性高分子膜部2401的导电性高分子膜发生电化学性地氧化反应，而使导电性高分子膜部2401伸长，据此可以使致动器弯曲，致动器通过该位移进行动作。此时，由导电性高分子层构成的导电性高分子膜部2401，可动性离子发生氧化反应而进行了掺杂，电子传导性升高。此时，利用一对内场探测电极2405对导电性高分子的电传导率的变化进行计量，由此以电的方式对致动器整体的位移状态进行监控。

专利文献1：特开2006-129541号公报

如前所述，为了提高由导电性高分子构成的致动器的控制的精度，准确检测出致动器的位移状态或位置信息等是不可或缺的。即，需要检测出导电性高分子的伸缩状态所致的位移，边探测驱动部分的变化量的信息边进行控制。由导电性高分子构成的致动器具有如下特征：如上所述，对导电性高分子施加电压而产生了位移之后，即便切断电压，在导电性高分子内存在的离子也难以脱掉，位移被保持为大致恒定(记忆性)。但是，在切断了电压的状态下，些许量的离子难以从导电性高分子内脱掉，所以有位置稍微变化的倾向。在这样的情况下，仅通过驱动的施加电压进行控制时，存在所谓位移量引起其位置信息存在偏差而控制性的精度降低的课题。特别是就导电性高分子致动器而言，在断开驱动电压的状态下长时间放置之后，在重新开始施加驱动电压的情况下，从与断开驱动电压之前有很大不同的位置重新开始致动器的动作，因此难以进行准确的控制。在这里，将切断由电源和致动器构成的电路的布线的任一点表述为“断开电压”或“切断电压”或“使电压开路”。