[發明專利]聚合物致動器

有效

• 申請號: 201380070289.8
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN104937735A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 福田武司;伊藤彩;安西弘行;羅志偉
• 申請（專利權）人: 東洋橡膠工業株式會社
• 主分類號: H01L41/193
• 分類號: H01L41/193;C08G18/61;H01L41/09;H02N11/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 蘇萌;鐘守期

技術領域

本發明涉及一種聚合物致動器，其具有優良的柔性和伸長率，彈性模量等特性的溫度依賴性小，并且具有高絕緣擊穿強度，而且其即使在低電場中也可以驅動。

背景技術

由高分子材料形成的聚合物致動器與例如陶瓷、金屬等材料形成的驅動器相比，具有輕質和柔性優良的特征。由于這些特征，聚合物致動器作為可應用于傳感器、光學開關、隔膜、盲文顯示、發電用途(例如波浪發電和鞋跟發電等)、工業用和護理用機器人、醫療器械等用途，并且即使與人皮膚直接接觸也能安全地運行的驅動器受到了極大關注。迄今為止，作為聚合物致動器，使用了離子交換膜、導電性聚合物、介電彈性體、高分子凝膠、水凝膠、碳納米管的聚合物致動器等各種聚合物致動器都曾被提出過。

然而，由于由離子交換膜、導電性聚合物、水凝膠形成的驅動器是由水或離子等的運動驅動的，因此難以在空氣中驅動。因此，提出了無需使用這種溶劑而使用了介電彈性體的聚合物致動器。但是，由于使用了介電彈性體的聚合物致動器用于變形的驅動電壓高，需要數千伏左右，因此為了實用化需要進一步降低驅動電壓。

因此，已提出了一種通過在聚氨酯彈性體等彈性體中使用多元醇作為在空氣中可驅動的新的高分子材料或通過添加高介電性溶劑而得到的聚合物致動器，其中，作為材料的多元醇為介電性多元醇或具有取代基的多元醇，所述取代基具有較強的偶極矩(專利文獻1至3)。

專利文獻1公開了一種聚氨酯彈性體驅動器，其為如下聚氨酯彈性體：具有介電性多元醇或具有含有取代基的多元醇，其中所述取代基具有較強的偶極矩，所述聚氨酯彈性體驅動器的特征在于，通過對所述聚氨酯彈性體施加直流電場，所述多元醇以電場方向定向。雖然通過優化使用材料的分子量等，使得該聚氨酯彈性體驅動器柔性提高并且可在低電場中驅動，但是該文獻卻沒有記載關于特性的溫度依賴性，另外由于多元醇的介電常數高，因此存在絕緣擊穿強度低的問題。

專利文獻2公開了一種高速響應聚氨酯凝膠驅動器，其為在介電性聚氨酯彈性體或者具有取代基的聚氨酯彈性體中含有介電性溶劑的聚氨酯凝膠狀物，其中所述取代基具有較強的偶極矩，所述高速響應聚氨酯凝膠驅動器的特征在于，通過施加直流電場，介電性分子或取代基以電場方向定向，凝膠的結構進行各向異性地變化。但是，雖然通過高介電性溶劑的使用，使得柔性提高并且可在低電場中驅動，但是由于上述溶劑那樣的低分子成分的影響，因此存在絕緣擊穿強度低的問題。

專利文獻3公開了一種適合用于例如驅動器、傳感器等變換器的介電膜，其由彈性體組合物交聯而成，其中所述彈性體組合物含有：分子中具有雜原子的彈性體和分子中具有雜原子并與該彈性體相溶的高介電常數液體化合物。但是，雖然通過高介電性溶劑的使用，使得柔性提高并且可在低電場中驅動，但是由于上述溶劑那樣的低分子成分的影響，因此存在絕緣擊穿強度低的問題。

因此，需要彈性模量等特性的溫度依賴性小、具有高絕緣擊穿強度，而且即使在低電場中也可以驅動，并且使用了介電性彈性體的聚合物致動器。

現有技術文獻：

專利文獻

專利文獻1：JP?6-85339?A

專利文獻2：JP?6-85338?A

專利文獻3：JP?2010-219380?A

發明內容

發明要解決的課題

本發明的目的是解決如上所述的以往的聚合物致動器所具有的問題點，提供一種柔性和伸長率優良、彈性模量等特性的溫度依賴性小，并且具有高絕緣擊穿強度，而且即使在低電場中也可以驅動的聚合物致動器。

解決課題的方法

本發明的發明人等為解決上述目的而努力研究的結果發現：通過在由在2個電極之間夾住聚合物電介質而成的聚合物致動器中，將上述聚合物電介質的以下參數規定在特定的范圍內，可以提供一種柔性和伸長率優良、彈性模量等特性的溫度依賴性小，并且具有高絕緣擊穿強度，而且即使在低電場中也可以驅動的聚合物致動器，從而完成本發明：按照動態粘彈性測定在頻率1Hz、溫度20℃下測定的儲能彈性模量E’(20℃)；按照動態粘彈性測定在頻率1Hz、溫度-20℃下測定的儲能彈性模量E’(-20℃)相對于E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]；及按照動態粘彈性測定在頻率1Hz、溫度40℃下測定的儲能彈性模量E’(40℃)相對于E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]。

即，本發明涉及聚合物致動器，其是由在2個電極之間夾住聚合物電介質而成的聚合物致動器，其特征在于，所述聚合物電介質的