[發(fā)明專利]平板層疊型導電性高分子致動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080028882.2
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102474206A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 長光左千男;小野敦
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)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: 劉建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可以通過層疊來增大變位(位移)的平板層疊型導電性高分子致動器。

背景技術(shù)

隨著少子高齡化之類的社會背景，對家庭用機器人等在人附近動作的、或與人協(xié)作進行作業(yè)的機械的需求逐漸增高。此時，從對復雜的作業(yè)的溫柔動作、及與人碰撞時的安全性的觀點，對具有人肌肉那樣的柔軟特性的人工肌肉致動器的期待在提高。提出了作為人工肌肉致動器使用氣壓的致動器等的各種材料或控制方式。作為其中之一，近年來考察了使用導電性高分子的致動器。

作為以往的使用導電性高分子的致動器的一例，有利用雙壓電晶片型的變形(例如參照專利文獻1)。

圖10A、圖10B、圖10C示出上述專利文獻1中記載的以往的導電性高分子致動器。在圖10A中，其結(jié)構(gòu)是通過作為導電性高分子膜的聚苯胺膜體50a、50b夾入固體電解質(zhì)成型體51。通過接通開關(guān)52，在電源53設(shè)定的電位差被賦予給聚苯胺膜體50a、50b之間，如圖10B所示的那樣，陰離子54插入一方的聚苯胺膜體50b而伸長，陰離子54從另一方的聚苯胺膜體50a脫離而收縮，結(jié)果發(fā)生雙壓電晶片型的變形。在電位差相反的情況下，如圖10C所示，進行方向與圖10B相反的變形。

在該構(gòu)成中，通過作為電極起作用的兩個導電性高分子膜50a、50b的變位量的差使其發(fā)生變形，另一方面，通過使電解質(zhì)托體層(載體層)為液體或凝膠狀的物質(zhì)，為了使兩電極的影響不相互進行，已知使致動器構(gòu)成為僅取出單(方)側(cè)的導電性高分子的變位進行伸縮變形。此時，關(guān)于未用于變形的電極，不需要為導電性高分子，主要采用金屬電極，但也可以在金屬電極上設(shè)置導電性高分子。

這樣的導電性高分子致動器，在1.5V～3.0V的比較低的電壓下發(fā)生與肌肉匹敵的應力，因此可以期待其作為人工肌肉的實用化。

需要說明的是，作為液體或凝膠狀的電解質(zhì)托體層，使用定義為室溫下熔融的鹽的離子液體。離子液體作為新的功能性液體備受注意，但已知有1-丁基-3-甲基咪唑鎓或雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺，通過將陽離子和陰離子的電荷非局部化而使兩者間的庫倫力減小，能在室溫下為液體。多為蒸氣壓低、蒸發(fā)損失幾乎沒有、具有阻燃性且熱及氧化穩(wěn)定性出色的液體，潤滑性能也高。通過將該離子液體涂布在絕緣片上或?qū)㈦x子液體自身凝膠化，可以形成電解質(zhì)托體層。

另外，導電性高分子為膜狀，所以提出了通過使導電性高分子膜構(gòu)成為筒形狀來防止導電性高分子膜的壓曲，使其具有剛性(例如，參照專利文獻2)。如圖11A所示，使伸長和收縮的2種導電性高分子膜60a及60b在圓周方向上交替排列，按照各自交叉的方式與內(nèi)側(cè)筒狀構(gòu)件61a和外側(cè)筒狀構(gòu)件61b的端部連結(jié)，由此在2種導電性高分子膜60a及60b的導電性高分子膜的一方的導電性高分子膜進行伸長時，單側(cè)的導電性高分子膜負擔載荷，由此使其具有剛性。圖11B中示出圓周方向的導電性高分子膜60a及60b的配置的一例。進而，如圖11C所示，還示出由導電性高分子62a及62b構(gòu)成該筒狀構(gòu)件并使變位量增大的方法。

進而，如圖12所示，在由導電性高分子膜70a及70b交叉層疊得到的構(gòu)成中，提出了利用將一方的膨脹方向變位相互變換成另一方的收縮方向變位的聯(lián)桿機構(gòu)71加以連接，由此沒有必要施加預壓力而具有伸長方向的驅(qū)動力和收縮方向的剛性的致動器(例如，參照專利文獻3)。

進而，如圖13A～圖13B所示，提出了通過在伸長和收縮雙方都可以維持伸長方向及收縮方向的剛性并增大變位量的壓電致動器(例如參照專利文獻4)。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開平11-169393號公報

【專利文獻2】日本特開2006-125396號公報

【專利文獻3】日本專利第3817259號公報

【專利文獻4】日本特開昭63-289975號公報

但是，前述構(gòu)成的致動器也有問題。

在專利文獻1的方法中，由于利用雙壓電晶片型的變形，所以難以進一步自由變更由層疊導電性高分子膜所致的變位的增大或應力的增大。變位的增大能改變導電性高分子膜的長度，應力的增大能增大導電性高分子膜的寬度，但不可能層疊多片導電性高分子膜。由于相鄰的導電性高分子膜的極性相反，所以產(chǎn)生電短路，另外還由于相鄰的導電性高分子膜的伸縮相反，所以因為摩擦阻抗而產(chǎn)生應力和變位的下降，出于上述等理由，層疊難以進行。