專利名稱：促動器及促動器用平板狀電極支撐體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以適用于家庭用機(jī)械手等中的、因電刺激而變形的、柔軟而又輕量的平板薄形的促動器及平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法。
背景技術(shù)：
作為以往的產(chǎn)業(yè)用機(jī)械手的關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動源，使用電磁馬達(dá)、液壓促動器、氣壓促動器等。使用了這些驅(qū)動源的關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)有使用了由金屬主體構(gòu)成的電磁馬達(dá)和減速機(jī)構(gòu)的、使用了金屬制的液氣壓氣缸的等，其自身由硬而重的材質(zhì)制成，在工廠內(nèi)的特定的場所中被管理使用。
與之不同，被期待在家庭或辦公室、醫(yī)院等中因家務(wù)服務(wù)、辦公服務(wù)、高齡者或殘障者的護(hù)理服務(wù)等而在人之間活躍的機(jī)械手等機(jī)器的驅(qū)動源被要求為，驅(qū)動源自身小型、輕量并且柔軟而安全。
作為此種促動器，在所述氣壓式促動器之中，有富于柔軟性的橡膠制的氣壓式促動器，然而為了驅(qū)動，壓縮機(jī)或控制閥等輔機(jī)類也是必需的，從而在系統(tǒng)整體的輕量化方面有限制。
針對于此，提出過使用了輕量而富于柔軟性的各種聚合物材料的人工肌肉促動器，迫切期望它的實(shí)用化。
對于因電刺激而動作的聚合物促動器，在非專利文獻(xiàn)1(SG.Wax，R.R.Sands，Smart Structures And Materials 1999Electroactive PolymerAcutators and Devices，Proc.SPIE，Vol.3669，pp.2-10，1999.)中被作為主題演講而解說過。每年都進(jìn)行該領(lǐng)域的研討，積極地進(jìn)行研究。在高分子凝膠、金屬合成物離子聚合物、有機(jī)導(dǎo)電性聚合物、碳分散導(dǎo)電性聚合物、介電性彈性體等中，正在進(jìn)行因電刺激而驅(qū)動的聚合物促動器的研究。其中，有機(jī)導(dǎo)電性聚合物、碳分散導(dǎo)電性聚合物等導(dǎo)電性聚合物可以用比較低的電壓驅(qū)動，其產(chǎn)發(fā)應(yīng)力具有超過生物體的肌肉的能力，被期待作為具有輕量而柔軟的性質(zhì)的促動器。
作為導(dǎo)電性聚合物的例子，在專利文獻(xiàn)1(特開平11-169394號公報(bào))中，公布有在作為有機(jī)導(dǎo)電性聚合物的聚苯胺膜體中形成金屬電極并用固體電解質(zhì)成形體夾持的促動器。有機(jī)導(dǎo)電性聚合物自身由于具有導(dǎo)電性，因此也可以將它們作為電極而施加電壓，然而為了減少由導(dǎo)電性聚合物的電阻造成的電壓降低，形成了金屬電極。通過向這些電極間施加電壓，固體電解質(zhì)成形體中的陰離子從陰極向陽極移動，陰離子被摻雜到陽極的聚苯胺中而膨脹。另一方面，陰極側(cè)的聚苯胺受到相反的作用，即，陰離子被去摻雜，從而收縮。其結(jié)果是，由導(dǎo)電性聚合物和聚苯胺膜體構(gòu)成的該構(gòu)成的促動器發(fā)生彎曲。該動作是較薄的膜體彎曲的現(xiàn)象，雖然可以獲得很大的位移，然而由于彎曲剛性低，因此有無法引發(fā)很大的力的缺點(diǎn)。
作為并非彎曲變形，而是使導(dǎo)電性聚合物沿長邊方向伸縮變形的促動器，在非專利文獻(xiàn)2(Gordon G.Wallace etc.，Smart Structures And Materials2002Electroactive Polymer Actuators and Devices，Proc.SPIE，Vol.4695，pp.8-16，2002.)中公布有將金屬制的螺旋彈簧作為電極而在其中設(shè)置了有機(jī)導(dǎo)電性聚合物的例子。有機(jī)導(dǎo)電性聚合物為圓筒狀，在捆扎起來的情況下有生成產(chǎn)發(fā)力的有效截面積小的問題。另外，該例子中，為了將電解液密封，采用了將該帶有螺旋彈簧的圓筒狀聚合物收納于圓筒狀容器中的構(gòu)造，因而有效截面積進(jìn)一步變小。另外，力的作用部是在其中結(jié)合可動銷栓和彈簧的構(gòu)造，從而有制造方法十分復(fù)雜的問題。
另外，專利文獻(xiàn)2(特開平7-83159號公報(bào))及專利文獻(xiàn)3(特開平6-133922號公報(bào))中，都公布有為了利用電刺激進(jìn)行屈曲動作，而將梳齒狀電極制成了圓筒體的促動器，然而由于任何一個(gè)都是促動器的厚度很大的圓筒形或卷繞了的形狀，因此響應(yīng)性差，只能在低速下動作，制造也不容易。
而且，這里，所謂導(dǎo)電性聚合物是指，包括在聚合物自身中具有導(dǎo)電性的有機(jī)導(dǎo)電性聚合物、添加了碳微粒等導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性高分子的廣義的導(dǎo)電性聚合物。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的在于，解決所述問題，作為此種促動器，提供如下的使用了導(dǎo)電性聚合物的平板薄形的促動器及平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，其可以產(chǎn)生很大的力，并且高速地動作，制造容易，可靠性優(yōu)良。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明如下所示地構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，提供如下的平板薄形的促動器，即，具有平板狀的導(dǎo)電性聚合物層、與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電極、與所述電極相面對的對置電極、在所述電極和所述對置電極之間與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，所述電極是按照在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上成為低剛性，并且在與所述長邊方向大致正交的寬度方向上成為高剛性的方式，在所述長邊方向上具有至少1個(gè)屈曲部而進(jìn)行了圖案處理的平板狀電極，通過向兩電極間施加電場，使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供如下的平板薄形的促動器，即，具有平板狀的導(dǎo)電性聚合物層、與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電極、與所述電極相面對的對置電極、在所述電極和所述對置電極之間與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，所述電極是按照在伴隨著所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮的驅(qū)動力的輸出方向上成為低剛性，并且在與所述輸出方向大致正交的寬度方向上成為高剛性的方式，在所述輸出方向上具有至少1個(gè)屈曲部而進(jìn)行了圖案處理的平板狀電極，通過向兩電極間施加電場，使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形，而將所述驅(qū)動力沿所述輸出方向輸出。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，是在設(shè)置了平板狀的導(dǎo)電性聚合物層的電極和對置電極之間具有與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，通過向兩電極間施加電場而使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形的平板薄形的促動器中的由所述導(dǎo)電性聚合物層和所述電極構(gòu)成的平板薄形的促動器的平板狀電極支撐體的制造方法，其特征是，作為所述電極，對于平板狀電極，按照在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上成為低剛性，并且在與所述長邊方向大致正交的寬度方向上成為高剛性的方式，利用蝕刻加工或沖裁加工進(jìn)行圖案處理，從使得在所述長邊方向上具有至少1個(gè)屈曲部，在將所述被圖案處理了的平板狀電極與其他的平板頂靠的狀態(tài)下，在所述電極上利用電解聚合或澆注法形成了所述導(dǎo)電性聚合物層后，將所述平板除去，制造出所述平板狀電極支撐體。
根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)置了平板狀的導(dǎo)電性聚合物層的電極和對置電極之間具有與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，通過向兩電極間施加電場而使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形的平板薄形的促動器中，所述設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層的電極可以設(shè)為如下的平板狀電極，即，在作為導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向(換言之，是促動器的驅(qū)動力的輸出方向)上成為低剛性，在與長邊方向大致正交的寬度方向上成為高剛性地進(jìn)行圖案處理(形成圖案)，另外還兼具作為支撐體的功能。這樣，作為被期待在家庭或辦公室、醫(yī)院等中因家務(wù)服務(wù)、辦公服務(wù)、高齡者或殘障者的護(hù)理服務(wù)等而在人之間活躍的機(jī)械手等機(jī)器的驅(qū)動源，就可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動源自身小型輕量并且柔軟而安全的促動器。作為此種促動器，可以提供能夠產(chǎn)生很大的力，并且高速地動作，制造容易，可靠性優(yōu)良的平板薄形的促動器及平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法。


本發(fā)明的這些及其他的目的和特征將由與針對附加的圖的優(yōu)選的實(shí)施方式關(guān)聯(lián)的如下的記述來闡明。該附圖中，圖1A是本發(fā)明的實(shí)施方式1的一個(gè)方式的促動器的俯視圖，圖1B是本發(fā)明的實(shí)施方式1的所述一個(gè)方式的促動器的剖面圖，圖1C是本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他的方式的促動器的俯視圖，圖1D是本發(fā)明的實(shí)施方式1的所述其他的方式的促動器的剖面圖，
圖2A是說明本發(fā)明的促動器的動作原理的剖面圖，圖2B是說明本發(fā)明的促動器的動作原理的剖面圖，圖2C是說明本發(fā)明的促動器的動作原理的剖面圖，圖2D是說明本發(fā)明的促動器的動作原理的剖面圖，圖3A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖3B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的示意性的方式的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖3C是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他的方式的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖3D是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖3C的方式的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖3E是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他的方式的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖3F是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他的方式的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖3G是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他的方式的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖3H是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他的方式的促動器進(jìn)行伸縮的樣子的俯視圖，圖4是表示將本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖案處理的圖案形狀的電極的剛性與其他的形狀的情況比較的表的圖，圖5A是表示用于說明將本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的變形狀態(tài)解析計(jì)算后的結(jié)果的參考例的俯視圖，圖5B是表示將本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的變形狀態(tài)解析計(jì)算后的結(jié)果的俯視圖，圖5C是表示對用于說明將本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的變形狀態(tài)解析計(jì)算后的結(jié)果的圖4的(c)的形狀的電極的促動器的變形狀態(tài)進(jìn)行了解析計(jì)算后的結(jié)果的俯視圖，圖5D是表示對用于說明將本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的變形狀態(tài)解析計(jì)算后的結(jié)果的圖4的(d)的形狀的電極的促動器的變形狀態(tài)進(jìn)行了解析計(jì)算后的結(jié)果的俯視圖，圖5E是表示在圖5B的實(shí)施方式1的促動器中，將促動器的長度設(shè)為8mm并且改變了促動器的電極的膜厚時(shí)(5μm、10μm、20μm)的相對于導(dǎo)電性聚合物層的厚度的促動器的位移量的關(guān)系的圖表，圖5F是表示在圖5B的實(shí)施方式1的促動器中，將促動器的長度設(shè)為8mm并且改變了促動器的電極的膜厚時(shí)(5μm、10μm、20μm)的相對于導(dǎo)電性聚合物層的厚度的促動器的位移量的增大率(位移增大率)的圖表，圖5G是將縱軸設(shè)為位移增大率、將橫軸設(shè)為(導(dǎo)電性聚合物層的厚度/電極的膜厚)的比后的圖5F的結(jié)果的圖表，圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式1的試制的平面上電極的俯視圖，圖7A是本發(fā)明的實(shí)施方式2的促動器的俯視圖，圖7B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的促動器的剖面圖，圖8A是本發(fā)明的實(shí)施方式2的其他的方式的促動器的俯視圖，圖8B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的所述其他的方式的促動器的剖面圖，圖9A是本發(fā)明的實(shí)施方式2的另一個(gè)的方式的促動器的俯視圖，圖9B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的另一個(gè)方式的促動器的剖面圖，圖10A是本發(fā)明的實(shí)施方式3的促動器的俯視圖，圖10B是本發(fā)明的實(shí)施方式3的促動器的剖面圖，圖11A是本發(fā)明的實(shí)施方式3的其他的方式的促動器的俯視圖，圖11B是本發(fā)明的實(shí)施方式3的所述其他的方式的促動器的剖面圖，圖12A是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，將平板狀電極與其他的平板緊密頂靠而支撐的狀態(tài)的俯視圖，圖12B是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，將平板狀電極與其他的平板緊密頂靠而支撐的狀態(tài)的剖面圖，圖12C是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，覆蓋平板狀電極的大部分和平板地形成了導(dǎo)電性聚合物層的狀態(tài)的俯視圖，
圖12D是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，覆蓋平板狀電極的大部分和平板地形成了導(dǎo)電性聚合物層的狀態(tài)的剖面圖，圖12E是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，平板被從電極和導(dǎo)電性聚合物層中除去了的狀態(tài)的俯視圖，圖12F是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，平板被從電極和導(dǎo)電性聚合物層中除去了的狀態(tài)的剖面圖，圖12G是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，在導(dǎo)電性聚合物層的背面也形成了導(dǎo)電性聚合物層的狀態(tài)的剖面圖，圖12H是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，從平板狀電極中將兩側(cè)的斷開部分別斷開的狀態(tài)的俯視圖，圖12I是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4的帶有導(dǎo)電性聚合物的平板狀電極支撐體的制造方法中，從平板狀電極中將兩側(cè)的斷開部分別斷開的狀態(tài)的剖面圖，圖13A是在本發(fā)明的實(shí)施方式4的制造方法中所用的限制夾具所夾持的基板及電極上形成了導(dǎo)電性聚合物層的狀態(tài)的俯視圖，圖13B是在本發(fā)明的實(shí)施方式4的制造方法中所用的限制夾具所夾持的基板及電極上形成了導(dǎo)電性聚合物層的狀態(tài)的剖面圖，圖13C是本發(fā)明的實(shí)施方式4的變形例的制造方法中所用的在底座中嵌入了磁鐵的限制夾具所夾持的基板及電極上形成了導(dǎo)電性聚合物層的狀態(tài)的俯視圖，圖13D是在圖13C的限制夾具所夾持的基板及電極上形成了導(dǎo)電性聚合物層的狀態(tài)的剖面圖，圖13E是表示在使用了圖13A及圖13B的限制夾具的情況下產(chǎn)生的問題的局部放大圖，圖13F是表示通過使用圖13D的限制夾具，磁鐵將電極拉向磁鐵側(cè)的狀態(tài)的剖面圖，圖14A是將本發(fā)明的所述實(shí)施方式的促動器應(yīng)用于關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的促動器中的本發(fā)明的實(shí)施方式5的關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的非驅(qū)動狀態(tài)下的側(cè)視圖，圖14B是將本發(fā)明的所述實(shí)施方式的促動器應(yīng)用于關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的促動器中的本發(fā)明的實(shí)施方式5的關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動狀態(tài)下的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
以下基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
以下，在詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，對本發(fā)明的各種形態(tài)進(jìn)行說明。
根據(jù)本發(fā)明的第一形態(tài)，提供如下的平板薄形的促動器，即，具有平板狀的導(dǎo)電性聚合物層、與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電極、與所述電極相面對的對置電極、在所述電極和所述對置電極之間與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，所述電極是按照在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上成為低剛性，并且在與所述長邊方向大致正交的寬度方向上成為高剛性的方式，在所述長邊方向上具有至少1個(gè)屈曲部而進(jìn)行了圖案處理的平板狀電極，通過向兩電極間施加電場，使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形。
根據(jù)本發(fā)明的第二形態(tài)，提供如下的第一形態(tài)所述的平板薄形的促動器，即，所述電極是在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上具有多個(gè)屈曲部的鋸齒形狀的平板狀電極。
根據(jù)本發(fā)明的第三形態(tài)，提供如下的第一或第二形態(tài)所述的平板薄形的促動器，即，所述電極是由在與作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向大致正交的寬度方向延伸的多個(gè)帶狀部、將所述相鄰的帶狀部彼此之間連結(jié)的在所述長邊方向延伸的連結(jié)部構(gòu)成的平板狀電極。
根據(jù)本發(fā)明的第四形態(tài)，提供如下的第一～第三形態(tài)中任意一項(xiàng)所述的平板薄形的促動器，即，在所述電極的作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的所述長邊方向的兩端，設(shè)有平板狀的延長部，將這些延長部作為力的作用部。
根據(jù)本發(fā)明的第五形態(tài)，提供如下的第四形態(tài)所述的平板薄形的促動器，即，在所述電極的表背兩面設(shè)有所述導(dǎo)電性聚合物層，并且在所述電極的作為所述延長部的力的作用部設(shè)置孔，通過將所述表背的導(dǎo)電性聚合物層連結(jié)而補(bǔ)強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的第六形態(tài)，提供如下的第一～第五形態(tài)中任意一項(xiàng)所述的平板薄形的促動器，即，將設(shè)置了所述導(dǎo)電性聚合物層的所述電極與所述對置電極交互地配置而層疊。
根據(jù)本發(fā)明的第七形態(tài)，提供如下的第一～第六形態(tài)中任意一項(xiàng)所述的平板薄形的促動器，即，所述電極是由金、鉑、鎳、鈦、不銹鋼等金屬或合金、或碳制成的薄板或者對這些薄板實(shí)施了涂敷所述材質(zhì)組或化學(xué)氧化等表面處理的電極。
根據(jù)本發(fā)明的第八形態(tài)，提供如下的第一～第七形態(tài)中任意一項(xiàng)所述的平板薄形的促動器，即，所述導(dǎo)電性聚合物層由聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩基體的π共軛聚合物或作為其衍生物的有機(jī)導(dǎo)電性聚合物或碳微粒、碳納米管、碳纖維等碳分散體系的導(dǎo)電性聚合物構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第九形態(tài)，提供如下的第一～第八形態(tài)中任意一項(xiàng)所述的平板薄形的促動器，即，所述電解質(zhì)層為含有離子性液體的高分子凝膠或高分子。
根據(jù)本發(fā)明的第十形態(tài)，提供如下的第一或第二形態(tài)所述的平板薄形的促動器，即，所述導(dǎo)電性聚合物層的厚度與所述電極的厚度的比在3以下。
根據(jù)本發(fā)明的第十一形態(tài)，提供如下的平板薄形的促動器，即，具有平板狀的導(dǎo)電性聚合物層、與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電極、與所述電極相面對的對置電極、在所述電極和所述對置電極之間與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，所述電極是按照在伴隨著所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮的驅(qū)動力的輸出方向上成為低剛性，并且在與所述輸出方向大致正交的方向上成為高剛性的方式，在所述輸出方向上具有至少1個(gè)屈曲部而進(jìn)行了圖案處理的平板狀電極，通過向兩電極間施加電場，使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形而將所述驅(qū)動力沿所述輸出方向輸出。
根據(jù)本發(fā)明的第十二形態(tài)，提供一種平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，是在設(shè)置了平板狀的導(dǎo)電性聚合物層的電極和對置電極之間具有與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，通過向兩電極間施加電場而使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形的平板薄形的促動器中的由所述導(dǎo)電性聚合物層和所述電極構(gòu)成的平板薄形的促動器的平板狀電極支撐體的制造方法，其特征是，作為所述電極，對于平板狀電極，按照在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上成為低剛性，并且在與所述長邊方向大致正交的寬度方向上成為高剛性的方式，利用蝕刻加工或沖裁加工進(jìn)行圖案處理，從使得在所述長邊方向上具有至少1個(gè)屈曲部，在將所述被圖案處理了的平板狀電極與其他的平板頂靠的狀態(tài)下，在所述電極上利用電解聚合或澆注法形成了所述導(dǎo)電性聚合物層后，將所述平板除去，制造出所述平板狀電極支撐體。
根據(jù)本發(fā)明的第十三形態(tài)，提供如下的第十二形態(tài)所述的平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，即，在除去了所述平板的面上，利用電解聚合或澆注法又形成所述導(dǎo)電性聚合物層而制造所述平板狀電極支撐體。
根據(jù)本發(fā)明的第十四形態(tài)，提供如下的第十二形態(tài)所述的平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，即，在成為所述電極的平板狀電極被用斷開部連結(jié)部與不作為所述電極殘留的斷開部連結(jié)的狀態(tài)下，在所述電極上利用電解聚合或澆注法形成了所述導(dǎo)電性聚合物層后，在所述斷開部連結(jié)部處切斷，將所述斷開部除去而制造所述平板狀電極支撐體。
根據(jù)本發(fā)明的第十五形態(tài)，提供如下的第十二形態(tài)所述的平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，即，將成為所述電極的平板狀電極設(shè)為磁性體，利用磁力吸引由磁性體構(gòu)成的所述電極而使之與所述其他的平板頂靠。
以下，將基于附圖對本發(fā)明的相關(guān)實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
(實(shí)施方式1)圖1A及圖1B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的一個(gè)方式的平板薄形的促動器的俯視圖和剖面圖，在電極1的厚度方向的任意一側(cè)，例如在下側(cè)配置了導(dǎo)電性聚合物層3和對置電極2。該所述的一個(gè)方式是由本發(fā)明的最小限度的構(gòu)成要素組成的例子。
另一方面，圖1C及圖1D是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他的方式的平板薄形的促動器的俯視圖和剖面圖。后者的圖1C、圖1D的方式是以前者的圖1A及圖1B的方式的電極1為中心，在其厚度方向的上下的位置上對稱地配置了導(dǎo)電性聚合物層3和對置電極2的構(gòu)成。通過向電極1和相面對的2個(gè)電極2施加同相的電壓，就可以使促動器沿伸縮方向5進(jìn)行伸縮變形。該構(gòu)成中，由于構(gòu)造在厚度方向上對稱，因此不會產(chǎn)生由剛性的不平衡造成的不需要的彎曲變形，在促動器的長邊方向上，換言之，在伸縮方向5的方向(即，促動器的驅(qū)動力的輸出方向)上，可以效率良好地使促動器伸縮，在這一點(diǎn)上是更為優(yōu)選的方式。
圖1A及圖1B所示的這些促動器具有長方體的平板形狀的導(dǎo)電性聚合物層3、被嵌入導(dǎo)電性聚合物層3的圖1A的上面?zhèn)鹊卦O(shè)置的不銹鋼等金屬的電極1、被與電極1相面對地遠(yuǎn)離電極1配置并且為不銹鋼等金屬的矩形板狀的對置電極2、在與電極1接觸的導(dǎo)電性聚合物層3和對置電極2之間被相接地配置的電解質(zhì)層4。
圖1C及圖1D所示的這些促動器具有長方體的板形狀的導(dǎo)電性聚合物層3C、被嵌入導(dǎo)電性聚合物層3C的圖1D的厚度方向的中央部地設(shè)置的不銹鋼等金屬的電極1、被與電極1相面對地遠(yuǎn)離電極1而在上下分別配置并且為不銹鋼等金屬的矩形板狀的對置電極2、在上下與電極1接觸的各個(gè)導(dǎo)電性聚合物層3和各個(gè)對置電極2之間被相接地配置的電解質(zhì)層4。如前所述，前者的促動器(圖1A及圖1B)僅在電極1的單側(cè)配置有對置電極2，而后者的促動器(圖1C及圖1D)在電極1的上下兩側(cè)配置有對置電極2，在這一點(diǎn)上不同。
而且，作為一個(gè)例子，優(yōu)選作為導(dǎo)電性聚合物層的厚度設(shè)為80μm以下，作為電極的厚度設(shè)為5～50μm而構(gòu)成平板薄形的促動器。因?yàn)槿绻姌O的厚度小于5μm，則難以發(fā)揮其作為支撐體的功能，當(dāng)超過50μm時(shí)，則剛性變得過大，難以進(jìn)行位移，因此不夠理想。另外，由于當(dāng)導(dǎo)電性聚合物層的厚度超過80μm時(shí)，則從導(dǎo)電性聚合物層的表背面進(jìn)出的離子種就難以行進(jìn)至膜的中央，產(chǎn)發(fā)位移變小，并且動作速度降低，因此不夠理想。另外，作為更為優(yōu)選的例子，可以是將導(dǎo)電性聚合物層的厚度設(shè)為30μm以下，將電極的厚度設(shè)為5～10μm而構(gòu)成平板薄形的促動器。
圖1A～圖1D的設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層3、3C的電極1為了在導(dǎo)電性聚合物層3、3C的伸縮方向(圖1A中為促動器的長邊方向)5上成為低剛性而被進(jìn)行了圖案處理，形成平板狀電極。圖1A～圖1D的電極1的被圖案處理的圖案形狀形成如下的形狀，即，沿與所述長邊方向5大致正交的寬度方向(促動器的寬度方向)延伸地，并且在所述長邊方向5上等間隔地配置多個(gè)細(xì)長矩形的寬度方向長方形圖案1a，用沿長邊方向延伸的矩形的較短的長方形并且將相鄰的寬度方向長方形圖案(帶狀部的一個(gè)例子。)1a之間在各自相面對的寬度方向的端部用連結(jié)部1b連結(jié)，從而能夠在促動器的寬度方向的各個(gè)端部屈曲。當(dāng)像這樣將相鄰的寬度方向長方形圖案1a的端部之間用連結(jié)部1b連結(jié)時(shí)，連結(jié)部1b就被沿長邊方向交互地配置，使得電極1構(gòu)成近似鋸齒狀的形狀。這里所謂近似鋸齒狀的形狀是指，在寬度方向上具有至少1個(gè)缺口或空間并且沿長邊方向5連續(xù)的細(xì)長的形狀。所述近似鋸齒狀的形狀如果是均一的圖案，則作為促動器容易進(jìn)行動作控制。導(dǎo)電性聚合物層3、3C的一部分進(jìn)入由所述相鄰的寬度方向長方形圖案1a和連結(jié)部1b形成的空間內(nèi)，圖1A中導(dǎo)電性聚合物層3和電極1的上面變得大致相同，圖1A中，電極1被從上面嵌入至導(dǎo)電性聚合物層3的厚度的一半左右。另一方面，圖1D中第一導(dǎo)電性聚合物層3b和電極1的上面變得大致相同，與圖1A相同，在電極1被從上面嵌入至第一導(dǎo)電性聚合物層3b的厚度的一半左右的狀態(tài)下，在所述上面配置薄的長方體的板形狀的第二導(dǎo)電性聚合物層3a，結(jié)果是，電極1被配置于將第一導(dǎo)電性聚合物層3b和第二導(dǎo)電性聚合物層3a對合了的導(dǎo)電性聚合物層3C中。在功能上，導(dǎo)電性聚合物層3C相當(dāng)于圖1A的導(dǎo)電性聚合物層3。
另外，在圖1A～圖1D的各電極1的長邊方向5(換言之，箭頭5也稱作促動器的驅(qū)動力的輸出方向。)的兩端，分別設(shè)有電極1的矩形板狀的延長部1c，將各延長部1c作為力的作用部。在與作為電極1的延長部1c的力的作用部的端緣相反一側(cè)的圖案形成側(cè)，在圖1A中，沿著寬度方向在一條直線上設(shè)有3個(gè)用于使電極1和導(dǎo)電性聚合物層3的連結(jié)牢固的孔1d。另外，在延長部1c的中央附近，設(shè)有用于使連結(jié)銷栓7貫穿該力的作用部的銷栓孔1g，將夾入各延長部1c的鉤6和各延長部1c用貫穿了銷栓孔1g的銷栓7連結(jié)，形成支承作用于各個(gè)延長部1c的載荷8的構(gòu)造。在電極1和對置電極2之間，夾隔開關(guān)10連接可以向其間施加可變電壓的電源9，通過將開關(guān)10打開而在兩電極1、2間施加電壓，使導(dǎo)電性聚合物層3沿長邊方向5伸縮。
當(dāng)導(dǎo)電性聚合物為有機(jī)導(dǎo)電性聚合物時(shí)，電解質(zhì)層4中所含的離子種被向?qū)щ娦跃酆衔飳?中摻雜或不摻雜，由此而產(chǎn)生該伸縮。其變形機(jī)理被認(rèn)為是，由于離子種具有一定的體積，因此與其出入對應(yīng)地導(dǎo)電性聚合物層3的體積也變化，或者是伴隨著氧化還原作用的導(dǎo)電性聚合物層3的導(dǎo)電性聚合物的高分子構(gòu)造的構(gòu)像的變化造成，以及由被利用電壓施加而注入的同種電荷導(dǎo)致的靜電反作用力等造成。當(dāng)導(dǎo)電性聚合物為碳分散導(dǎo)電性聚合物時(shí)，該伸縮雖然不伴隨所述氧化還原，然而因離子種的出入和同種電荷的靜電反作用力而變形。
圖2A、圖2B、圖2C及圖2D中，為了容易理解動作原理，將這些變形的機(jī)理之中的，伴隨著陰離子(anion)向?qū)щ娦跃酆衔飳?(這里，由于對于導(dǎo)電性聚合物層3C也相同，因此作為代表，用導(dǎo)電性聚合物層3進(jìn)行說明。)中摻雜或不摻雜而產(chǎn)生的膨脹收縮變形的樣子用剖面圖來圖示。在某種有機(jī)導(dǎo)電性聚合物的材料體系中，該陰離子的摻雜、去摻雜被認(rèn)為是主要的變形的機(jī)理。圖2A表示在開關(guān)為關(guān)的狀態(tài)下未向電極施加電壓的狀態(tài)。圖2B表示在導(dǎo)電性聚合物層3側(cè)施加了正電壓的狀態(tài)。在無電壓施加時(shí)，在電解質(zhì)層4中均勻地存在的陰離子被拉向正電極側(cè)的導(dǎo)電性聚合物層側(cè)(參照圖2A及圖2B的陰離子的箭頭。)，從電解質(zhì)層4進(jìn)入到導(dǎo)電性聚合物層3內(nèi)，伴隨著該氧化過程，導(dǎo)電性聚合物層3的體積膨脹，在沿著導(dǎo)電性聚合物層3的疊層面內(nèi)的長邊方向5的方向上，導(dǎo)電性聚合物層3伸長。而且，圖2B中，表示促動器的長邊方向5的左端被固定，右端從開關(guān)為關(guān)的狀態(tài)的右端的基準(zhǔn)位置R伸長的狀態(tài)。圖2C表示在開關(guān)為關(guān)的狀態(tài)下未向電極施加電壓的狀態(tài)，并且圖2D與圖2B相反，表示向?qū)щ娦跃酆衔飳?施加了負(fù)電壓的狀態(tài)。存在于導(dǎo)電性聚合物層3中的陰離子被拉向?qū)χ秒姌O2的一方(參照圖2C及圖2D的陰離子的箭頭。)，從導(dǎo)電性聚合物層3向電解質(zhì)層4內(nèi)脫離，伴隨著該還原過程，導(dǎo)電性聚合物層3的體積收縮，在沿著導(dǎo)電性聚合物層3的疊層面內(nèi)的長邊方向5的方向上，導(dǎo)電性聚合物層3收縮。而且，圖2D中，表示促動器的長邊方向5的左端被固定，右端從開關(guān)為關(guān)的狀態(tài)的右端的基準(zhǔn)位置R收縮的狀態(tài)。對于其他的材料體系，雖然也有因陽離子(cation)的向?qū)щ娦跃酆衔飳?的出入或陰離子和陽離子的相互的出入而伸縮的情況，然而這里單純化地表示為只是陰離子的出入的情況，說明了伸縮的機(jī)理。
這里，通過在導(dǎo)電性聚合物層3、3C中設(shè)置電極1，與不設(shè)置電極1的情況相比，由于可以在瞬間使電壓均一地加在導(dǎo)電性聚合物層3、3C上，因此就會高速地產(chǎn)生所述離子種的摻雜現(xiàn)象，能夠高速地使導(dǎo)電性聚合物層3、3C伸縮。通過將電極1如上所述地圖案處理，在作為導(dǎo)電性聚合物層3、3C的伸縮方向的長邊方向5上成為低剛性，在與長邊方向5大致正交的寬度方向上成為高剛性，就可以不阻礙導(dǎo)電性聚合物層3、3C的伸縮地生成很大的產(chǎn)發(fā)變形。發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，生成該很大的產(chǎn)發(fā)變形的功能不只是僅為不阻礙伸縮的消極的意味上的功能，而且利用由被圖案處理了的電極1造成的剛性的異向性賦予，會有積極地增大產(chǎn)發(fā)變形的效果。對于該情況，將在后面用圖5A～圖5D進(jìn)行詳細(xì)敘述。
另外，通過將電極1設(shè)為兼具作為支撐體的功能的平板狀電極，就可以將由導(dǎo)電性聚合物層3、3C的薄片單獨(dú)難以處理的材料設(shè)為容易處理的材料。這里所謂作為支撐體的功能是指，具備它的平板狀電極的至少一部分的剛性大于導(dǎo)電性聚合物層的剛性，具有將導(dǎo)電性聚合物層托持支撐的功能。另外，由于電極1為平板狀，因此作為促動器的各過程要素也成為平面的構(gòu)造，可以形成能夠容易地層疊的構(gòu)造。與層疊了的促動器的伸縮有關(guān)的導(dǎo)電性聚合物層3、3C的截面比率由于可以采取此種平面疊層構(gòu)造，因此具有容易提高填充密度的優(yōu)點(diǎn)。
作為將電極1圖案處理為在作為伸縮方向的長邊方向上成為低剛性的具體的構(gòu)成，可以形成如下的構(gòu)成，即，如上所述，在與長邊方向5大致正交的寬度方向上，配置多個(gè)細(xì)長的圖案1a，將它們用連結(jié)部1b連結(jié)為鋸齒形狀的屈曲狀。雖然平板的面內(nèi)剛性極高，但是通過設(shè)為此種圖案，就可以容易地實(shí)現(xiàn)長邊方向5的低剛性化。此種構(gòu)成中，同時(shí)地，在與長邊方向5大致正交的寬度方向上變?yōu)楦邉傂裕陂L邊方向和與之大致正交的方向上被賦予剛性的異向性。
所述實(shí)施方式1中，通過在長邊方向的兩端設(shè)置電極1的延長部1c，作為力的作用部，就可以與圖案處理同時(shí)地形成作為形成促動器的必需要素的力的作用部，可以實(shí)現(xiàn)在電極1自身中構(gòu)成了力的作用部的促動器。所以，具有作為力的作用部不需要其他構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于電極1是被與產(chǎn)生伸縮作用的導(dǎo)電性聚合物層3、3C直接連結(jié)的構(gòu)件，因此相對于加在力的作用部上的負(fù)載可以確保優(yōu)良的強(qiáng)度。
通過在電極1的延長部上設(shè)置孔1d，形成導(dǎo)電性聚合物層3、3C的導(dǎo)電性聚合物將孔1d填充的構(gòu)成，就可以產(chǎn)生錨定效應(yīng)，利用該錨定效應(yīng)，可以產(chǎn)生提高該部分的強(qiáng)度的作用。電極1和導(dǎo)電性聚合物層3、3C之間的界面的附著強(qiáng)度有時(shí)因材質(zhì)的組合而不一定很牢固，然而通過設(shè)為此種將孔1d用導(dǎo)電性聚合物填充的構(gòu)成，就可以加強(qiáng)電極1和導(dǎo)電性聚合物層3、3C之間的界面的附著強(qiáng)度。
圖3A～圖3H是將實(shí)施方式1的促動器伸縮的樣子以俯視圖表示的圖。為了簡單起見，僅示意性地圖示了導(dǎo)電性聚合物層3(圖3A～圖3H中，由于對于導(dǎo)電性聚合物3C都相同，因此作為代表，以導(dǎo)電性聚合物層3進(jìn)行說明。)和設(shè)置了它的電極1。一并地還表示了本發(fā)明的促動器所可以采用的幾個(gè)其他的方式。圖3A及圖3B是其電極1的形狀為與圖1A～圖1D相同的形式的圖案形狀的情況。圖3A表示初期狀態(tài)，圖3B表示促動器的長邊方向5的左端被固定，導(dǎo)電性聚合物層3的右端從圖3A的初期狀態(tài)的基準(zhǔn)位置R伸長了δ1的狀態(tài)。即，表示在與長邊方向5大致正交的寬度方向上電極1的各個(gè)細(xì)長的圖案1a與該伸長對應(yīng)地沿長邊方向5變形的樣子。
圖3C及圖3D同樣地作為本發(fā)明的其他的方式，表示電極1的多個(gè)細(xì)長圖案1a當(dāng)中的1個(gè)周期的細(xì)長圖案1a的圖案形狀的情況下的變形前后的樣子。即，表示促動器的長邊方向5的左端被固定，導(dǎo)電性聚合物層3的右端從圖3C的初期狀態(tài)的基準(zhǔn)位置R伸長了δ2的狀態(tài)。
一般來說，為了較大地產(chǎn)生促動器的位移，通過將促動器的伸縮方向5設(shè)為促動器的長邊方向，將伸縮部的長度設(shè)得較大即可，然而也可以如該例所示，將與伸縮方向5正交的寬度方向作為長邊方向。本發(fā)明并不將促動器的伸縮方向5限定為促動器的長邊方向。
另外，圖3E及圖3F作為本發(fā)明的其他的方式，表示本發(fā)明的促動器的圖案處理的圖案形狀所可以取得的最小的單位。即，圖3E中，表示電極1的多個(gè)細(xì)長的圖案1a當(dāng)中的半個(gè)周期的細(xì)長圖案1a的圖案形狀的情況，圖3F中，表示電極1的多個(gè)細(xì)長的圖案1a當(dāng)中的1/4周期的細(xì)長圖案1a的圖案形狀的情況。
另外，作為本發(fā)明的其他的方式，作為電極1和導(dǎo)電性聚合物層3的寬度方向的配置關(guān)系，既可以如圖3G所示，設(shè)為電極1的寬度比導(dǎo)電性聚合物層3的寬度更大的配置，另外也可以將該配置關(guān)系如圖3H所示地相反地設(shè)置，無論哪種都屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖4是表示計(jì)算了怎樣利用本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的電極1的圖案處理的圖案形狀，可以將作為其伸縮方向的長邊方向的剛性低剛性化的結(jié)果的表。作為計(jì)算前提值，材質(zhì)設(shè)為不銹鋼SUS304，縱彈性模量設(shè)為0.072×1012N/m2，板厚設(shè)為10μm。對于表中(a)的平板(扁平形狀)的電極的情況，在束縛寬度14mm×長度8mm的平板的上端，在平板的下端施加了總載荷1mN的分布載荷時(shí)的下端中央的位移為0.308μm。與之不同，對在表中(b)的整體寬度14mm×長度8mm的部分，用本發(fā)明的實(shí)施方式1的電極1的圖案處理的圖案形狀，進(jìn)行了線寬0.1mm、間距1mm的圖案處理的構(gòu)成中，同樣地施加了1mN的集中載荷時(shí)的下端部的位移被計(jì)算為50.56mm，對于其剛性比，如果將前者的平板的情況設(shè)為1，則后者的剛性就為6.1×10-6。像這樣，利用本發(fā)明的實(shí)施方式1的電極1的圖案處理，與平板的情況相比，可以將其剛性設(shè)為十萬分之一以下。
表中(c)為了進(jìn)行比較，表示將連結(jié)電極1的細(xì)長圖案1a的連結(jié)部1b不是配置為屈曲狀，而是配置于細(xì)長圖案1a的寬度的中央部而沿長邊方向相連的情況的計(jì)算結(jié)果。在下端相同地施加了1mN的集中載荷時(shí)的下端中央部的位移被計(jì)算為38.6μm，其剛性比為7.9×10-3，低剛性化停留于百分之一弱。像這樣，為了獲得大的低剛性化效果，需要相對于電極1的細(xì)長圖案1a將連結(jié)部1b配置為屈曲狀。另外，表中(d)是將電極圖案處理為波形時(shí)的計(jì)算結(jié)果，用此種形狀，推測也能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)程度的低剛性化。
圖5B～圖5D是在圖4所示的(b)～(d)的圖案處理的圖案形狀的電極中設(shè)置導(dǎo)電性聚合物層，利用有限要素法模擬計(jì)算了伴隨著該導(dǎo)電性聚合物層的面內(nèi)方向的收縮的變形的圖。作為導(dǎo)電性聚合物層將材質(zhì)設(shè)為聚吡咯，采用縱彈性模量為0.003×1012N/m2，泊松比為0.3，聚吡咯的面內(nèi)方向等向地收縮的材料，對各電極圖案處理的圖案形狀的情況的變形進(jìn)行了相對比較。整體尺寸與圖4的情況相同，寬度14mm×長度8mm，聚吡咯的導(dǎo)電性聚合物層的厚度設(shè)為20μm。
圖5A表示沒有電極而只是導(dǎo)電性聚合物層的薄片的情況，將此時(shí)的下端中央部的位移設(shè)為1，比較了相同部位的相對位移。而且，計(jì)算結(jié)果是將變形前后的形狀、距離束縛點(diǎn)(上端中央)的各部的位移的等高線與該相對位移一起，用濃淡顯示來表示。
圖5B是在圖4的(b)的本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖案處理的圖案形狀的電極1中設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層3的情況。該情況的相對位移被計(jì)算為1.16，不僅是只是因?qū)㈦姌O1的促動器的長邊方向5的剛性降低而造成的對位移的阻礙變少，發(fā)現(xiàn)利用此種電極1的剛性的異向性，還有產(chǎn)發(fā)位移增大的效果。而且，圖5B中，將變形前的狀態(tài)用單點(diǎn)劃線表示，將變形后的收縮狀態(tài)用實(shí)線表示。
此種本發(fā)明的促動器長邊方向的產(chǎn)發(fā)位移增大效果可以解釋為因如下的情況而產(chǎn)生，即，由于與該長邊方向大致正交的寬度方向的剛性高，因此該方向的位移被限制，沒有了去處的變形成分被作為促動器長邊方向的位移施加。
而且，作為計(jì)算的前提，認(rèn)為收縮在導(dǎo)電性聚合物層的薄片的面內(nèi)是等向性地產(chǎn)生的看法或泊松比設(shè)為一定的假定雖然在導(dǎo)電性聚合物層的變形機(jī)理中并不能說一定嚴(yán)格地正確，然而作為一次近似可以期待采用了計(jì)算的前提的導(dǎo)電性聚合物層所具有的彈性的性質(zhì)可以保持。
圖5C是在將圖4(c)的電極1的細(xì)長圖案1a的連結(jié)部1b在中央部沿長邊方向相連的電極中設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層的薄片的情況。該情況下，未看到產(chǎn)發(fā)位移的增大效果，位移的計(jì)算結(jié)果是，與僅有導(dǎo)電性聚合物層的薄片的情況相比，減少為62％。
圖5D是圖案處理為圖4的(d)的電極的情況。該情況下，雖然與所述圖5B的情況相比較小，然而還是可以看到位移增大效果。但是，與圖5B的情況下的變形是在全部面積的各部分均一地產(chǎn)生不同，在D的情況下，變?yōu)椴痪坏淖冃?，與之相伴的作為促動器的不需要的變形或內(nèi)部應(yīng)力被認(rèn)為對于作為促動器的動作可靠性等有不良影響。另外，在圖5B的情況下，導(dǎo)電性聚合物層的薄片距離電極的平面上的距離在全部面積范圍中均一并且靠近，可以對導(dǎo)電性聚合物層施加均勻的電場，并且有助于變形的向?qū)щ娦跃酆衔飳又械碾x子種的摻雜也可以均一并且高速地進(jìn)行。與之相反，在圖5D的情況下，由于導(dǎo)電性聚合物層的薄片距離電極的平面上的距離不均一，因此就會產(chǎn)生與之對應(yīng)的電場的不均一和離子種的摻雜的不均一，伴隨著這些不均一，在動作的高速化中也產(chǎn)生限制。而且，在圖5D中，將變形前的狀態(tài)用單點(diǎn)劃線表示，將變形后的收縮狀態(tài)用實(shí)線表示。像這樣，雖然圖5D的情況是本發(fā)明的實(shí)施方式1，然而圖5B的情況更為理想。
圖5E是表示在圖5B的本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器中，將促動器的長度設(shè)為8mm并且改變了促動器的電極的膜厚時(shí)(5μm、10μm、20μm)的相對于導(dǎo)電性聚合物層的厚度的促動器的位移量的關(guān)系的圖表。另外，圖5E、圖5E是表示在圖5B的本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器中，將促動器的長度設(shè)為8mm并且改變了促動器的電極的膜厚時(shí)(5μm、10μm、20μm)的相對于導(dǎo)電性聚合物層的厚度的促動器的位移量的增大率(位移增大率)的圖表。它們對于進(jìn)行了圖案處理的電極，作為其計(jì)算前提值，與前面所述相同，材質(zhì)設(shè)為不銹鋼SUS304，縱彈性模量為0.072×1012N/m2，泊松比為0.3，其厚度設(shè)為10μm。與之不同，對于導(dǎo)電性聚合物層，作為其計(jì)算前提值，將材質(zhì)設(shè)為聚吡咯，縱彈性模量為0.003×1012N/m2，泊松比為0.3，將其厚度設(shè)為10μm、20μm、40μm、80μm、160μm，表示了模擬后的結(jié)果。發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)電性聚合物層的厚度與電極的厚度為相同程度的10μm時(shí)，位移增大率為30％，然而隨著厚度增加，該位移增大效果減少。
圖5G是在縱軸中設(shè)為位移增大率，在橫軸中設(shè)為(導(dǎo)電性聚合物層的厚度/電極的膜厚)的比而將圖5F的結(jié)果圖表化后的圖。特別是，在該(導(dǎo)電性聚合物層的厚度/電極的膜厚)的比在3以下的情況下，發(fā)現(xiàn)有明顯的位移增大效果。
在本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的長邊方向(伸縮方向)上產(chǎn)生的位移增大效果被認(rèn)為是因如下情況而產(chǎn)生的，即，由于與該長邊方向大致正交的寬度方向的剛性高，因此該寬度方向的位移被限制，沒有了去處的變形成分作為促動器的長邊方向(伸縮方向)的位移而施加，然而位移增大效果伴隨著所述的厚度增加而減少的現(xiàn)象的原因被認(rèn)為是，當(dāng)導(dǎo)電性聚合物層的厚度與進(jìn)行了圖案處理的電極的厚度相比增大時(shí)，則該變形成分就被厚度方向的體積部分吸收，作為促動器的長邊方向(伸縮方向)的位移而參與的成分減少。所以說明，由本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的構(gòu)成所體現(xiàn)的位移增大效果是尤其在平板薄形的促動器中會特征性地體現(xiàn)的特性。
在使導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形的促動器中，由于其主要的變形原理是由伴隨著氧化還原反應(yīng)的陰離子或陽離子的向?qū)щ娦跃酆衔飳拥某鋈攵斐?，因此在施加了過度的電壓的情況下，該電化學(xué)反應(yīng)變?yōu)椴豢赡?，產(chǎn)生對循環(huán)壽命造成影響的問題。所述的本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的位移增大效果與不具有位移增大效果的情況相比，為了獲得相同的產(chǎn)發(fā)位移，可以用相對低的電壓來驅(qū)動，所以，由于可以避免不可逆的電化學(xué)反應(yīng)，因此在這一點(diǎn)上，是在使導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮的促動器中特別有利的方面，可以提供循環(huán)壽命、耐久性優(yōu)良的促動器。同樣地，由于電解液也會因過度的電壓施加而分解，對促動器的壽命產(chǎn)生影響，因此可以利用低電壓驅(qū)動來改善這一點(diǎn)。
另外，陰離子或陽離子向?qū)щ娦跃酆衔飳拥某鋈胧抢糜呻妷菏┘釉斐傻碾姾勺⑷耄瑏硎惯@些離子種出入，由于該過程是擴(kuò)散過程，因此其速度由擴(kuò)散過程決定。通過將本發(fā)明的實(shí)施方式1的促動器的導(dǎo)電性聚合物層設(shè)為平板薄形，就可以在厚度方向整體上快速地進(jìn)行該擴(kuò)散，從而可以提供能夠高速驅(qū)動的促動器。
(實(shí)施例1)圖6作為電極1，表示將厚度10μm的不銹鋼箔蝕刻加工為與圖3A相同的方式的鋸齒形狀的電極圖案的圖案形狀的試制電極1-1。細(xì)長圖案1a的寬度為10μm，長度為14mm，以間距1mm配置。由于這些鋸齒狀的圖案形成非常細(xì)的線狀，因此是以它們自身的自重變形而將形狀破壞的程度的剛性，出于加強(qiáng)的目的，在兩側(cè)設(shè)置沿著長邊方向配置的斷開部1f，將細(xì)長圖案1a的連結(jié)部1b和斷開部1f之間，用斷開部連結(jié)部1e連結(jié)。雖然將在后面敘述，然而這些斷開部1f在電極1-1上形成了導(dǎo)電性聚合物層3后，將在圖6中的單點(diǎn)劃線的切斷位置21斷開而去除。在切斷后，電極1的圖案形成部的尺寸為100mm，寬度為14mm(相當(dāng)于所述的細(xì)長的圖案1a的長度)。在該電極1-1的兩端部設(shè)置作為力的作用部發(fā)揮作用的延長部1c，設(shè)置用于將鉤以銷栓結(jié)合的銷栓孔1g。另外，在電極1-1的延長部1c的端部，還設(shè)有引出電極1h。而且，配置于兩端的位于銷栓孔1g的外側(cè)的小孔和長孔是作為制作工序中的銷栓定位用而設(shè)置的孔。
導(dǎo)電性聚合物層3在該電極1-1上的形成雖然可以利用電解聚合或澆注法來進(jìn)行，然而在這里，作為有機(jī)導(dǎo)電性聚合物的形成法使用了電解聚合法。該情況下，由于在該圖案處理了的電極部的不存在電極的部位也聚合生長導(dǎo)電性聚合物3，因此在將圖6的電極以與其他的不銹鋼制平板電極頂靠的狀態(tài)電解聚合后，將其去掉。作為導(dǎo)電性聚合物層3，是在溶解了聚吡咯的單體0.1摩爾/升、成為支持電解質(zhì)層的對苯酚磺酸0.25摩爾/升的水溶液中，以所述電極作為析出電極，利用恒電流模式(恒電流控制模式)，以電流密度1mA/cm2，利用電解聚合而合成了膜厚20μm的聚吡咯。
然后，作為電解質(zhì)層，將含有包含丁基甲基亞酰胺陽離子(BMIM+)六氟合磷酸鹽(PF6)的離子性流體的高分子凝膠薄片與所述聚吡咯薄片貼合，向該高分子凝膠薄片上作為對置電極噴灑涂布了碳粉末。
在向所述構(gòu)成的促動器施加了±1V的電壓后，在無負(fù)載狀態(tài)下，在其長邊方向上觀測到了約為3.5％的變形，另外在將其位移限制了的狀態(tài)下，觀測到了約為3MPa的產(chǎn)發(fā)應(yīng)力。而且，用與所述相同的材料體系，不使用本發(fā)明的所述實(shí)施方式1的電極1，以聚吡咯單體研究了產(chǎn)發(fā)位移后，其產(chǎn)發(fā)位移約為3％，可以確認(rèn)通過使用本發(fā)明的所述實(shí)施方式1的電極1而帶來的位移增大效果。
在前面所述的及后述的本發(fā)明的各實(shí)施方式中，作為電極1的材質(zhì)，除了所述實(shí)施方式的不銹鋼以外，也可以使用金、鉑、鎳或鈦等金屬或合金或碳。另外，也可以在它們的薄板上利用濺射蒸鍍等涂敷所述的材料組。另外，也可以對它們的表面實(shí)施利用化學(xué)氧化等的表面處理。這些材質(zhì)當(dāng)中，對利用濺射蒸鍍將鈦的薄板或鈦涂敷了的表面，用SCl溶液(H2O2∶NH3∶水＝1∶1∶5)等堿性水溶液進(jìn)行了化學(xué)氧化處理的材料，因與聚吡咯的附著強(qiáng)度特別良好而優(yōu)選。另外，該化學(xué)氧化膜與聚吡咯的導(dǎo)電性也很良好。
在前面所述的及后述的本發(fā)明的各實(shí)施方式中，作為導(dǎo)電性聚合物層3的材料，通過使用聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩基體的π共軛聚合物或其衍生物的有機(jī)導(dǎo)電性聚合物、碳微粒、碳納米管、碳纖維等碳類導(dǎo)電性聚合物，可以實(shí)現(xiàn)與所述實(shí)施方式相同的能夠膨脹收縮變形的促動器。
在前面所述及后述的本發(fā)明的各實(shí)施方式中，作為利用澆注法形成有機(jī)導(dǎo)電性聚合物層的例子，將利用氧化聚合合成的聚苯胺的堿性翠綠亞胺(翠綠亞胺堿EB)的粉末溶解于溶劑中，通過在基板上展開而將溶劑蒸發(fā)，作為有機(jī)導(dǎo)電性聚合物層即得到聚苯胺的澆注薄膜。
另外，作為利用澆注法形成碳分散體系的導(dǎo)電性聚合物層的例子，可以將碳微粒混合到Nafion分散溶液中，通過在基板上展開而使溶劑蒸發(fā)來獲得。
在前面所述及后述的本發(fā)明的各實(shí)施方式中，作為電解質(zhì)層，通過如所述實(shí)施方式那樣，設(shè)為含有離子性液體的高分子凝膠或高分子，可以具有如下的優(yōu)點(diǎn)。即，離子性液體在常溫下，其蒸汽壓在1mHg以下，是不揮發(fā)的，所以電解質(zhì)層不會因蒸發(fā)而變化，可以在大氣中可靠性良好地長期地使用。
在前面所述及后述的本發(fā)明的各實(shí)施方式中，作為構(gòu)成電解質(zhì)層的電解質(zhì)，可以考慮使用纖維狀的薄片而在其中物理性地浸漬了電解質(zhì)溶劑的材料、用高分子凝膠骨架托持電解質(zhì)溶劑的材料。作為電解質(zhì)，可以考慮使用離子性流體而將其物理性地浸漬纖維狀的薄片的材料、將其用高分子凝膠骨架托持的材料。
在前面所述及后述的本發(fā)明的各實(shí)施方式中，作為對置電極，除了所述實(shí)施方式的涂布了碳粉末的以外，也可以涂布含有碳或金等非氧化性金屬粉末的導(dǎo)電膏體或油脂。另外，也可以使用金、鉑、鎳或鈦等金屬或合金或者碳等的蒸鍍薄膜，或者使用對該薄膜進(jìn)行圖案處理，減少了促動器的長邊方向的剛性的材料。
在前面所述及后述的本發(fā)明的各實(shí)施方式中，當(dāng)然也可以將與電極1相同的構(gòu)成的平板狀電極作為對置電極2使用。
(實(shí)施方式2)圖7A及圖7B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有其他的電極圖案的圖案形狀的平板薄形的促動器的俯視圖和剖面圖。圖7A及圖7B所示的促動器在設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層3的電極1-2(相當(dāng)于所述電極1。)和對置電極2之間，具有與導(dǎo)電性聚合物層3接觸的電解質(zhì)層4，在這一點(diǎn)上與圖1的情況相同。設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層3的電極1-2被圖案處理為沿導(dǎo)電性聚合物層3的伸縮方向成為低剛性，形成兼作支撐體的平板狀電極。圖7A及圖7B的電極1-2的圖案處理的圖案形狀是以與所述長邊方向5正交的方向?yàn)橹黧w，配置多個(gè)細(xì)長圖案1a-2(相當(dāng)于所述細(xì)長圖案1a。)，形成將它們用連結(jié)部1b連結(jié)的形狀。雖然這一點(diǎn)也與圖1A相同，然而由細(xì)長圖案1a-2形成的基本圖案是以封閉回路(換言之，以四角框狀)封閉，將它們用連結(jié)部1b連結(jié)的圖案。該情況下有如下的優(yōu)點(diǎn)，即，如果在封閉回路圖案部1a-2中發(fā)生斷線，則與圖1A的圖案的情況相比，不會導(dǎo)致致命的電極1-2的導(dǎo)通不良。
圖8A及圖8B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有其他的方式的電極1-3(相對于所述電極1。)的圖案處理的圖案形狀的促動器的俯視圖和剖面圖。圖中的構(gòu)成要素及其作用由于與圖1A相同，因此將記述省略。該電極圖案的圖案形狀的特征為，相對于多個(gè)細(xì)長圖案1a-3(相當(dāng)于所述細(xì)長圖案1a。)，進(jìn)一步減少了其連結(jié)部1b的部位，增加了由細(xì)長圖案構(gòu)成的封閉回路圖案部1a-3。其結(jié)果是，萬一電極斷線時(shí)，可以進(jìn)一步減小發(fā)生致命性的功能喪失的概率。
圖9A及圖9B是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有其他的方式的電極1-4(相當(dāng)于所述電極1。)的圖案處理的圖案形狀的促動器的俯視圖。圖9A中，將靠近電極1-4的延長部1c(力的作用部)的位置的細(xì)長圖案1a-4(相當(dāng)于所述細(xì)長圖案1a。)及連結(jié)部1b-4(相當(dāng)于所述連結(jié)部1b。)的寬度相對地展寬為大于除它以外的部分的細(xì)長圖案1a-5(相當(dāng)于所述細(xì)長圖案1a。)及連結(jié)部1b-5(相當(dāng)于所述連結(jié)部1b。)，提高伸縮方向5的剛性。圖9B是作為本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有其他的方式的電極1-6(相當(dāng)于所述電極1。)的圖案處理的圖案形狀的促動器，與圖9A相同地形成將靠近該延長部1c(力的作用部)的部位的細(xì)長圖案1a-6(相當(dāng)于所述細(xì)長圖案1a。)和連結(jié)部1b-6(相當(dāng)于所述連結(jié)部1b。)配置多列的構(gòu)成，而可以提高該部位的伸縮方向5的剛性，加強(qiáng)該部位的強(qiáng)度。通過像這樣任意地分布電極1-6的圖案處理的圖案形狀，就可以進(jìn)行所需的功能賦予。
(實(shí)施方式3)圖10A、圖10B及圖11A、圖11B分別表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的疊層型的促動器和實(shí)施方式3的其他的方式的疊層型的促動器的俯視圖和剖面圖。
圖10A、圖10B所示的促動器是以如下的構(gòu)成作為平板薄形的單位構(gòu)成體，即，在圖7A的實(shí)施方式2的平板薄形的促動器的上面與導(dǎo)電性聚合物層3一體化地形成第二導(dǎo)電性聚合物層，在導(dǎo)電性聚合物層3的中央部分配置電極1-2，并且在導(dǎo)電性聚合物層3的上面?zhèn)纫才渲昧穗娊赓|(zhì)層4和對置電極2。將該平板薄形的單位構(gòu)成體重疊多個(gè)，例如按照將電極1-2、導(dǎo)電性聚合物層3、電解質(zhì)層4和對置電極2相互平行配置的方式重疊3段，并且將第一段的促動器的下端的對置電極2和第二段的促動器的上端的對置電極2以1個(gè)對置電極2來共用，而且將第二段的下端的對置電極2和第三段的上端的對置電極2以1個(gè)對置電極2來共用。另外，在第一段促動器的各延長部1c和第二段的促動器的各延長部1c之間夾隔導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13而相互地電連接，并且將第二段的促動器的各延長部1c和第三段的促動器的各延長部1c之間夾隔導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13而相互地電連接。此外，將從第一段的促動器的延長部1c直至第三段的促動器的延長部1c用鉤6夾入，銷栓7將該鉤6、所夾入的第一段的促動器的延長部1c、上側(cè)的導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13、第二段的促動器的延長部1c、下側(cè)的導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13、第三段的促動器的延長部1c貫穿，通過用該銷栓7將這些構(gòu)件連結(jié)，就形成支承作用于各個(gè)延長部1c上的載荷8的構(gòu)造。而且，圖10A的12是沿著第三段的促動器的對置電極2的寬度方向伸出的突出部，在該突出部12上，連接有具有開關(guān)10和電源9的電路的一端，將另一端與配置于任意一方的促動器的端部的導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13連接。
另外，圖11A、圖11B所示的促動器表示其他的方式的促動器。即，圖11A、圖11B所示的促動器是以如下的構(gòu)成作為平板薄形的單位構(gòu)成體，即，在圖7A的實(shí)施方式2的促動器的上面與導(dǎo)電性聚合物層3一體化地形成第二導(dǎo)電性聚合物層，在導(dǎo)電性聚合物層3的中央部分配置電極1-2，并且在導(dǎo)電性聚合物層3的上面?zhèn)纫才渲昧穗娊赓|(zhì)層4和對置電極，將該單位構(gòu)成體重疊多個(gè)，例如按照將電極1-2、導(dǎo)電性聚合物層3、電解質(zhì)層4和對置電極2相互平行地配置的方式，重疊2段，并且將上側(cè)(圖11B中為第二段)的促動器的下端的對置電極2和下側(cè)(圖11B中為第三段)的促動器的上端的對置電極2以1個(gè)對置電極2共用。另外，在最上段(圖11B中為第一段)的促動器中，在導(dǎo)電性聚合物層3的上面?zhèn)任磁渲秒娊赓|(zhì)層4和對置電極2，在最下段(圖11B中為第四段)的促動器中，在導(dǎo)電性聚合物層3的下面?zhèn)任磁渲秒娊赓|(zhì)層4和對置電極2。另外，在第一段的促動器的各延長部1c和第二段的促動器的各延長部1c之間夾隔導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13而相互電連接，并且在第三段的促動器的各延長部1c和第四段的促動器的各延長部1c之間夾隔導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13而相互電連接。此外，將從第一段的促動器的延長部1c直至第四段的促動器的延長部1c用鉤6夾入，而銷栓7將該鉤6、所夾入的第一段的促動器的延長部1c、上側(cè)的導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13、第二段的促動器的延長部1c、中間的導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13、第三段的促動器的延長部1c、下側(cè)的導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13、第四段的促動器的延長部1c貫穿，通過用該銷栓7將這些構(gòu)件連結(jié)，就形成支承作用于各個(gè)延長部1c上的載荷8的構(gòu)造。而且，圖11A的14是沿著第一段的促動器的下側(cè)的對置電極2的寬度方向伸出的突出部，在該突出部12上，連接有具有開關(guān)10和電源9的電路的一端，將另一端與配置于任意一方的促動器的端部的導(dǎo)電性連結(jié)構(gòu)件13連接。
在所述實(shí)施方式3的疊層型的促動器及所述實(shí)施方式3的其他的方式的疊層型的促動器中，由于電極1-2為平板狀，因此作為促動器的各構(gòu)成要素也成為平面的構(gòu)造，可以形成能夠像這樣容易地層疊的構(gòu)造。與層疊了的促動器的伸縮有關(guān)的導(dǎo)電性聚合物層3的截面比率由于可以采取此種平面疊層構(gòu)造，因此具有容易提高填充密度的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)果是，對于若為單層則在其截面積方面有限制的導(dǎo)電性聚合物層3，可以增大其截面積，可以實(shí)現(xiàn)具有在應(yīng)用于機(jī)械手等中之時(shí)所必需的較大的產(chǎn)發(fā)力的促動器。
而且，離子種向?qū)щ娦跃酆衔飳?的出入為擴(kuò)散過程，為了縮短擴(kuò)散中所需的時(shí)間，有導(dǎo)電性聚合物層3越薄越好的權(quán)衡。所以，最好將多個(gè)較薄的導(dǎo)電性聚合物層3重疊而獲得截面積。
(實(shí)施方式4)作為實(shí)施方式4，對作為用于形成從所述的實(shí)施方式1到3的促動器的基本構(gòu)件的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法進(jìn)行說明。
圖12A、圖12B～圖12H、圖12I是表示在電極1上設(shè)置導(dǎo)電性聚合物層3而構(gòu)成的平板狀電極支撐體及其制造方法的俯視圖及剖面圖。圖12A、圖12B中主要的構(gòu)成構(gòu)件由于與用圖1A說明了的平板薄形的促動器的電極1(圖12A中，為了與空間部分區(qū)別，在電極1上加有陰影。)相同，因此詳細(xì)敘述省略。這里，作為便于制造平板狀電極支撐體90的構(gòu)成要素，形成在寬度方向的兩側(cè)設(shè)置了最終不作為電極1殘留的斷開部1f。對于將電極1的圖案處理了的多個(gè)細(xì)的圖案部1a相互連結(jié)的各連結(jié)部1b，用斷開部連結(jié)部1e，與分別相面對的斷開部1f進(jìn)行連結(jié)。此種圖案處理是利用蝕刻加工或沖裁加工來進(jìn)行的。圖12A、圖12B表示將此種平板狀電極1與別的平板20密接頂靠地支撐的狀態(tài)。
此外，圖12C、圖12D是表示覆蓋與平板20密接頂靠的平板狀電極1的大部分和平板20地形成了導(dǎo)電性聚合物層3的狀態(tài)(圖12C中，為了與空間部分區(qū)別，在電極1上加有陰影。)。當(dāng)導(dǎo)電性聚合物層3是利用電解聚合形成時(shí)，則將平板20作為平板電極，將電極1和平板電極20雙方作為析出電極，使導(dǎo)電性聚合物電解析出，覆蓋電極1的大部分和平板電極20地形成導(dǎo)電性聚合物層3。所述的實(shí)施例1的聚吡咯的導(dǎo)電性聚合物層3是利用該方法形成的。作為導(dǎo)電性聚合物層3的別的形成方法，還可以使用澆注法。該情況下，平板20不一定需要為電極，可以用印刷涂布等方法形成導(dǎo)電性聚合物層3。作為用澆注法形成導(dǎo)電性聚合物層3的例子，可以將利用氧化聚合合成的聚苯胺的堿性翠綠亞胺(翠綠亞胺堿EB)的粉末溶解于溶劑中，通過在基板上展開而將溶劑蒸發(fā)，作為有機(jī)導(dǎo)電性聚合物層3即得到聚苯胺的澆注薄膜。
然后，在像這樣覆蓋電極1的大部分地在平板20上形成了導(dǎo)電性聚合物層3后，從電極1和導(dǎo)電性聚合物層3上將平板20剝離除去。將像這樣從電極1和導(dǎo)電性聚合物層3上除去了平板20的狀態(tài)表示于圖12E、圖12F中。根據(jù)需要，還可以如圖12G的剖面圖所示，在導(dǎo)電性聚合物層3的背面也形成導(dǎo)電性聚合物層3d。通過像這樣在平板狀電極支撐體90的兩面形成導(dǎo)電性聚合物層3、3d，就可以增大其有效面積，并且設(shè)于作為力的作用部的延長部1c上的孔1d在表背面被連結(jié)，具有加強(qiáng)效果增大的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于可以以平板狀電極支撐體90為中心形成對稱構(gòu)造，因此就可以獲得如下的帶有導(dǎo)電性聚合物層3、3d的平板狀電極支撐體90，即，沒有導(dǎo)電性聚合物層3、3d的膨脹收縮方向的不平衡，沒有不需要的彎曲變形，可以有效地沿伸縮方向5的方向伸縮變形。
最后，通過在圖12E的斷開線21的部位，從平板狀電極1上將兩側(cè)的斷開部1f分別斷開，即得到圖12H、圖12I所示的帶有導(dǎo)電性聚合物層3、3d的平板狀電極支撐體90。由于在使其他的平板20與被圖案處理了的平板狀電極1頂靠的狀態(tài)下利用電解聚合或澆注法形成了導(dǎo)電性聚合物的階段，與平板20的頂靠部的界面未被牢固地粘接，因此可以容易地將平板20從電極1和導(dǎo)電性聚合物層3上剝離。另外，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，作為平板20，例如通過使用被利用拋光研磨進(jìn)行了鏡面加工的不銹鋼鋼板、進(jìn)行了磨光加工的grush碳(非優(yōu)質(zhì)碳)板等表面十分平滑的平板，則可以更為容易地剝離。特別是grush碳板因其表面硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，可以反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)而更為優(yōu)良。通過采用此種制造方法，就可以簡便并且容易地制造本發(fā)明的促動器用平板狀電極支撐體。
另外，圖13A、圖13B表示在利用電解聚合形成導(dǎo)電性聚合物層3時(shí)所用的限制夾具、在由該夾具夾持的基板20及電極1上形成了導(dǎo)電性聚合物層3的狀態(tài)的俯視圖和剖面圖。限制夾具由放置基板20的底座31、被放置于矩形板狀的底座31上并且具有與形成導(dǎo)電性聚合物層3的區(qū)域?qū)?yīng)的開口窗30a的矩形框狀的掩模板30構(gòu)成。這樣，通過在底座31上放置基板20并用掩模板30覆蓋，則在底座31和掩模板30之間將基板20及電極1以密接的狀態(tài)夾持，此后通過在其兩端部，分別使螺栓32貫穿掩模板30的貫穿孔和電極1的銷栓孔1g，旋入基板20的螺栓孔內(nèi)而安裝。當(dāng)將它們浸漬于電解液中時(shí)，由于形成導(dǎo)電性聚合物層3的區(qū)域以外的基板20和電極1的部分被底座31和掩模板30夾持，因此導(dǎo)電性的基板20和電極1的只是開口窗30a的部位被暴露于電解液中，僅在該部位利用電解聚合合成導(dǎo)電性聚合物層3。
這樣，對于基板20和電極1，通過將形成導(dǎo)電性聚合物層3的區(qū)域以外的部分用底座31和掩模板30覆蓋，就可以僅使形成導(dǎo)電性聚合物層3的區(qū)域露出，在該部位可靠并且容易地形成導(dǎo)電性聚合物層3。
另外，圖13C、圖13D中，作為所述限制夾具的其他的實(shí)施方式，表示在底座31A中嵌入了磁鐵33的情況的限制夾具。圖13E是表示在使用了圖13A、圖13B的限制夾具的情況下產(chǎn)生的問題的局部放大圖，有電極1與平板20的密接差而產(chǎn)生間隙34的情況。在產(chǎn)生了此種間隙34的情況下，當(dāng)在其上形成導(dǎo)電性聚合物時(shí)，則容易產(chǎn)生局部的膜缺陷。針對于此，如圖13F所示，通過作為電極1，使用例如由磁性不銹鋼材料或鎳箔等磁性材料制成的薄板，并且使用嵌入了該磁鐵33的限制夾具，則由于磁鐵33將電極1拉向磁鐵側(cè)，因此就有使電極1和平板20沒有間隙地密接的效果。另外，在利用電解聚合形成導(dǎo)電性聚合物層的情況下，由于以該磁鐵附近的磁場的集中部為核心，引起導(dǎo)電性聚合物層的合成的開始，因此就可以使之進(jìn)行整體上均勻的導(dǎo)電性聚合物層的合成。作為所述平板狀電極的磁性材料，SUS430等具有磁性的不銹鋼及鎳等可以作為在電解質(zhì)中非腐蝕性的材質(zhì)使用。
(實(shí)施方式5)作為本發(fā)明的實(shí)施方式5，表示將本發(fā)明的所述實(shí)施方式1～4的任意一個(gè)促動器應(yīng)用于關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的促動器40、40’中的例子。圖14A中表示實(shí)施方式5的關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。該關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成如下的構(gòu)成，即，將利用連桿41連接了一對促動器40、40’的可以轉(zhuǎn)動的間接驅(qū)動機(jī)構(gòu)的間接部42交錯(cuò)地連結(jié)，由驅(qū)動電源43向這一對促動器40、40’的各個(gè)電極1等施加反相位的電壓而驅(qū)動，并且根據(jù)需要由驅(qū)動電源43在這些電極1等上重疊偏置電壓而進(jìn)行對抗驅(qū)動。利用該設(shè)置，如圖14B所示，例如促動器40就如圖2D所示，導(dǎo)電性聚合物層3沿長邊方向5收縮，另一方面，促動器40’就如圖2B所示，導(dǎo)電性聚合物層3沿長邊方向5伸長，從而可以使連桿41向右上方傾斜地驅(qū)動該關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。相反地，如果由驅(qū)動電源43向一對促動器40、40’的各自的電極1等施加與所述相反的電壓，則可以使連桿41向右下方傾斜地驅(qū)動該關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
這樣，就可以提供自由變形而控制性優(yōu)良的機(jī)械手用關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
而且，通過將所述的各種各樣的實(shí)施方式之中的任意的實(shí)施方式適當(dāng)?shù)亟M合，可以起到各自所具有的效果。
本發(fā)明雖然在參照附圖的同時(shí)，對優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了充分地記載，然而對于熟悉該技術(shù)的人員來說，各種變形或修正都是很清楚的。此種變形或修正只要不脫離由附加的技術(shù)方案的范圍所形成的本發(fā)明的范圍，就應(yīng)當(dāng)被理解為包含于其中。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的促動器是在設(shè)置了平板狀的導(dǎo)電性聚合物層的電極和對置電極之間具有與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層，通過向兩電極間施加電場而使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮的平板薄形的促動器，設(shè)置了所述導(dǎo)電性聚合物層的電極采用如下的電極，即，圖案處理為在作為導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上成為低剛性，并且在與所述長邊方向大致正交的方向上成為高剛性的兼作支撐體的平板狀電極，作為以被期待在家庭或辦公室、醫(yī)院等中因家務(wù)服務(wù)、辦公服務(wù)、高齡者或殘障者的護(hù)理服務(wù)等而在人之間活躍的機(jī)械手等機(jī)器為代表例的各種機(jī)器的驅(qū)動源，作為驅(qū)動源自身小型、輕量并且柔軟而安全的平板薄形的促動器十分有用。
權(quán)利要求
1.一種平板薄形的促動器，其具有平板狀的導(dǎo)電性聚合物層(3)、與所述導(dǎo)電性聚合物層(3)接觸的電極(1)、與所述電極(1)相面對的對置電極(2)、在所述電極(1)和所述對置電極(2)之間與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層(4)，所述電極(1)是按照在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向(5)上成為低剛性，并且在與所述長邊方向大致正交的寬度方向上成為高剛性的方式，在所述長邊方向上具有至少1個(gè)屈曲部而進(jìn)行了圖案處理的平板狀電極，通過向兩電極間施加電場，使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板薄形的促動器，其中，所述電極(1)是在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上具有多個(gè)屈曲部的鋸齒形狀的平板狀電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板薄形的促動器，其中，所述電極(1)是由在與作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向大致正交的寬度方向延伸的多個(gè)帶狀部(1a)、和將所述相鄰的帶狀部彼此之間連結(jié)的在所述長邊方向延伸的連結(jié)部(1b)構(gòu)成的平板狀電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板薄形的促動器，其中，在所述電極(1)的作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的所述長邊方向的兩端，設(shè)有平板狀的延長部(1c)，將這些延長部作為力的作用部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平板薄形的促動器，其中，在所述電極(1)的表背兩面設(shè)有所述導(dǎo)電性聚合物層，并且在所述電極(1)的作為所述延長部的力的作用部設(shè)置孔(1d)，通過將所述表背的導(dǎo)電性聚合物層連結(jié)而補(bǔ)強(qiáng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板薄形的促動器，其中，將設(shè)置了所述導(dǎo)電性聚合物層的所述電極(1)與所述對置電極(2)交互地配置而層疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板薄形的促動器，其中，所述電極(1)是由金、鉑、鎳、鈦、不銹鋼等金屬或合金、或碳制成的薄板或者對這些薄板實(shí)施了涂敷所述材質(zhì)組或化學(xué)氧化等表面處理的電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板薄形的促動器，其中，所述導(dǎo)電性聚合物層由聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩基體的π共軛聚合物或作為其衍生物的有機(jī)導(dǎo)電性聚合物或碳分散體系的導(dǎo)電性聚合物構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板薄形的促動器，其中，所述電解質(zhì)層為含有離子性液體的高分子凝膠或高分子。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板薄形的促動器，其中，所述導(dǎo)電性聚合物層的厚度與所述電極的厚度的比在3以下。
11.一種平板薄形的促動器，其具有平板狀的導(dǎo)電性聚合物層(3)、與所述導(dǎo)電性聚合物層(3)接觸的電極(1)、與所述電極(1)相面對的對置電極(2)、在所述電極(1)和所述對置電極(2)之間與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層(4)，所述電極(1)是按照在伴隨著所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮的驅(qū)動力的輸出方向(5)上成為低剛性，并且在與所述輸出方向大致正交的方向上成為高剛性的方式，在所述輸出方向上具有至少1個(gè)屈曲部而進(jìn)行了圖案處理的平板狀電極，通過向兩電極間施加電場，使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形而將所述驅(qū)動力沿所述輸出方向輸出。
12.一種平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，是在設(shè)置了平板狀的導(dǎo)電性聚合物層(3)的電極(1)和對置電極(2)之間具有與所述導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層(4)，通過向兩電極間施加電場而使所述導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形的平板薄形的促動器中的、由所述導(dǎo)電性聚合物層和所述電極構(gòu)成的平板薄形的促動器的平板狀電極支撐體的制造方法，作為所述電極(1)，對于平板狀電極，按照在作為所述導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上成為低剛性，并且在與所述長邊方向大致正交的寬度方向上成為高剛性的方式，利用蝕刻加工或沖裁加工進(jìn)行圖案處理，使得在所述長邊方向上具有至少1個(gè)屈曲部，在將所述被圖案處理了的平板狀電極與其他的平板(20)頂靠的狀態(tài)下，在所述電極(1)上利用電解聚合或澆注法形成了所述導(dǎo)電性聚合物層后，將所述平板除去，制造出所述平板狀電極支撐體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，其中，在除去了所述平板的面上，利用電解聚合或澆注法又形成所述導(dǎo)電性聚合物層(3d)而制造所述平板狀電極支撐體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，其中，在成為所述電極(1)的平板狀電極被用斷開部連結(jié)部(1e)與不作為所述電極(1)殘留的斷開部(1f)連結(jié)的狀態(tài)下，在所述電極(1)上利用電解聚合或澆注法形成了所述導(dǎo)電性聚合物層后，在所述斷開部連結(jié)部處切斷，將所述斷開部除去而制造所述平板狀電極支撐體。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的平板薄形的促動器用平板狀電極支撐體的制造方法，其中，將成為所述電極(1)的平板狀電極設(shè)為磁性體，利用磁力吸引由磁性體構(gòu)成的所述電極(1)而使之與所述其他的平板(20)頂靠。
全文摘要
本發(fā)明作為家務(wù)服務(wù)、辦公服務(wù)或護(hù)理服務(wù)等中可以使用的機(jī)械手等的驅(qū)動源，提供驅(qū)動源自身小型、輕量并且柔軟而安全的促動器及其平板狀電極支撐體的制造方法。是在設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層(3)的電極(1)和對置電極(2)之間具有與導(dǎo)電性聚合物層接觸的電解質(zhì)層(4)，通過向兩電極間施加電場而使導(dǎo)電性聚合物層膨脹收縮變形的促動器，該促動器的設(shè)置了導(dǎo)電性聚合物層的電極是被圖案處理成在作為導(dǎo)電性聚合物層的伸縮方向的長邊方向上成為低剛性的平板狀電極。
文檔編號B25J9/10GK1910810SQ20058000298
公開日2007年2月7日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者橫山和夫, 淺井勝彥, 松川望, 山本正樹 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社