专利名称：高分子致动器及高分子致动器搭载设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在对电极间施加电位差时就产生变形的致动器，尤其涉及伴随电场引 起的离子的移动产生变形的高分子致动器。
背景技术：
以往，作为高分子致动器之一，公知有具备离子交换树脂层和在该离子交换树脂 层的表面以相互绝缘的状态形成的金属电极层的离子传导致动器(例如，下述专利文献 1)。该高分子致动器通过在金属电极层之间施加电位差而在离子交换树脂层上产生弯曲及 变形，从而作为致动器发挥功能。另外，还公知有将由离子液体和碳素纳米管构成的凝胶用于电极层的致动器(例 如，下述专利文献2)。专利文献1 日本特开平11-235064号公报专利文献2 日本特开2005-176428号公报图6示出由基底基板4的连接部如等夹持构成图5所示的高分子致动器1的电 极3、3的上下面、将高分子致动器1的端部固定支承的状态。然而，当这样由基底基板4夹持高分子致动器1等而对高分子致动器1沿厚度方 向施加强压力时，由于高分子致动器1由软的材质构成，因此电极3及电解质层2被压溃而 电极3、3的间隔T1变小。由于该间隔减小了的支承部的电场强度比变位动作部的电场强度 提高，因此离子移动容易集中，其结果是，产生伴随动作变位量、变位的驱动力降低等问题。 并且，由于间隔Tl减少而绝缘性容易被损坏，且恒定的漏泄电流增加，产生消耗电力增加、 伴随弯曲变位量及弯曲的驱动力降低等致动器特性降低的问题。
发明内容
因此，本发明用于解决上述现有的问题，尤其以提供一种改良支承部的结构且提 高了致动器特性的高分子致动器为目的。本发明提供一种高分子致动器，其具有电解质层和在所述电解质层的厚度方向的 两面设置的一对电极，且在对所述一对电极间施加电压时产生变形，所述高分子致动器的 特征在于，所述高分子致动器具备支承部和变形部，所述支承部处的所述电极间的间隔比所 述变形部处的所述电极间的间隔大。由此，在由基底基板的连接部夹持支承部而将支承部固定时等，即使对支承部沿 厚度方向作用有压力，也能够容易将支承部的电极间的间隔保持得比以往宽，能够抑制向 支承部的无用的离子移动的集中、抑制漏泄电流的增加等。因此，与以往相比，能够使伴随 变位动作量、变位的驱动力变大，并且，能够实现可减少消耗电力等致动器特性的提高。在本发明中，优选所述支承部处的所述电解质层的厚度比所述变形部处的所述电 解质层的厚度大。由此，即使沿厚度方向作用强压力，也能够通过简单的方式更加有效地抑制电极间的间隔的减少，能够实现致动器特性的提高。另外，在本发明中，优选所述支承部处的所述电极的厚度比所述变形部处的所述 电极的厚度大。由此，即使沿厚度方向作用强压力，支承部的电极受到的力增加，支承部的 电解质层也难以被压溃。因此，与以往相比，能够有效地抑制向支承部的无用的离子移动的 集中、抑制电极间的间隔的减少，能够更适当地实现致动器的特性的提高。另外，本发明提供具备所述高分子致动器的设备，其特征在于，通过利用导电固定 构件支承所述高分子致动器的所述支承部来固定所述高分子致动器，并且向所述电极通 电。以所述支承部的厚度尺寸比其未被固定的状态下的厚度尺寸小的方式对所述支承部施 加压力而进行支承。在本发明中，对支承部沿厚度方向施加压力，即使电解质层及电极沿厚度方向被 略微压溃，与以往相比，也能够将支承部处的电极间的间隔保持得比以往大。因此，与以往 相比，能够通过简单的结构适当地实现致动器特性的提高。(发明效果)根据本发明的高分子致动器，在由基底基板的连接部夹持支承部而将支承部固定 时等，即使对支承部沿厚度方向作用有压力，也能够容易将支承部的电极间的间隔保持得 比以往宽，能够抑制向支承部的无用的离子移动的集中、抑制漏泄电流的增加等。因此，与 以往相比，能够使伴随变位动作量、变位的驱动力变大，并且，能够实现能够减少消耗电力 等致动器特性的提高。
具体实施例方式图1是从厚度方向剖开本实施方式的高分子致动器的剖视图，图2是将图1所示 的高分子致动器的支承部固定支承后的剖视图。图3、图4是表示本实施方式的变形例的高 分子致动器的剖视图。本实施方式的高分子致动器10具备电解质层11、在电解质层11的厚度方向的两 侧表面形成的电极12、12。电解质层11例如包括离子交换树脂、含有盐的分极性有机溶剂或作为离子液体 的液态有机化合物。离子交换树脂优选为阳离子交换树脂。由此，固定阴离子，且阳离子能 够自由地移动。当使用阳离子交换树脂时，优选将高分子致动器10的弯曲变位量形成得 大。作为阳离子交换树脂，可以优选使用在聚乙烯、聚苯乙烯、氟树脂等树脂中导入磺基、羧 基的官能团而形成的树脂。电极12、12通过镀敷或溅射等在电解质层11的两表面形成金或白金等电极材料 而形成。作为镀敷，优选使用非电解镀。或者，电极12、12也可以与电解质层11相同，在树脂结构中混合导电性填料。作 为导电性填料，可以提示出碳素纳米管或碳素纳米纤维等。例如，通过将电解质板和装入有 导电填料的电极板重叠，能够形成三层结构薄膜的高分子致动器10。另外，作为另一具体例子，可以提示出由电解质层11和电极12、12构成的高分子 致动器10，其中电解质层11由离子液体和树脂材料构成，电极12、12由碳素纳米管等导电 性填料、离子液体及树脂材料构成。作为树脂材料，可以提示出聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基 丙烯酸甲酯(PMMA)等。在该具体例中，由于在电解质层11内不含有离子交换树脂，因此阳离子及阴离子都成为能够自由移动的状态。对于本实施方式的电解质层11及电极12的材质、结构、制作方法等，没有特别的 限定，只要是具备电解质层11和在其两表面形成的电极12、12，并且在对一对电极12、12间 施加电压时就发生弯曲等变位的高分子致动器即可，与电解质层11及电极12的方式无关。在对构成高分子致动器10的电极12、12间施加电压时，由于电解质层11内的离 子移动等在电解质层11的上下产生溶胀差，并产生弯曲应力，从而例如图2的虚线所示，变 形部14向上方弯曲。在图2的例子中，电解质层11的下侧的电极12为阴极，上侧的电极 12为阳极。因离子移动在电极间产生溶胀差的原理通常不是一个，但代表性的原理主要原 因之一公知有由于阳离子与阴离子的半径的差而在溶胀上产生差异。以下，说明本实施方式的高分子致动器10的特征的结构。如图1所示，由具有电解质层11和在其两表面形成的电极12、12的剖面结构形成 的高分子致动器10，为一体形成有支承部13和变形部14的结构。高分子致动器10为从支 承部13到变形部14的朝向长度方向(Y方向)的尺寸比朝向宽度方向(X方向)的尺寸及 朝向厚度方向(Z方向)的尺寸长的长方形状。如图1所示，支承部13处的电解质层11的厚度T2比变形部14处的电解质层11 的厚度T3厚。因此，支承部13处的电极12、12间的间隔( = T2)比变形部14处的电极 12、12间的间隔(=Τ3)大。因此，如图2所示，通过基底基板15的连接部1 从电极12的上下夹持支承部 13，对支承部13沿宽度方向(Z方向)施加压力，即使电解质层11及电极12沿厚度方向被 略微压溃，与以往相比，也能够将支承部13处的电极12、12间的间隔T4保持得比以往(参 照图6)大。并且，如图2所示，在将高分子致动器10的支承部13固定支承的状态下，在对电 极12、12间施加电压时，能够抑制支承部13的部分的无用的离子移动的集中、抑制恒定的 泄漏电流的增大。其结果是，能够降低变位量、驱动力的增大，能够降低消耗电力。通过以 上，根据本实施方式，与以往相比，能够通过简单的结构适当地实现致动器特性的提高。支承部13处的电解质层11的厚度T2为20 30 μ m左右，变形部14处的电解质 层11的厚度T3为10 20 μ m左右，电极12、12的厚度为30 IOOym左右。图3所示的实施方式的电解质层11与图1所示的电解质层11相同，在支承部13 处的厚度T2比在变形部14处的厚度T3厚。此外，在图3中，支承部13处的电极12的厚 度T5比变形部14处的电极12的厚度T6大。由此，在夹持支承部13的具有电极12、12的 两侧等而对支承部13施加压力时，由厚度厚的电极12承受的力增加(由电极12吸收的力 增加)，能够使支承部13的电解质层11很难被压溃。因此，能够更有效地抑制电极12、12 间的间隔的减少，能够实现致动器特性的提高。在图3所示的支承部13处的电极12的厚 度T5为40 110 μ m左右，在变形部14处的电极12的厚度T6为30 100 μ m左右。在图4的实施方式中，电解质层11的厚度T3从支承部13到变形部14是固定的。 在图4所示的实施方式中，在支承部13的电解质层11的两表面设有绝缘性的间隔体20，从 间隔体20的两表面到构成变形部14的电解质层11的两表面形成电极12、12。通过这样设 置间隔体20，能够使支承部13处的电极12、12间的间隔T2形成得比变形部14处的电极 12,12间的间隔T3大。需要说明的是，间隔体可以为空间。
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图2的高分子致动器10为一端被固定支承的悬臂梁结构，但也能够适用于高分子 致动器10的两端被支承的方式。此时，可以由图1、图3、图4中的任一种方式形成高分子 致动器10的两端的支承部13。另外，在本实施方式的高分子致动器10中，除了将支承部 13如图2那样夹持于基底基板15使用以外，还能够有效地使用于对支承部13沿厚度方向 施加压力的普遍使用方式。如图1、图3所示，为了使电解质层11的支承部13的厚度T2变厚，只要将电解质 板在端部折叠而重叠或者在固定厚度的电解质板的支承部13的部分兼带不同体的电解质 板，就能够简单地形成。
图1是从厚度方向剖开本实施方式的高分子致动器的剖视图。图2是将图1所示的高分子致动器的支承部固定支承后的剖视图。图3是表示本实施方式的变形例的高分子致动器的剖视图。图4是表示本实施方式的变形例的高分子致动器的剖视图。图5是从厚度方向剖开以往的高分子致动器的剖视图。图6是将图5所示的高分子致动器的支承部固定支承后的剖视图。符号说明10高分子致动器11电解质层12电极13支承部14变形部15基底基板20间隔体
权利要求
1.一种高分子致动器，其具有电解质层和在所述电解质层的厚度方向的两面设置的一 对电极，且在对所述一对电极间施加电压时产生变形，所述高分子致动器的特征在于，所述高分子致动器具备支承部和变形部，所述支承部处的所述电极间的间隔比所述变 形部处的所述电极间的间隔大。
2.根据权利要求1所述的高分子致动器，其特征在于，所述支承部处的所述电解质层的厚度比所述变形部处的所述电解质层的厚度大。
3.根据权利要求1或2所述的高分子致动器，其特征在于，所述支承部处的所述电极的厚度比所述变形部处的所述电极的厚度大。
4.一种高分子致动器搭载设备，其具备权利要求1至3的高分子致动器，所述高分子致 动器搭载设备的特征在于，通过利用导电固定构件支承所述高分子致动器的所述支承部来固定所述高分子致动 器，并且向所述电极通电。
5.根据权利要求4所述的高分子致动器搭载设备，其特征在于，以所述支承部的厚度尺寸比其未被固定的状态下的厚度尺寸小的方式对所述支承部 施加压力而进行支承。
全文摘要
本发明尤其以提供一种改良支承部的结构且提高了致动器特性的高分子致动器为目的。该高分子致动器(10)具有电解质层(11)和在电解质层(11)的两面设置的一对电极(12、12)，且在对所述一对电极(12、12)间施加电压时产生变形，其中，所述高分子致动器(10)具备支承部(13)和变形部(14)，所述支承部(13)处的所述电极(12、12)间的间隔比所述变形部(14)处的所述电极(12、12)间的间隔大。
文档编号H02N11/00GK102077457SQ20098012555
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年7月2日
发明者高桥功 申请人:阿尔卑斯电气株式会社