[发明专利]平板层叠型导电性高分子致动器

说明书

技术领域

本发明涉及可以通过层叠来增大变位(位移)的平板层叠型导电性高分子致动器。

背景技术

随着少子高龄化之类的社会背景，对家庭用机器人等在人附近动作的、或与人协作进行作业的机械的需求逐渐增高。此时，从对复杂的作业的温柔动作、及与人碰撞时的安全性的观点，对具有人肌肉那样的柔软特性的人工肌肉致动器的期待在提高。提出了作为人工肌肉致动器使用气压的致动器等的各种材料或控制方式。作为其中之一，近年来考察了使用导电性高分子的致动器。

作为以往的使用导电性高分子的致动器的一例，有利用双压电晶片型的变形(例如参照专利文献1)。

图10A、图10B、图10C示出上述专利文献1中记载的以往的导电性高分子致动器。在图10A中，其结构是通过作为导电性高分子膜的聚苯胺膜体50a、50b夹入固体电解质成型体51。通过接通开关52，在电源53设定的电位差被赋予给聚苯胺膜体50a、50b之间，如图10B所示的那样，阴离子54插入一方的聚苯胺膜体50b而伸长，阴离子54从另一方的聚苯胺膜体50a脱离而收缩，结果发生双压电晶片型的变形。在电位差相反的情况下，如图10C所示，进行方向与图10B相反的变形。

在该构成中，通过作为电极起作用的两个导电性高分子膜50a、50b的变位量的差使其发生变形，另一方面，通过使电解质托体层(载体层)为液体或凝胶状的物质，为了使两电极的影响不相互进行，已知使致动器构成为仅取出单(方)侧的导电性高分子的变位进行伸缩变形。此时，关于未用于变形的电极，不需要为导电性高分子，主要采用金属电极，但也可以在金属电极上设置导电性高分子。

这样的导电性高分子致动器，在1.5V～3.0V的比较低的电压下发生与肌肉匹敌的应力，因此可以期待其作为人工肌肉的实用化。

需要说明的是，作为液体或凝胶状的电解质托体层，使用定义为室温下熔融的盐的离子液体。离子液体作为新的功能性液体备受注意，但已知有1-丁基-3-甲基咪唑鎓或双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺，通过将阳离子和阴离子的电荷非局部化而使两者间的库伦力减小，能在室温下为液体。多为蒸气压低、蒸发损失几乎没有、具有阻燃性且热及氧化稳定性出色的液体，润滑性能也高。通过将该离子液体涂布在绝缘片上或将离子液体自身凝胶化，可以形成电解质托体层。

另外，导电性高分子为膜状，所以提出了通过使导电性高分子膜构成为筒形状来防止导电性高分子膜的压曲，使其具有刚性(例如，参照专利文献2)。如图11A所示，使伸长和收缩的2种导电性高分子膜60a及60b在圆周方向上交替排列，按照各自交叉的方式与内侧筒状构件61a和外侧筒状构件61b的端部连结，由此在2种导电性高分子膜60a及60b的导电性高分子膜的一方的导电性高分子膜进行伸长时，单侧的导电性高分子膜负担载荷，由此使其具有刚性。图11B中示出圆周方向的导电性高分子膜60a及60b的配置的一例。进而，如图11C所示，还示出由导电性高分子62a及62b构成该筒状构件并使变位量增大的方法。

进而，如图12所示，在由导电性高分子膜70a及70b交叉层叠得到的构成中，提出了利用将一方的膨胀方向变位相互变换成另一方的收缩方向变位的联杆机构71加以连接，由此没有必要施加预压力而具有伸长方向的驱动力和收缩方向的刚性的致动器(例如，参照专利文献3)。

进而，如图13A～图13B所示，提出了通过在伸长和收缩双方都可以维持伸长方向及收缩方向的刚性并增大变位量的压电致动器(例如参照专利文献4)。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平11-169393号公报

【专利文献2】日本特开2006-125396号公报

【专利文献3】日本专利第3817259号公报

【专利文献4】日本特开昭63-289975号公报

但是，前述构成的致动器也有问题。

在专利文献1的方法中，由于利用双压电晶片型的变形，所以难以进一步自由变更由层叠导电性高分子膜所致的变位的增大或应力的增大。变位的增大能改变导电性高分子膜的长度，应力的增大能增大导电性高分子膜的宽度，但不可能层叠多片导电性高分子膜。由于相邻的导电性高分子膜的极性相反，所以产生电短路，另外还由于相邻的导电性高分子膜的伸缩相反，所以因为摩擦阻抗而产生应力和变位的下降，出于上述等理由，层叠难以进行。