專利名稱：高分子致動器及高分子致動器搭載設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在對電極間施加電位差時就產(chǎn)生變形的致動器，尤其涉及伴隨電場引 起的離子的移動產(chǎn)生變形的高分子致動器。
背景技術(shù)：
以往，作為高分子致動器之一，公知有具備離子交換樹脂層和在該離子交換樹脂 層的表面以相互絕緣的狀態(tài)形成的金屬電極層的離子傳導(dǎo)致動器(例如，下述專利文獻 1)。該高分子致動器通過在金屬電極層之間施加電位差而在離子交換樹脂層上產(chǎn)生彎曲及 變形，從而作為致動器發(fā)揮功能。另外，還公知有將由離子液體和碳素納米管構(gòu)成的凝膠用于電極層的致動器(例 如，下述專利文獻2)。專利文獻1 日本特開平11-235064號公報專利文獻2 日本特開2005-176428號公報圖6示出由基底基板4的連接部如等夾持構(gòu)成圖5所示的高分子致動器1的電 極3、3的上下面、將高分子致動器1的端部固定支承的狀態(tài)。然而，當(dāng)這樣由基底基板4夾持高分子致動器1等而對高分子致動器1沿厚度方 向施加強壓力時，由于高分子致動器1由軟的材質(zhì)構(gòu)成，因此電極3及電解質(zhì)層2被壓潰而 電極3、3的間隔T1變小。由于該間隔減小了的支承部的電場強度比變位動作部的電場強度 提高，因此離子移動容易集中，其結(jié)果是，產(chǎn)生伴隨動作變位量、變位的驅(qū)動力降低等問題。 并且，由于間隔Tl減少而絕緣性容易被損壞，且恒定的漏泄電流增加，產(chǎn)生消耗電力增加、 伴隨彎曲變位量及彎曲的驅(qū)動力降低等致動器特性降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明用于解決上述現(xiàn)有的問題，尤其以提供一種改良支承部的結(jié)構(gòu)且提 高了致動器特性的高分子致動器為目的。本發(fā)明提供一種高分子致動器，其具有電解質(zhì)層和在所述電解質(zhì)層的厚度方向的 兩面設(shè)置的一對電極，且在對所述一對電極間施加電壓時產(chǎn)生變形，所述高分子致動器的 特征在于，所述高分子致動器具備支承部和變形部，所述支承部處的所述電極間的間隔比所 述變形部處的所述電極間的間隔大。由此，在由基底基板的連接部夾持支承部而將支承部固定時等，即使對支承部沿 厚度方向作用有壓力，也能夠容易將支承部的電極間的間隔保持得比以往寬，能夠抑制向 支承部的無用的離子移動的集中、抑制漏泄電流的增加等。因此，與以往相比，能夠使伴隨 變位動作量、變位的驅(qū)動力變大，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)可減少消耗電力等致動器特性的提高。在本發(fā)明中，優(yōu)選所述支承部處的所述電解質(zhì)層的厚度比所述變形部處的所述電 解質(zhì)層的厚度大。由此，即使沿厚度方向作用強壓力，也能夠通過簡單的方式更加有效地抑制電極間的間隔的減少，能夠?qū)崿F(xiàn)致動器特性的提高。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述支承部處的所述電極的厚度比所述變形部處的所述 電極的厚度大。由此，即使沿厚度方向作用強壓力，支承部的電極受到的力增加，支承部的 電解質(zhì)層也難以被壓潰。因此，與以往相比，能夠有效地抑制向支承部的無用的離子移動的 集中、抑制電極間的間隔的減少，能夠更適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)致動器的特性的提高。另外，本發(fā)明提供具備所述高分子致動器的設(shè)備，其特征在于，通過利用導(dǎo)電固定 構(gòu)件支承所述高分子致動器的所述支承部來固定所述高分子致動器，并且向所述電極通 電。以所述支承部的厚度尺寸比其未被固定的狀態(tài)下的厚度尺寸小的方式對所述支承部施 加壓力而進行支承。在本發(fā)明中，對支承部沿厚度方向施加壓力，即使電解質(zhì)層及電極沿厚度方向被 略微壓潰，與以往相比，也能夠?qū)⒅С胁刻幍碾姌O間的間隔保持得比以往大。因此，與以往 相比，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)致動器特性的提高。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的高分子致動器，在由基底基板的連接部夾持支承部而將支承部固定 時等，即使對支承部沿厚度方向作用有壓力，也能夠容易將支承部的電極間的間隔保持得 比以往寬，能夠抑制向支承部的無用的離子移動的集中、抑制漏泄電流的增加等。因此，與 以往相比，能夠使伴隨變位動作量、變位的驅(qū)動力變大，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠減少消耗電力 等致動器特性的提高。
具體實施例方式圖1是從厚度方向剖開本實施方式的高分子致動器的剖視圖，圖2是將圖1所示 的高分子致動器的支承部固定支承后的剖視圖。圖3、圖4是表示本實施方式的變形例的高 分子致動器的剖視圖。本實施方式的高分子致動器10具備電解質(zhì)層11、在電解質(zhì)層11的厚度方向的兩 側(cè)表面形成的電極12、12。電解質(zhì)層11例如包括離子交換樹脂、含有鹽的分極性有機溶劑或作為離子液體 的液態(tài)有機化合物。離子交換樹脂優(yōu)選為陽離子交換樹脂。由此，固定陰離子，且陽離子能 夠自由地移動。當(dāng)使用陽離子交換樹脂時，優(yōu)選將高分子致動器10的彎曲變位量形成得 大。作為陽離子交換樹脂，可以優(yōu)選使用在聚乙烯、聚苯乙烯、氟樹脂等樹脂中導(dǎo)入磺基、羧 基的官能團而形成的樹脂。電極12、12通過鍍敷或濺射等在電解質(zhì)層11的兩表面形成金或白金等電極材料 而形成。作為鍍敷，優(yōu)選使用非電解鍍?；蛘?，電極12、12也可以與電解質(zhì)層11相同，在樹脂結(jié)構(gòu)中混合導(dǎo)電性填料。作 為導(dǎo)電性填料，可以提示出碳素納米管或碳素納米纖維等。例如，通過將電解質(zhì)板和裝入有 導(dǎo)電填料的電極板重疊，能夠形成三層結(jié)構(gòu)薄膜的高分子致動器10。另外，作為另一具體例子，可以提示出由電解質(zhì)層11和電極12、12構(gòu)成的高分子 致動器10，其中電解質(zhì)層11由離子液體和樹脂材料構(gòu)成，電極12、12由碳素納米管等導(dǎo)電 性填料、離子液體及樹脂材料構(gòu)成。作為樹脂材料，可以提示出聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基 丙烯酸甲酯(PMMA)等。在該具體例中，由于在電解質(zhì)層11內(nèi)不含有離子交換樹脂，因此陽離子及陰離子都成為能夠自由移動的狀態(tài)。對于本實施方式的電解質(zhì)層11及電極12的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制作方法等，沒有特別的 限定，只要是具備電解質(zhì)層11和在其兩表面形成的電極12、12，并且在對一對電極12、12間 施加電壓時就發(fā)生彎曲等變位的高分子致動器即可，與電解質(zhì)層11及電極12的方式無關(guān)。在對構(gòu)成高分子致動器10的電極12、12間施加電壓時，由于電解質(zhì)層11內(nèi)的離 子移動等在電解質(zhì)層11的上下產(chǎn)生溶脹差，并產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，從而例如圖2的虛線所示，變 形部14向上方彎曲。在圖2的例子中，電解質(zhì)層11的下側(cè)的電極12為陰極，上側(cè)的電極 12為陽極。因離子移動在電極間產(chǎn)生溶脹差的原理通常不是一個，但代表性的原理主要原 因之一公知有由于陽離子與陰離子的半徑的差而在溶脹上產(chǎn)生差異。以下，說明本實施方式的高分子致動器10的特征的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，由具有電解質(zhì)層11和在其兩表面形成的電極12、12的剖面結(jié)構(gòu)形成 的高分子致動器10，為一體形成有支承部13和變形部14的結(jié)構(gòu)。高分子致動器10為從支 承部13到變形部14的朝向長度方向(Y方向)的尺寸比朝向?qū)挾确较?X方向)的尺寸及 朝向厚度方向(Z方向)的尺寸長的長方形狀。如圖1所示，支承部13處的電解質(zhì)層11的厚度T2比變形部14處的電解質(zhì)層11 的厚度T3厚。因此，支承部13處的電極12、12間的間隔( = T2)比變形部14處的電極 12、12間的間隔(=Τ3)大。因此，如圖2所示，通過基底基板15的連接部1 從電極12的上下夾持支承部 13，對支承部13沿寬度方向(Z方向)施加壓力，即使電解質(zhì)層11及電極12沿厚度方向被 略微壓潰，與以往相比，也能夠?qū)⒅С胁?3處的電極12、12間的間隔T4保持得比以往(參 照圖6)大。并且，如圖2所示，在將高分子致動器10的支承部13固定支承的狀態(tài)下，在對電 極12、12間施加電壓時，能夠抑制支承部13的部分的無用的離子移動的集中、抑制恒定的 泄漏電流的增大。其結(jié)果是，能夠降低變位量、驅(qū)動力的增大，能夠降低消耗電力。通過以 上，根據(jù)本實施方式，與以往相比，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)致動器特性的提高。支承部13處的電解質(zhì)層11的厚度T2為20 30 μ m左右，變形部14處的電解質(zhì) 層11的厚度T3為10 20 μ m左右，電極12、12的厚度為30 IOOym左右。圖3所示的實施方式的電解質(zhì)層11與圖1所示的電解質(zhì)層11相同，在支承部13 處的厚度T2比在變形部14處的厚度T3厚。此外，在圖3中，支承部13處的電極12的厚 度T5比變形部14處的電極12的厚度T6大。由此，在夾持支承部13的具有電極12、12的 兩側(cè)等而對支承部13施加壓力時，由厚度厚的電極12承受的力增加(由電極12吸收的力 增加)，能夠使支承部13的電解質(zhì)層11很難被壓潰。因此，能夠更有效地抑制電極12、12 間的間隔的減少，能夠?qū)崿F(xiàn)致動器特性的提高。在圖3所示的支承部13處的電極12的厚 度T5為40 110 μ m左右，在變形部14處的電極12的厚度T6為30 100 μ m左右。在圖4的實施方式中，電解質(zhì)層11的厚度T3從支承部13到變形部14是固定的。 在圖4所示的實施方式中，在支承部13的電解質(zhì)層11的兩表面設(shè)有絕緣性的間隔體20，從 間隔體20的兩表面到構(gòu)成變形部14的電解質(zhì)層11的兩表面形成電極12、12。通過這樣設(shè) 置間隔體20，能夠使支承部13處的電極12、12間的間隔T2形成得比變形部14處的電極 12,12間的間隔T3大。需要說明的是，間隔體可以為空間。
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圖2的高分子致動器10為一端被固定支承的懸臂梁結(jié)構(gòu)，但也能夠適用于高分子 致動器10的兩端被支承的方式。此時，可以由圖1、圖3、圖4中的任一種方式形成高分子 致動器10的兩端的支承部13。另外，在本實施方式的高分子致動器10中，除了將支承部 13如圖2那樣夾持于基底基板15使用以外，還能夠有效地使用于對支承部13沿厚度方向 施加壓力的普遍使用方式。如圖1、圖3所示，為了使電解質(zhì)層11的支承部13的厚度T2變厚，只要將電解質(zhì) 板在端部折疊而重疊或者在固定厚度的電解質(zhì)板的支承部13的部分兼帶不同體的電解質(zhì) 板，就能夠簡單地形成。


圖1是從厚度方向剖開本實施方式的高分子致動器的剖視圖。圖2是將圖1所示的高分子致動器的支承部固定支承后的剖視圖。圖3是表示本實施方式的變形例的高分子致動器的剖視圖。圖4是表示本實施方式的變形例的高分子致動器的剖視圖。圖5是從厚度方向剖開以往的高分子致動器的剖視圖。圖6是將圖5所示的高分子致動器的支承部固定支承后的剖視圖。符號說明10高分子致動器11電解質(zhì)層12電極13支承部14變形部15基底基板20間隔體
權(quán)利要求
1.一種高分子致動器，其具有電解質(zhì)層和在所述電解質(zhì)層的厚度方向的兩面設(shè)置的一 對電極，且在對所述一對電極間施加電壓時產(chǎn)生變形，所述高分子致動器的特征在于，所述高分子致動器具備支承部和變形部，所述支承部處的所述電極間的間隔比所述變 形部處的所述電極間的間隔大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子致動器，其特征在于，所述支承部處的所述電解質(zhì)層的厚度比所述變形部處的所述電解質(zhì)層的厚度大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高分子致動器，其特征在于，所述支承部處的所述電極的厚度比所述變形部處的所述電極的厚度大。
4.一種高分子致動器搭載設(shè)備，其具備權(quán)利要求1至3的高分子致動器，所述高分子致 動器搭載設(shè)備的特征在于，通過利用導(dǎo)電固定構(gòu)件支承所述高分子致動器的所述支承部來固定所述高分子致動 器，并且向所述電極通電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分子致動器搭載設(shè)備，其特征在于，以所述支承部的厚度尺寸比其未被固定的狀態(tài)下的厚度尺寸小的方式對所述支承部 施加壓力而進行支承。
全文摘要
本發(fā)明尤其以提供一種改良支承部的結(jié)構(gòu)且提高了致動器特性的高分子致動器為目的。該高分子致動器(10)具有電解質(zhì)層(11)和在電解質(zhì)層(11)的兩面設(shè)置的一對電極(12、12)，且在對所述一對電極(12、12)間施加電壓時產(chǎn)生變形，其中，所述高分子致動器(10)具備支承部(13)和變形部(14)，所述支承部(13)處的所述電極(12、12)間的間隔比所述變形部(14)處的所述電極(12、12)間的間隔大。
文檔編號H02N11/00GK102077457SQ20098012555
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者高橋功 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社