[發明專利]聚合物致動器

無效

• 申請號: 201080003111.8
• 申請日: 2010-03-03
• 公開（公告）號: CN102204079A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 生島君彌;長光左千男;橫山和夫
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及通過電氣信號進行動作并能用于人工肌肉或微型機械等的由聚合物形成的聚合物致動器。

背景技術

以高分子(聚合物)為原材料的致動器，具有輕量、柔軟性、不發出動作音等特征，期待作為人工肌肉或微器件的動作機構的器件。其中，使用了聚吡咯或聚苯胺等導電性高分子作為驅動材料的基于電化學伸縮的器件，產生的能量有可能大于生物體的肌肉，提出了作為可以進行具有實用性的器件動作的高分子致動器器件。另外，使用了分散有碳系材料的具有導電性的聚合物材料、例如分散有碳納米管的導電性聚合物材料作為驅動材料的器件，也被期待作為具有較大發生力的致動器。

由導電性高分子構成的致動器的動作，通過向導電性高分子層施加電壓或電流，離子從電解質向導電性高分子層摻雜，或從導電性高分子層將離子脫摻雜，使導電性高分子層進行伸縮來驅動器件，使其發生位移由此來進行。

需要說明的是，電解伸縮的機制在于，作為摻雜劑的離子摻雜在導電性高分子層中及從導電性高分子層脫摻雜時發生電化學性的氧化反應及還原反應而進行伸縮。該伸縮現象考慮是隨著電化學反應，導電性高分子的高分子鏈的構象發生變化所致的要因、體積大的離子出入導電性高分子層內而使導電性高分子層發生膨脹及收縮的要因、或由于高分子鏈產生的同種電荷發生的靜電斥力的要因等。

作為聚合物致動器的例子，考慮在電解液浴(bath)中配置導電性高分子膜而進行驅動的結構的致動器。另外，作為與其不同的結構的致動器，有專利文獻1公開的致動器。在該結構中，使用柔軟的電解質使有源構件層和對置電極接近，由此可以增大有助于驅動的有源構件層的有效截面積。在這里，將有助于驅動的部分定義為有源構件層。

圖17A及圖17B是專利文獻1中記載的聚合物致動器的俯視圖和截面圖。

圖17A及圖17B所示的致動器，由平面薄型且長方體板形的由導電性聚合物構成的有源構件層103、和按照埋入該有源構件層103的厚度方向的大致中間部分的方式設置的不銹鋼等金屬的柔軟電極101a，構成第一電極層101。按照與該第一電極層101對置并離開的方式，將鋁箔等金屬的矩形板狀的第二電極層102分別配置在第一電極層101的厚度方向的兩側，按照與第二電極層102和導電性的有源構件層103相接的方式構成電解質層104a。在這樣的構成中，通過向第一電極層101和第二電極層102之間施加電壓，導電性的有源構件層103發生伸縮而實現作為致動器的動作。在這里，特別是電解質層104a，按照不會妨礙有源構件層103的伸縮動作的方式，成為彈性模量為3kN/m²以下的值的電解質。

在該致動器的長度方向的各端部，設置力作用部108作為第一電極層101的矩形板狀的延長部，在該力作用部108的與端緣相反側的圖案形成側設置有孔。在該孔中插入載荷鉤107的銷107a，可以使作用力108a確實可靠地作用于載荷鉤107。借助開關121從電源120向第一電極層101和第二電極層102之間施加電壓，由此有源構件層103在其長度方向、換言之伸縮方向(即致動器的驅動力的輸出方向)106的方向上伸縮，實現作為致動器的動作。

進而，為了將與上述有源構件層103相接的電解質層104密封在兩電極層101、102之間，以不妨礙力作用部108活動的柔軟的密封構件109覆蓋力作用部108以外的整體。可以通過密封構件109防止向電解質層104吸濕或防止外力所致的破損等而保持強度。作為密封構件109，例如縱向彈性模量為100kN/m²左右的柔軟有機硅系橡膠，進而成為不妨礙有源構件層103的伸縮的結構。

另外，在使其發生大的形變而進行動作時，為了防止層間剝離，具有以下的構成。

向有源構件層103和第二電極層102之間插入保持構件105a，從外部沿橫向用大致U字形的夾子105b夾著第二電極層102、第一電解質層104a、有源構件層103、第一電解質層104a和第二電極層102。保持構件105a具有保持有源構件層103和第二電極層102之間的厚度的功能。本致動器為平面薄型，作為該夾子105b，例如是將絕緣性塑料板形成為夾子狀而得到的夾子，通過夾著本致動器對保持構件105a進行按壓。

另外，專利文獻2中公開了在導電性膜和電解質板之間設置潤滑性電解質層，用潤滑性電解質層的材料自身具有的潤滑性使導電性膜和電解質板之間的滑動動作成為可能的構成。

另外，專利文獻3中公開了在電解質溶液中配置致動器膜和對置電極并向致動器膜和對置電極之間施加電壓，而使致動器膜伸縮的結構。

以往技術文獻