WO2004014987A1 - 導電性高分子の製造方法 - Google Patents

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WO2004014987A1
WO2004014987A1 PCT/JP2003/010111 JP0310111W WO2004014987A1 WO 2004014987 A1 WO2004014987 A1 WO 2004014987A1 JP 0310111 W JP0310111 W JP 0310111W WO 2004014987 A1 WO2004014987 A1 WO 2004014987A1
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WO
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conductive polymer
electrolytic
expansion
molded article
actuator
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PCT/JP2003/010111
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tetsuji Zama
Susumu Hara
Shingo Sewa
Original Assignee
Eamex Corporation
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/124Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one nitrogen atom in the ring
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2002/5066Muscles

Definitions

  • the present invention relates to a laminate, an electroconductive stretching method of the conductive polymer molded article and the laminate having an excellent stretch ratio, an activator containing the conductive polymer, and uses thereof.
  • conductive polymers such as polypyrrole exhibit electrolytic stretching, which is a phenomenon of stretching or deformation due to electrochemical redox. Electrolytic expansion and contraction of this conductive high molecule is expected to be applied to driving artificial muscles, mouth pot arms, artificial hands, artificial legs, powered suits, and actiyu, and has been attracting attention in recent years.
  • a method of producing such a conductive polymer which undergoes electrolytic expansion and contraction a method of producing by an electrolytic polymerization method is generally used.
  • a working electrode and a counter electrode are placed in an electrolyte solution containing a monomer component such as pyrrole, and then a voltage is applied to both electrodes so that the conductive polymer film acts.
  • a method of forming an electrode is usually performed.
  • the conductive polymer film obtained by the electrolytic polymerization method can be expanded or contracted or displaced by applying a voltage to the film.
  • Such a conductive polymer that expands and contracts can be used as a conductive polymer alone film for applications such as artificial muscles.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-169393 shows a feature.
  • Kaihei 1 1 1 1 169 394 describes that it is also possible to use an artificial muscle having a polyaniline film formed on both sides of a solid electrolyte former.
  • a voltage is applied to the conductive polymer. After that, it is necessary to improve the ratio of the length of the conductive polymer molded article in the initial state at a specific time to the length of the stretched or displaced length, that is, the rate of displacement per specific time. If possible, it is desirable to further enhance practicality.
  • the conductive polymer obtained by the electropolymerization method is used as a conductive polymer used in artificial muscles.
  • the present invention provides a method for producing a conductive polymer having an excellent stretch ratio per oxidation-reduction cycle, a conductive polymer molded article obtained by the method, and a conductive polymer obtained by the method.
  • the present invention is, first, a method for producing a conductive polymer by an electrolytic polymerization method, wherein the conductive polymer has elasticity due to electrochemical oxidation-reduction, and the electrolytic polymerization method is an organic compound.
  • the organic compound is selected from the group consisting of (1) a chemical bond consisting of an ether bond, an ester bond, a carbon-halogen bond, and a force-ponate bond.
  • a method for producing a conductive polymer containing anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a trifluoromethanesulfonic acid ion and / or a central atom a method for producing a conductive polymer containing anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a trifluoromethanesulfonic acid ion and / or a central atom.
  • the conductive polymer obtained by this production method has a large expansion and contraction per oxidation-reduction cycle and can be suitably used for an actuating element which is a driving source for practical use.
  • the present invention also provides, secondly, a method for producing a conductive polymer by an electrolytic polymerization method, wherein the conductive polymer has elasticity due to electrochemical oxidation-reduction
  • the electrolytic solution includes an anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a trifluoromethanesulfonic acid ion and / or a central atom in the electrolytic solution, and the electrolytic polymerization method uses a metal electrode as a working electrode on which a conductive polymer is formed. It is also a method for producing conductive polymers.
  • the conductive polymer obtained by this manufacturing method can greatly exceed the conventional expansion and contraction ratio of 1%, and can generate a larger power than conventional ones. It can be suitably used for an overnight device.
  • the present invention is a conductive polymer molded article obtained by the production method.
  • the conductive polymer molded article not only has an excellent expansion / contraction rate per oxidation-reduction cycle, but also has an excellent displacement rate per specific time. Therefore, the conductive polymer molded article can be suitably used for an actuator element which is a driving source for practical use.
  • the present invention provides a conductive polymer molded article obtained by the production method, comprising trifluoromethanesulfonate ion, anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a central atom, and a sulfonate having 3 or less carbon atoms.
  • the present invention is also a laminate including a conductive polymer-containing layer and a solid electrolyte layer.
  • the conductive polymer contained in the conductive polymer-containing layer is a conductive polymer obtained by the above-described method for producing a conductive polymer, the laminate has a thickness per oxidation-reduction cycle.
  • the present invention relates to an actuating unit including an operating unit, a counter electrode and an electrolyte, wherein the operating unit includes an operating unit including a conductive polymer obtained by the above-described method for producing a conductive polymer. But also.
  • the above-mentioned actuate can improve the expansion and contraction rate per one oxidation-reduction cycle of the actuate over the electrolytic expansion and contraction caused by applying a voltage between the counter electrode and the working part, so that it is practically used. It can be suitably used for an actuating element which is a driving source of the device.
  • the present invention provides a positioning device, a posture control device, an elevating device, a transport device, a moving device, an adjusting device, an adjusting device, a guiding device, using the above-described conductive polymer molded product as an actuator element. Or a joint device, and a pressing device used for the pressing portion. Further, the present invention provides a positioning device, a posture control device, a lifting device, a transport device, a moving device, an adjusting device, an adjusting device, a guiding device, or a joint device using the above-described actuator as a driving unit, and a pressing unit. It is also the pressing device used. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of an embodiment of the present invention of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the electrolytic polymerization method is a polymerization method using an electrolytic solution containing an organic compound as a solvent, and the organic compound is a chemical reaction comprising an ether bond, an ester bond, a carbon-halogen bond, and a carbonate bond.
  • the electrolyte comprises trifluoromethanesulfonate ions and / or This is a method for producing a conductive polymer containing an anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a core atom.
  • an organic compound is contained as a solvent in an electrolytic solution used in an electrolytic polymerization method.
  • the organic compound includes at least one chemical bond selected from the group consisting of an ether bond, an ester bond, a carbon bond, and a carbonate bond, and / or a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a hydroxyl group.
  • the molecule contains at least one functional group selected from the group of functional groups consisting of a tolyl group. The organic compound contains one or more of these chemical bonds and these functional groups in a molecule.
  • the organic compound may include any of a chemical bond selected from the group of the chemical bonds and a functional group selected from the group of the functional groups. Further, the molecule may contain at least one chemical bond selected from the group of chemical bonds and at least one functional group selected from the group of functional groups.
  • organic compound examples include the following groups of organic compounds: 1,2 dimethyloxetane, 1,2-diethoxetane, tetrahydrofuran, 21-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane Organic compounds), arptyrolactone, ethyl acetate, n-butyl acetate, 1-butyl acetate, 1,2-diacetoxetane, 3-methyl-2-oxazolidinone, methyl benzoate, benzoic acid Ethyl, butyl benzoate, getyl phthalate (above, organic compounds containing ester bonds), propylene glycol, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, getyl carbonate, methylethyl carbonate (more than, organic compounds containing carbonate bonds) ), Ethylene glycol, butanol, 1-hexano Cyclohexanol, 1-octanol, 1-decanol, 1-dodecanol
  • the organic compound containing a hydroxyl group is not particularly limited, but is preferably a polyhydric alcohol or a monohydric alcohol having 4 or more carbon atoms because of its good elasticity.
  • the organic compound may have, in addition to the above examples, two or more bonds or functional groups among ether bonds, ester bonds, carbonate bonds, hydroxyl groups, nitro groups, sulfone groups, and nitrile groups in the molecule.
  • Organic compounds may be included in any combination.
  • an organic compound containing an ester bond is preferable because the obtained conductive polymer has a large expansion and contraction rate.
  • the organic compound contained as a solvent in the electrolytic solution contains a carbon-halogen bond
  • the organic compound may be a halogenated hydrocarbon.
  • the octogenated hydrocarbon is not particularly limited as long as at least one hydrogen in the hydrocarbon is substituted with a halogen atom and can be stably present as a liquid under electropolymerization conditions. Not something.
  • Examples of the halogenated hydrocarbon include dichloromethane and dichloroethane. As the halogenated hydrocarbon, only one kind can be used as a solvent in the electrolytic solution, but two or more kinds can be used in combination.
  • the halogenated hydrocarbon may be used as a mixture with the above organic compound, and a mixed solvent with the organic solvent other than the halogenated hydrocarbon may be used as the solvent in the electrolytic solution.
  • a mixture of two or more of the above organic compounds is used as a solvent for the electrolytic solution, an organic compound containing an ether bond, an organic compound containing an ester bond, an organic compound containing a carbonate bond, an organic compound containing a hydroxyl group, Organic compounds having excellent elongation and organic compounds having excellent shrinkage from the group consisting of organic compounds having an organic group, organic compounds having a sulfone group, and organic compounds having a nitrile group.
  • the conductive polymer obtained by the electrolytic polymerization can be improved in the expansion and contraction rate per one oxidation-reduction cycle.
  • the electrolytic solution used in the electrolytic polymerization method includes an organic compound to be electrolytically polymerized (for example, pyrrole), trifluoromethanesulfonate ion, and nitrogen atom or a central atom.
  • the liquid contains an anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to the liquid.
  • the conductive polymer obtained by the electrolytic polymerization using this electrolytic solution has a stretching rate per oxidation-reduction cycle and a displacement rate per Z or specific time in electrolytic stretching.
  • anion containing a plurality of trifluoromethanesulfonate ions and a plurality of fluorine atoms bonded to z or the central atom is incorporated into the conductive polymer.
  • the anion containing a plurality of trifluoromethanesulfonic acid ions and a plurality of fluorine atoms bonded to the central atom or the trifluoromethanesulfonate ion is not particularly limited in the content thereof in the electrolytic solution, but may be 0.1 to 30 in the electrolytic solution. % By weight, more preferably 1 to 15% by weight.
  • Triflate Ruo b methanesulfonate ion has the formula CF 3 S 0 3 - is a compound represented by.
  • An anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a central atom has a structure in which a plurality of fluorine atoms are bonded to a central atom such as boron, phosphorus, antimony, and arsenic.
  • the Anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to the central atom are not particularly limited, tetrafurfuryl O b borate ion (BF 4 I), the Kisafuruororin acid ion (PF 6 -), the hexa Fluoroantimonate ion (S bF 6 —) and hexafluoro arsenate ion (A s F 6 _) can be exemplified.
  • CF 3 S_ ⁇ 3 - preferably when the consideration of safety to human body, CF 3 S0 3 _ and BF 4 - -, BF 4 first and PF 6 are more preferred.
  • the anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to the central atom may be one kind, or two or more kinds may be used simultaneously in the electrolytic solution. Further, trifluoromethanesulfonic acid ions and anions containing a plurality of fluorine atoms bonded to a plurality of types of central atoms may be simultaneously used in the electrolytic solution.
  • the method is used in an electrolytic polymerization method.
  • the electrolytic solution contains a conductive polymer monomer in the solution, in addition to the organic compound solvent and the trifluoromethanesulfonic acid ion and / or anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a central atom.
  • the electrolyte solution may further contain other known additives such as polyethylene glycol and polyacrylamide.
  • the present invention provides, secondly, a method for producing a conductive polymer by an electrolytic polymerization method, wherein the conductive polymer has elasticity due to electrochemical oxidation-reduction, and the electrolytic polymerization method comprises: An electrolytic solution containing trifluoromethanesulfonic acid ion and anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a central atom or a trifluoromethanesulfonate ion is contained in the electrolytic solution, and the electrolytic polymerization method comprises a metal electrode as a working electrode on which a conductive polymer is formed. This is a method for producing a conductive polymer using the same.
  • the electrolytic solution used in the electrolytic polymerization method contains, in addition to the organic compound to be electrolytically polymerized (for example, pyrrole), trifluoromethanesulfonic acid ions and / or Includes anions containing multiple fluorine atoms bonded to the atoms.
  • anion containing a plurality of trifluoromethanesulfonate ions and / or a plurality of fluorine atoms bonded to the central atom is incorporated into the conductive polymer.
  • the anion containing a plurality of trifluoromethanesulfonate ions and a plurality of fluorine atoms bonded to Z or a central atom is not particularly limited in the content thereof in the electrolytic solution, but is contained in the electrolytic solution in an amount of 0.1 to 3%.
  • the content is preferably 0% by weight, more preferably 1 to 15% by weight.
  • Torifuruorome evening Nsuruhon acid ion a compound represented by the chemical formula CF 3 S_ ⁇ 3.
  • An anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to the central atom is It has a structure in which multiple fluorine atoms are bonded to central atoms such as boron, phosphorus, antimony, and arsenic.
  • the anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to the central atom is not particularly limited, but includes tetrafluoroborate ion (BF 4 —), hexafluorophosphate ion (PF 6 —), and hexafluorophosphate ion (PF 6 —).
  • xafluoroantimonate ion S bF 6 —
  • hexafluoro arsenate ion As F 6 —
  • CF 3 S_ ⁇ 3 - preferably when the consideration of safety sex to the human body or the like, CF 3 S0 3 - -, BF 4 _ and PF 6 and BF 4 are more preferable.
  • the anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to the central atom may be one kind, or two or more kinds may be used simultaneously in the electrolytic solution.
  • trifluoromethanesulfonic acid ion and anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a plurality of kinds of central atoms may be simultaneously used in the electrolytic solution.
  • a metal electrode is used as a working electrode in which polymerization of a conductive polymer is performed during electrolytic polymerization.
  • metal electrodes in the electropolymerization compared to the case of using electrodes mainly composed of non-metallic materials such as ITO glass electrodes and Nesa glass electrodes, the use of the obtained conductive polymer in an active material Evening can develop a large generating power.
  • the metal electrode is not particularly limited as long as it is a metal-based electrode, but is selected from the group consisting of Pt, Ti, Au, Ni, Ta, Mo, Cr and W.
  • An electrode of a simple metal or an alloy of an element can be suitably used. It is particularly preferable that the metal species contained in the metal electrode is Ni or Ti because the conductive polymer obtained by the above-mentioned production method has a large expansion and contraction rate and a high generating force, and the electrode can be easily obtained.
  • the solvent contained in the electrolytic solution at the time of electrolytic polymerization is not particularly limited, but the expansion / contraction rate per oxidation-reduction cycle is 3%.
  • an aniline containing a plurality of fluorine atoms with respect to trifluoromethanesulfonate ion and Z or a central atom is required.
  • the chemical bond selected from the group consisting of ether bond, ester bond, carbon-halogen bond and force-ponate bond
  • at least one or more chemical bond species and / or hydroxyl group, nitro group, sulfone group It is preferable to include, as a solvent for the electrolytic solution, an organic compound containing in its molecule at least one functional group selected from the group of functional groups consisting of nitrile groups. Two or more of these solvents can be used in combination. More preferably, the solvent of the electrolytic solution is a solvent having an ester group.
  • the electrolytic polymerization method used in the first and second production methods of the conductive polymer of the present invention can use a known electrolytic polymerization method as a method for electrolytic polymerization of a monomer of the conductive polymer.
  • any of the constant potential method, constant current method and electric sweep method can be used.
  • the electrolytic polymerization method can be carried out at a current density of 0.01 to 20 mA / cm 2 and a reaction temperature of 170 to 80 ° C., in order to obtain a conductive polymer having good film quality.
  • the reaction is performed under the conditions of a current density of 0.1 to 2 mAZ cm 2 and a reaction temperature of 40 to 40 ° C, and more preferably a reaction temperature of 130 to 30 ° C. It is good.
  • the working electrode is not particularly limited as long as it can be used for electrolytic polymerization, and an ITO glass electrode, a metal electrode, or the like may be used. it can.
  • the conductive polymer monomer contained in the electrolytic solution used in the electrolytic polymerization method may be a polymer obtained by oxidation by electrolytic polymerization.
  • the compound is not particularly limited as long as it is a compound that exhibits electrical conductivity when converted to a compound.
  • examples include a 5-membered heterocyclic compound such as pyrrole, thiophene, and isothianaphthene, and derivatives thereof such as an alkyl group and an oxyalkyl group. .
  • a five-membered heterocyclic compound such as pyrrole and thiophene and a derivative thereof are preferable.
  • a conductive polymer containing a pyrrole and / or a pyrrole derivative is preferable because it is easy to produce and has a high conductivity. It is preferable because it is stable as a polymer.
  • the above monomers can be used in combination of two or more kinds.
  • the conductive polymer produced by the first and second methods of producing the conductive polymer of the present invention is not particularly limited as long as it has elasticity. Polypyrrol, polythiophene, and polya Diphosphorus, polyphenylene film and the like can be used.
  • the conductive polymer is a conductive polymer having a molecular chain containing pyrrole and a pyrrole or pyrrole derivative, which is easy to manufacture, is not only stable as a conductive polymer, but also has an electrolytic stretching property. It is preferable because it is excellent.
  • the conductive polymer may include, as a dopant, trifluoromethanesulfonate ion contained in the electrolytic solution and an anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to Z or a central atom. Therefore, it is thought that it shows an excellent stretching ratio per oxidation-reduction cycle in electrolytic stretching, and also shows an excellent displacement ratio per specific time.
  • the conductive polymer may include, in the electrolytic solution, trifluoromethanesulfonate ion and anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to Z or a central atom in the electrolytic solution. Since a metal electrode is used as the working electrode of the present invention, it exhibits an excellent expansion and contraction rate per oxidation-reduction cycle in electrolytic expansion and contraction, and can generate a large force by electrolytic expansion and contraction.
  • the present invention is also a conductive polymer molded article having a desired shape of the conductive polymer obtained by the first of the above manufacturing methods. That is, a method for producing a conductive polymer, which is a method for producing a conductive polymer having elasticity by electrochemical oxidation-reduction by an electrolytic polymerization method, wherein the electrolytic polymerization method comprises an ether bond, an ester bond, and a carbonate bond. An organic compound containing at least one bond or a functional group of at least one of a hydroxyl group, a nitro group, a sulfon group and a nitrile group, and an electrolyte solution containing Z or octogenated hydrocarbon as a solvent. To the trifluoromethanesulfonate ion and Z or the central atom. T liquor 03/010111
  • the shape of the conductive polymer molded article is not particularly limited, and may be a film shape, a tubular shape, a cylindrical shape, a prism, a fiber shape, or the like. It is preferably in the form of a film because it precipitates on the working electrode during polymerization.
  • the working electrode is not particularly limited as long as it can be used for electrolytic polymerization, and an IT-based glass electrode, a metal electrode, or the like can be used.
  • the expansion and contraction rate of the conventional conductive polymer was only about 1% per one oxidation-reduction cycle in the plane direction.
  • the conductive polymer molded article of the present invention contains, as a dopant, trifluoromethanesulfonic acid ion and anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to Z or a central atom in the conductive polymer. As a result, it has become possible to exhibit an excellent stretch ratio of 3% or more, particularly 5% or more per oxidation-reduction cycle, in the length direction of the conductive polymer molded article.
  • the conductive polymer molded article of the present invention has a stretch ratio of at least 3% in the length direction per redox cycle, and therefore requires a large stretch ratio represented by artificial muscle. Can be suitably used.
  • the conductive polymer molded article may appropriately contain a conductive material such as a metal wire or a conductive oxide in order to reduce the resistance value as an operating electrode, in addition to the dopant.
  • the conductive polymer molded article which expands and contracts by electrochemical oxidation-reduction, the expansion and contraction rate in one oxidation-reduction cycle of 20 seconds is 3% or more in the length direction.
  • the conductive polymer molded article is a method for manufacturing a conductive polymer manufactured by an electrolytic polymerization method, wherein the electrolytic polymerization method includes an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, Using an electrolytic solution containing at least one bond or a functional group among nitrile groups and / or a halogenated hydrocarbon as a solvent, 20 seconds by including a conductive polymer obtained by the method for manufacturing a conductive polymer containing anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a central ion and / or a central atom in the electrolytic solution.
  • this conductive polymer molded product has a stretch ratio of 3% or more in the length direction in one oxidation-reduction cycle.
  • this conductive polymer molded product requires a large displacement of the tip of the conductive polymer molded product within a certain period of time after the start of voltage application at one point. Therefore, it can be suitably used for an actuator element which is a driving source for practical use.
  • the actuator is an actuator including the conductive polymer molded article, a counter electrode and an electrolyte, and via the electrolyte.
  • the apparatus can be configured to include a counter electrode and an electrolyte so that a voltage can be applied between the counter electrode and the conductive polymer molded article.
  • a voltage By applying a voltage from one end of the conductive polymer molded article, the stretching rate in one oxidation-reduction cycle of 20 seconds is 3% or more in the length direction, so that artificial muscles and various devices can be used. It can be suitably used in factories that require faster responsiveness, such as a drive unit.
  • the present invention is also a conductive polymer molded article in which the conductive polymer obtained by the second of the above-described manufacturing method is formed into a desired shape.
  • a method for producing a conductive polymer which is a method for producing a conductive polymer having elasticity by electrochemical redox by an electrolytic polymerization method, wherein the electrolytic polymerization method comprises A method for producing a conductive polymer having an electroconductive polymer by an electrolytic polymerization method, wherein the electropolymerization method comprises the step of forming a trifluoromethanesulfonate ion and a fluorine atom bonded to Z or a central atom.
  • the shape of the conductive polymer molded article is not particularly limited, and may be a shape such as a film, a tube, a tube, a prism, and a fiber. Since the conductive polymer is deposited on the working electrode during electrolytic polymerization, the conductive polymer is preferably in the form of a film. When the molded article is in the form of a film, it may be a film obtained by using the conductive polymer of the above-mentioned production method of the present invention.
  • the film-shaped body may be formed in a form in which the conductive polymer obtained by the above-described manufacturing method covers the surface of the target article by a known method.
  • the present invention is a laminate including a conductive polymer layer and a solid electrolyte layer, and is also a laminate including the conductive polymer in the conductive polymer layer. That is, the invention of the present application is a laminate including a conductive polymer layer and a solid electrolyte layer, wherein the conductive polymer layer includes the conductive polymer obtained by the first method for producing a conductive polymer. It can be a laminate containing a polymer. Further, the present invention is a laminate including a conductive polymer layer and a solid electrolyte layer, wherein the conductive polymer layer includes the conductive polymer obtained by the second method for producing a conductive polymer.
  • the laminate may include a polymer.
  • the electrolyte in the solid electrolyte layer is supplied to the conductive polymer layer, and the conductive polymer layer includes the conductive polymer layer. Since the conductive polymer greatly expands and contracts due to electrochemical oxidation and reduction, a large expansion and contraction rate per oxidation-reduction cycle can be exhibited during electrolytic expansion and contraction. A large expansion ratio per oxidation-reduction cycle can be exhibited during electrolytic expansion. It is preferable that the conductive polymer layer and the solid electrolyte layer in the laminate are in direct contact with each other, but any electrolyte in the solid electrolyte can be transferred to the conductive polymer. If desired, another layer may be interposed.
  • the conductive polymer-containing layer may include a substrate or the like that does not significantly hinder electrolytic expansion and contraction, and may also include a conductive oxide or a metal wire.
  • the solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably an ion-exchange resin because it can be largely driven.
  • the ion-exchange resin a known ion-exchange resin can be used.
  • a trade name “Naiion” perfluorosulfonic acid resin, manufactured by DuPont
  • the laminate is used as an actuator, it is an actuator having a counter electrode and the laminate, wherein the counter electrode and the conductive polymer in the laminate are interposed via a solid electrolyte in the laminate.
  • the actuator may be provided with a counter electrode so that a voltage can be applied to the containing layer.
  • the present invention is also an electrolytic expansion / contraction method for expanding / contracting the conductive polymer molded article by electrochemical oxidation / reduction of the above-mentioned conductive polymer molded article in an electrolytic solution.
  • an excellent expansion and contraction rate can be obtained per oxidation-reduction cycle.
  • the above-mentioned electrolytic expansion / contraction method for expanding / contracting a conductive polymer molded article can also provide an excellent displacement ratio per specific time.
  • the working electrolyte which is an electrolyte in which the conductive polymer molded article is subjected to electrolytic expansion and contraction, is not particularly limited, but a liquid containing an electrolyte in water, which is a main solvent, may have a concentration of It is preferable because the preparation is easy.
  • the electrolytic solution is at least one selected from the group consisting of a trifluoromethanesulfonate ion, an anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to a central atom, and a sulfonate having 3 or less carbon atoms.
  • An electrolytic solution containing a compound as a working electrolyte can be used.
  • the present invention provides a method for producing a conductive polymer, wherein the conductive polymer molded article is a conductive polymer having elasticity due to electrochemical oxidation-reduction produced by an electrolytic polymerization method.
  • the electropolymerization method comprises an organic compound containing at least one bond or a functional group of at least one of a ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group, and Z or halogenated carbon.
  • a conductive material obtained by a method for producing a conductive polymer containing anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to trifluoromethanesulfonate ions and a central atom in the electrolyte is used.
  • a conductive polymer molded product containing a conductive polymer as a resin component 3 010111
  • the electrolyte containing at least one compound selected from the group consisting of trifluoromethanesulfonate ion, anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom, and a sulfonate having 3 or less carbon atoms as an operating electrolyte.
  • the salt used in the electrolytic solution can be used as a salt contained in the electrolytic solution of the solid electrolyte in the laminate of the present invention, and shows an excellent stretching ratio per oxidation-reduction cycle.
  • a laminate with a solid electrolyte can be obtained.
  • trifluoromethanesulfonate ion contained as an operating electrolyte in an electrolyte solution as an external environment and anion containing a plurality of fluorine atoms bonded to Z or a central atom are required.
  • Triflate Ruo Lome chest sulfonic acid ion a chemical formula CF 3 S 0 3 compound represented by _.
  • an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom is an ion having a structure in which a plurality of fluorine atoms of the central atom are bonded to atoms such as boron, phosphorus, antimony, and arsenic.
  • the sulfonate having 3 or less carbon atoms is not particularly limited as long as it is a salt of a sulfonic acid having 3 or less carbon atoms.
  • sodium methanesulfonate and sodium ethanesulfonate can be used.
  • the present invention also relates to an electrolytic stretching method for expanding and contracting the conductive polymer molded article by electrochemical oxidation reduction of the conductive polymer molded article in an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution mainly comprises sodium chloride.
  • An electrolytic stretching method which is an aqueous solution containing a suitable electrolyte, may be used.
  • the electrolytic solution mainly contains sodium chloride, which is an electrolyte contained in a biological component, it is possible to operate in a state in which a body fluid in a living body and the electrolytic solution are easily interchangeable.
  • the temperature of the electrolytic solution or the solid electrolyte that undergoes electrolytic expansion and contraction in the present invention is not particularly limited. However, in order to expand and contract the conductive polymer at a higher speed, the temperature is preferably 20 to 100 °. (:, More preferably 50 to 80 ° C.).
  • the invention of the present application is also an actuating device including an operating portion, an electrolyte and a counter electrode, wherein the operating portion includes the conductive polymer obtained by the first or second method for producing a conductive polymer. It's a night of akuchiyue.
  • the actuator is not particularly limited as long as it includes an operating part, an electrolyte, and a counter electrode as a device configuration, but a shaft attached to the operating part is provided in a housing so that liquid does not leak during operation. It is preferable to use a packed actuator or an actuator equipped with a housing that can be expanded and contracted according to the operation of the operating part, because it does not cause leakage of electrolyte or the like.
  • the work 1 is a cylindrical work, and the outermost layer is formed of a housing made of a flexible material such as urethane rubber.
  • a lead 8 for applying a potential to the operating section 3 inside the actuator and leads 7 and 7 ′ for applying a potential to the counter electrode.
  • Factory 1 has a column-shaped operating portion 3 in an internal space of a casing 2 formed of a flexible material.
  • a concave portion 23 is formed on the inner surface of the bottom portion 22 of the housing 2.
  • One end of the operating part 3 is fitted into the recess 23 via the conductive connection plate 4 so that the operating part is Attached to body 2.
  • the operating unit 3 is fixed to the housing 2 by joining the other end of the operating unit 3 to the inner surface of the distal end 21 of the housing 2.
  • columnar counter electrodes 51 and 52 are fitted near the inner surface of the side wall of the housing 2 with the counter electrode fitting recesses 24 and 25 provided at the bottom 22.
  • the remaining internal space excluding the counter electrodes 51 and 52 and the operating part 3 is filled with the electrolyte 6.
  • the power supply 9 is connected to the counter electrodes 51 and 52 via the leads 7 and 7 ′, and is connected to the conductive connection plate 4 in contact with the operating section 3 via the lead 8.
  • a voltage can be applied between the counter electrodes 51, 52 and the operating section 3, and the operating section 3 can be expanded and contracted electrolytically.
  • a force F can be generated at the distal end 21 and can be suitably used as an artificial muscle.
  • the tip 21 of the actuator 1 may or may not be joined to the tip of the operating section 3 on the inner surface.
  • the force acts to shrink the housing 2 formed of a flexible material into the inside of the actuator due to the shrinkage stress.
  • the operating portion 3 electrolytically expands and contracts, so that the distal end portion 21 can expand and contract following the electrolytic expansion and contraction of the operating portion 3.
  • the operating portion is not particularly limited as long as it includes the above-described conductive polymer and undergoes electrolytic expansion and contraction by applying a voltage. It is preferable that the operating portion exhibits an elasticity of 5% or more when a voltage is applied.
  • the actuating section expands and contracts by 5% or more when a voltage is applied, so that it is possible to obtain an actuation that expands and contracts by 5% or more.
  • the operating portion may appropriately include a conductive material such as a metal wire or a conductive oxide in order to reduce a resistance value as an operating electrode in addition to the dopant.
  • the flexible material forming the housing 2 is not particularly limited.
  • the flexible material The material can be appropriately selected according to the elongation rate of the product, preferably a synthetic resin having an elongation of 5% or more, and more preferably a synthetic resin having an elongation of 20% or more.
  • the flexible material for example, silicon-based resin, urethane-based resin, silicon-based rubber, urethane-based rubber, or the like can be used.
  • the flexible material also has a function of preventing the electrolyte from leaking to the outside of the actuator, it is preferable that the flexible material has solvent resistance.
  • the actuator 1 has a structure in which the operating part is sealed by the housing 2, so it has a longer operating time than a structure in which a rod-like body that transmits force penetrates the housing. Since there is no leakage of electrolyte due to use, it is excellent for use as mechanical parts such as artificial muscles.
  • the shape of the actuator of the present invention is not particularly limited. Although the actuator is formed in a cylindrical shape in FIG.
  • the shape of the actuator can be formed in a shape corresponding to the usage state, such as a polygonal column such as a prism or a hexagon, a cone, a plate, or a rectangular parallelepiped, in addition to the cylinder.
  • the working part installed inside the actuator of the present invention is not limited to a column, but may be a polygonal pillar such as a prism or a hexagon, a cone, a rectangular parallelepiped, or the like. It can be made into an appropriate shape according to.
  • the operating portion may be a conductive polymer film obtained on the working electrode by electrolytic polymerization as it is, or may be formed into a desired shape by performing molding such as lamination.
  • the counter electrode is not limited to a columnar shape, but may be a plate shape or the like.
  • the electrolyte contained in the capsule of the present invention may be a liquid or a solid electrolyte.
  • the solvent may be water or an organic solvent.However, since the rate of volatilization is relatively low, handling is easy, and large expansion and contraction can be obtained. Therefore, it is preferably an aqueous solvent.
  • the electrolysis When the liquid is a solid electrolyte, it may be a polymer electrolyte or a completely solid solid electrolyte, but a gel polymer electrolyte is preferred because of its high ionic conductivity in the electrolyte.
  • the electrolyte may be an electrolyte containing at least one compound selected from the group consisting of trifluoromethanesulfonate ion, anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to a central atom, and a sulfonate having 3 or less carbon atoms. Actuyue is preferred because it allows for a larger expansion and contraction per redox cycle.
  • a laminate of a conductive polymer-containing layer and a solid electrolyte may be used as the operating portion and the electrolyte.
  • the conductive polymer in the layer expands and contracts greatly.
  • the counter electrode may be installed so that a voltage can be applied between the counter electrode and the conductive polymer-containing layer via the solid electrolyte, and the installation place is not particularly limited.
  • the actuator can obtain a large expansion and contraction rate by including the above-mentioned conductive polymer in the internal working portion, so that it can be used even when the displacement is small. It can be suitably used as an artificial muscle, which is a use requiring a large displacement. In other words, until now, an actuary using a conductive polymer as a drive unit could only be used for applications requiring a small displacement, but an actuary of the present invention uses a conductive polymer. The application can be expanded to applications where displacement of artificial muscles etc. is large.
  • the actuator can be used as a linear actuator. For example, a member for transmitting a force, such as a metal wire, is connected to a distal end 21 of the actuator 1 in FIG. 1 via a driving connector.
  • the actuator of the present invention By attaching, it can be used as a drive device. Further, by pressing the front end 21 against the control object, the actuator of the present invention can be used. Can be used as a pressing device.
  • the actuator of the present invention is an actuator in which a conductive polymer is driven by electricity, and is silent as it is driven. Therefore, the actuator is suitable as a driving unit or a pressing unit in an indoor use device.
  • the actuator is lighter than the conventional linear actuator due to fewer metal parts, so the positioning device, the attitude control device, the elevating device, the transport device, the moving device, the adjusting device, the adjusting device, It can be suitably used as a drive unit of a guidance device and a joint device.
  • the conductive polymer molded article and laminate of the present invention can be suitably used for artificial muscles, mouth pot arms, power suits, artificial hands and artificial legs.
  • Industrial equipment such as control equipment, soft manipulators, underwater valves, and soft transport equipment; underwater vehicles such as goldfish; or objects used in water such as moving fishing baits or hobby supplies such as propulsion fins.
  • the conductive polymer molded product and the laminate of the present invention can be suitably used.
  • the first or second method for producing the conductive polymer described above is used.
  • An artificial muscle, a robot arm and a prosthesis used as a drive unit, using the obtained conductive polymer as a conductive polymer molded article containing a base resin or a laminate containing a resin component of a conductive polymer layer. can be.
  • the conductive polymer obtained by the first or second method for producing a conductive polymer described above is Tweezers, scissors, forceps, snares, and lasers used as a drive unit were formed of a conductive polymer molded article containing the base resin or a laminate containing the conductive polymer layer as a resin component. It can be a medical device including a zames, a spatula, and a clip. Further, when the conductive polymer molded article and the laminate of the present invention are used for the above-described sensor or repair tool, the conductive polymer can be obtained by the first or second method for producing a conductive polymer described above.
  • a sensor and a repair tool including inspection and repair, using a conductive polymer molded product containing a base resin as a conductive polymer molded product containing a base resin or a laminate containing a resin component of a conductive polymer layer as a drive unit. It can be.
  • the conductive polymer molded article and the laminate of the present invention are used for the above-mentioned industrial equipment, the conductive polymer obtained by the first or second method for producing a conductive polymer described above is used as the conductive polymer.
  • Health appliances, hygrometers, hygrometer control devices, and soft manipulators that use a conductive polymer molded article containing a base resin or a laminate containing a conductive polymer layer as a resin component as a drive unit It can be industrial equipment including underwater valves and soft transport equipment. Further, when the conductive polymer molded article and the laminate of the present invention are used for the above-mentioned article used in water, the conductive polymer can be obtained by the first or second method for producing a conductive polymer described above.
  • the conductive polymer molded article and the laminate of the present invention can generate displacement, so that they can be used as an actuator.
  • those not coated with a resin or the like can be used as an actuator capable of linear displacement in an electrolytic solution.
  • the stretch ratio of the conductive polymer layer at the time of electrolytic expansion or contraction is equal to or higher than that. If it is a solid electrolyte layer with elasticity, It can be used as an actor that makes a great displacement.
  • one of the upper and lower layers when the conductive polymer layer is used as the intermediate layer has an elasticity smaller than the elasticity of the conductive polymer layer during electrolytic expansion and contraction.
  • the solid electrolyte layer or the resin layer does not expand and contract as compared with the conductive polymer layer, and thus can be used as an actuator for bending displacement.
  • the actuator that generates a linear displacement or a bending displacement is used as a driving unit that generates a linear driving force or a driving unit that generates a driving force for moving a track-type orbit consisting of an arc. be able to. Further, the actuator can be used as a pressing portion that operates linearly.
  • the invention of the present invention is OA equipment, antenna, equipment to put people such as bed and chair, medical equipment, engine, optical equipment, fixture, side trimmer, vehicle, lifting equipment, food processing equipment, cleaning equipment, Measuring equipment, inspection equipment, control equipment, machine tools, processing machines, electronic equipment, electron microscopes, electric razors, electric toothbrushes, manipulators, masts, play equipment, amusement equipment, riding simulation equipment, vehicle occupant holding equipment and aircraft
  • the actuator is a drive unit or an arc unit that generates a linear drive force in valves, brakes, and buckles that are used in general machines including the above-described devices such as OA devices and measurement devices. It can be used as a driving unit for generating a driving force for moving on a track-type orbit composed of, or as a pressing unit for performing a linear operation.
  • a driving unit of a positioning device in general, in machinery and equipment, a driving unit of an attitude control device, a driving unit of a lifting device, a driving unit of a transport device, a driving unit of a moving device.
  • the actuator can be suitably used as a driving unit of an adjusting device for adjusting the amount or direction, a driving unit of an adjusting device such as a shaft, a driving unit of a guiding device, and a pressing unit of a pressing device.
  • the actuator can be suitably used as a drive unit in a joint device, such as a joint unit that can be directly driven, such as a joint intermediate member, or a drive unit that applies rotational motion to a joint.
  • the actuator of the present invention is, for example, a drive unit for an ink jet part in an ink jet printer such as a CAD printer, a drive unit for displacing the optical axis direction of the light beam of the printer, and a disk drive device such as an external storage device.
  • the actuator of the present invention is, for example, a driving unit of a driving mechanism for moving and installing a measuring unit and a feeding unit such as moving a high frequency feeding unit such as a frequency shared antenna for radio astronomy to a second focal point, and a vehicle. It can be suitably used for a drive unit of a lift mechanism in a mast antenna such as a mounted pneumatically operated telescopic mast (telescopic coping mast).
  • the actuator of the present invention is, for example, a driving unit of a massage unit of a chair-shaped massage machine, a driving unit of a nursing or medical bed, a driving unit of a posture control device of an electric reclining chair, a massage machine, a comfortable chair, and the like.
  • Backrest of reclining chair used for the work ⁇ Drive section of telescopic rod that allows the Ottoman to be moved up and down, backrest of chair and nursing bed, etc. It can be suitably used as a drive unit used for turning drive of a bed or a bed of a nursery bed or a nursing care bed, and a drive unit for controlling the posture of an upright chair.
  • the actuator of the present invention includes, for example, a driving unit of an examination device, a driving unit of a pressure measuring device such as a blood pressure used in an extracorporeal blood treatment device, a driving unit of a catheter, an endoscope device, forceps, and the like.
  • the drive unit of a cataract surgery device using sound waves the drive unit of a movement device such as a jaw movement device, the drive unit of the means for relatively expanding and contracting the chassis member of the hoist for the disabled, and the raising and lowering of a nursing bed, It can be suitably used for a drive unit for controlling movement and posture.
  • the actuator according to the present invention includes, for example, a drive unit of a vibration isolator that attenuates vibration transmitted from a vibration generating unit such as an engine to a vibration receiving unit such as a frame, and a dynamic valve for an intake and exhaust valve of an internal combustion engine. It can be suitably used as a drive unit of a valve device, a drive unit of a fuel control device of an engine, and a drive unit of a fuel supply device of an engine such as a diesel engine.
  • the actuator of the present invention includes, for example, a driving unit of a calibration device of an imaging device with a camera shake correction function, a driving unit of a lens driving mechanism such as a home video camera lens, and a moving lens of an optical device such as a still camera or a video camera.
  • Drive unit for the mechanism that drives the group drive unit for the autofocus unit of the camera, drive unit for the lens barrel used in imaging devices such as cameras and video cameras, and drive unit for the auto-guider that captures light from the optical telescope , Stereoscopic visual acuity lens, binoculars, etc., a lens drive mechanism of an optical device having two optical systems or a drive unit of a lens barrel, wavelength conversion of a fiber type wavelength variable filter used for optical communication, optical information processing, optical measurement, etc. It can be suitably used for a driving unit or a pressing unit for applying a compressive force to a fiber, a driving unit for an optical axis aligning device, and a driving unit for a camera mechanism.
  • the actuator of the present invention can be suitably used, for example, for a pressing portion of a fixing tool such as fixing a hose fitting to a hose body.
  • the actuator of the present invention includes, for example, a driving unit such as a winding spring of a vehicle suspension, a driving unit of a fuel filler opener for unlocking a fuel filler lid of a vehicle, and a driving unit for extending and retracting a bulldozer blade.
  • the present invention can be suitably used for a drive unit of a drive unit for automatically switching a gear ratio of a transmission for an automobile and for automatically connecting and disconnecting a clutch.
  • the actuator of the present invention includes, for example, a driving unit of a lifting device of a wheelchair with a seat plate lifting device, a driving unit of a lifting device for eliminating a step, a driving unit of a lifting and transferring device, a medical bed, an electric bed, an electric table, Electric chair, nursing bed, lifting table, CT scanner, 0111
  • the present invention can be suitably used for a truck cabin tilt device, a drive unit for lifting and lowering a lift and the like, various types of lifting and lowering machinery, and a drive unit for a loading / unloading device of a special vehicle for transporting heavy loads.
  • the actuator of the present invention can be suitably used, for example, as a driving unit of a discharge amount adjusting mechanism such as a food discharge nozzle device of a food processing apparatus.
  • the actuator of the invention of the present application can be suitably used, for example, as a drive unit for elevating and lowering a truck or a cleaning unit of a cleaning device.
  • the actuator according to the present invention is, for example, a driving unit of a measuring unit of a three-dimensional measuring device for measuring the shape of a surface, a driving unit of a stage device, a driving unit of a sensor unit such as a detection system for detecting a tire operating characteristic, and a force sensor.
  • the drive unit of the device that gives the initial speed of the shock response evaluation device the drive unit of the piston drive device of the piston cylinder of the device that includes the borehole permeability test device, the drive unit that moves in the elevation direction of the concentrating and tracking type power generator, Alignment is required for the drive unit of the oscillating device of the tuning mirror of the sapphire laser and the oscillation wavelength switching mechanism of the measurement device including the gas concentration measurement device, the inspection device of the printed circuit board, and the inspection device of the flat panel display such as the liquid crystal and PDP.
  • Driving unit of an adjustable aperture device used in charged particle beam systems such as systems, driving unit of a support or detection unit of a measurement target in a flatness measuring instrument, and assembly of micro devices, semiconductor exposure It can be suitably used for the drive unit of a precision positioning device such as a device, a semiconductor inspection device, and a three-dimensional shape measuring device.
  • the actuator of the present invention can be suitably used, for example, as a driving unit for an electric razor and a driving unit for a fumigation toothbrush.
  • the actuator of the present invention is, for example, an imaging device for a three-dimensional object or a drive unit of a device for adjusting the depth of focus of a readout optical system shared by CD and DVD.
  • the drive target surface is made into an active curved surface by a plurality of actuators.
  • a movable unit having at least one of a driving unit of a variable mirror and a magnetic head such as an optical pickup which can easily change a focal position by approximately forming a desired curved surface by deforming the shape, and linearly moving a moving unit.
  • Drive units for disk drives that can operate, magnetic tape heads such as linear tape storage systems, drive units for the head feed mechanism of the assembly, and electrophotographic copiers, printers, facsimile machines, etc.
  • a drive unit of an optical disk master exposure apparatus a drive unit of a head drive unit that drives an optical head, a drive unit of an information recording / reproducing apparatus that records information on a recording medium or reproduces information recorded on the recording medium,
  • it can be suitably used as a drive unit for opening and closing a circuit breaker or a breaker (a power distribution circuit breaker or a breaker).
  • the actuator of the present invention is, for example, a driving unit of a rubber composition press-molding vulcanizing apparatus, and a driving unit of a part aligning apparatus for performing single-row / single-layering of transferred parts and aligning them in a predetermined posture.
  • Drive unit of compression molding equipment drive unit of holding mechanism of welding device, drive unit of bag making and filling machine, drive unit of machine tool such as machining center, drive unit of molding machine such as injection molding machine and press machine, printing device
  • Driving unit for fluid application equipment such as coating equipment and lacquer spraying equipment, driving unit for manufacturing equipment that manufactures camshafts, etc., driving unit for hoisting equipment for covering materials, and drive for the tuft-restrictor in shuttleless looms Equipment, needle drive system of tufting machine, looper drive system, drive unit such as knife drive system, drive unit of polishing machine that grinds parts such as force grinder and ultra-precision parts, and loom
  • a drive unit of a pig frame braking device a drive unit of an opening device forming an opening of a warp for inserting a weft in a loom, a drive unit of a protective sheet peeling device such as a semiconductor substrate, a drive unit of a threading device, Linear control for shifter-fork drive selection in torsion racing
  • Drive unit of equipment drive unit of horizontal moving mechanism of anneal window drive unit, support for glass hearth forehearth Arm drive unit, drive unit for moving the rack of the exposure apparatus such as the method for forming the fluorescent screen of the empty picture tube, drive unit for the torch arm of the pole bonding device, drive unit for the bonding head in the XY direction, Driving unit for component mounting process and measurement / inspection process in mounting of chip components and measurement using probe, lifting / lowering driving unit for cleaning tool support of substrate cleaning device, driving for moving detection head to scan glass substrate Drive of the positioning device of the exposure equipment that transfers parts and patterns onto the substrate, drive of the fine positioning device in the sub-micron order in the field of precision processing, etc.Measurement of chemical mechanical polishing tools Exposure apparatus and scanning device used in manufacturing a drive unit of a positioning device of an apparatus, a circuit device such as a conductive circuit element or a liquid crystal display element in a lithography process.
  • a reference grid plate of a light beam scanning apparatus is set to the light
  • the present invention can be suitably used for a drive unit for displacing the beam in the optical axis direction and a drive unit of a transfer device for transferring the beam in the transverse direction of the conveyor into the article processing unit.
  • the actuator of the present invention can be suitably used, for example, as a drive unit of a probe positioning device of a scanning probe microscope such as an electron microscope, and a drive unit of a sample fine-movement device for an electron microscope.
  • the actuator of the present invention is, for example, a drive unit of a joint mechanism typified by an automatic welding pot, a robot arm wrist of an industrial robot or a nursing robot, or a manipulator, and a joint other than a direct drive type.
  • Drive unit A small object can be arbitrarily placed in the drive unit of the motion conversion mechanism of the slide opening / closing type chuck device used as a hand for robots, etc.
  • a drive unit of a micromanipulator for operation, a drive unit of an artificial limb such as an electric prosthesis having a plurality of fingers that can be opened and closed, a drive unit of a handling mouth pot, a drive unit of a prosthetic device, and a drive unit of a power suit.
  • the actuator of the present invention can be suitably used, for example, as a pressing portion of a device for pressing an upper rotary blade or a lower rotary blade of a side trimmer.
  • the actuary of the present invention is, for example, a drive unit for amusement equipment such as a pachinko machine, a drive unit for an amusement device such as a doll or a pet mouth pot, and a drive unit for a simulation device of a boarding simulation device. It can be suitably used for.
  • the actuator of the present invention can be used, for example, in a valve driving section of a valve used in a general machine including the above-mentioned equipment and the like.
  • a valve driving section of a reliquefaction apparatus for evaporating helium gas a bellows type sensor Drive unit for pressure control valve, drive unit for opening device to drive pig iron frame, drive unit for vacuum gate valve, drive unit for solenoid operated control valve for hydraulic system, motion transmission device using pivot lever incorporated
  • the present invention can be suitably used for a drive unit of a valve, a drive unit of a valve of a movable nozzle of a rocket, a drive unit of a suck back valve, and a drive unit of a pressure regulating valve unit.
  • the actuator of the present invention can be used, for example, as a pressing portion of a brake used in a general machine including the above-mentioned devices and the like.
  • a brake for emergency use, security use, stop use, etc. can be suitably used for a pressing portion of a braking device suitable for use in a brake, and a pressing portion of a brake structure or a brake system.
  • the actuator of the present invention can be used, for example, as a pressing portion of a lock device used in general machines including the above-described devices and the like, for example, a pressing portion of a mechanical lock device, a pressing portion of a steering lock device for a vehicle. , And a pressing portion of a power transmission device having a load limiting mechanism and a coupling release mechanism.
  • a monomer and a salt of a dopant ion described in Table 1 are dissolved in a solvent described in Table 1 by a known stirring method, and the monomer of the conductive polymer is adjusted to 0.25 mol, and An electrolytic solution containing the punt salt at the concentration shown in Table 1 was prepared.
  • electrolytic polymerization was performed by a constant current method having a polymer current density shown in Table 1. By this electropolymerization, a film-shaped conductive polymer molded article of Example 1 having the conductivity and the film thickness shown in Table 1 was obtained.
  • Example 15 the film-like conductive polymer molded articles of Examples 2 to 40, and Examples 44 and 45 were obtained in the same manner as in Example 1. Was done.
  • the monomer of the conductive polymer was pyrrole and 3-methylthiophene in a mixing ratio of 1/1 (mol / mol).
  • Example 41 The film-form conductivity of Example 41 was obtained by performing the same method as in Example 1 except that the electropolymerization conditions shown in Table 5 were used and that the Ti electrode, which was a metal electrode, was used as the working electrode. A polymer molded article was obtained. As the metal electrode in the present application, a commercially available metal electrode was used. (Example 4 2)
  • Example 42 The film-form conductivity of Example 42 was obtained by performing the same method as in Example 1 except that the electropolymerization conditions shown in Table 5 were used, and the Ni electrode, which was a metal electrode, was used as the working electrode. A polymer molded article was obtained.
  • Example 43 The film-form conductivity of Example 43 was obtained by performing the same method as in Example 1 except that the electropolymerization conditions shown in Table 5 were used, and that the Ni electrode, which was a metal electrode, was used as the working electrode. A polymer molded article was obtained.
  • Example 1 Except that the electropolymerization conditions of Tables 5 and 6 were used, the same procedures as in Example 1 were performed to obtain the film-shaped conductive polymer molded articles of Comparative Examples 1 to 4.
  • the salt of the dopant ion described in Table 7 was dissolved in the solvent described in Table 1 by a known stirring method to contain the monomeric pyrrole at a concentration of 0.225 mol / l.
  • An electrolytic solution containing monopant salt at the concentration shown in Table 1 was prepared.
  • a metal electrode made of a metal of the metal type shown in Table 1 was used as the working electrode, and a Pt electrode was used as the counter electrode, and electrolytic polymerization was performed by the galvanostatic method with the polymerization current density shown in Table 1. went.
  • electrolytic polymerization a film-shaped conductive polymer molded article of Example 46 having the following formula was obtained.
  • Example 46 Except for performing the electropolymerization conditions shown in Tables 7, 8, and 10, the same method as in Example 46 was used to obtain a film-shaped conductive polymer molded article of each example.
  • Comparative Examples 5 to 16 The film-like conductive polymer molded articles of Comparative Examples 5 to 16 were prepared in the same manner as in Example 46 except that the electropolymerization conditions shown in Tables 9 and 10 were used, and that a glass electrode was used. Obtained.
  • Comparative example 5 Comparative example 6 Comparative example 7 Comparative example 7 Comparative example 8 Comparative example 10 Comparative example 9 Using electrodes
  • Non-metallic electrode type I TO I TO Solvent MeB MeB DME MeB H20 H20 Polymerization flow density
  • TBACF 3 S0 3 triflate Ruo b methanesulfonic acid Tetorabuchirua Nmoniumu
  • dopant salt B CF 3 S0 3 Li (Torifuruorome evening lithium Nsuruhon acid) dopant salt C: TBABF 4 (tetrafluoropropoxy O b borate tetra Petit Ruan monitor ⁇ beam) dopant salt D: TBAPFG (to Kisafuruororin tetracalcium Petit Ruan monitor ⁇ G) Dopant salt E: sodium p-toluenesulfonate
  • Dopant salt F sodium benzenesulfonate
  • PEG polyethylene glycol (molecular weight: 200)
  • SF Sulfolane
  • Me Sa methyl salicylate
  • Tables 1 to 5 show the results.
  • the displacement ratio per specific time was measured by the following measurement method, respectively.
  • the result of the displacement rate per specific time Table 6 shows.
  • the electric conductivity and the film thickness of the molded conductive polymers of Examples 1 to 45 and Comparative Examples 1 to 4 were measured by known methods.
  • the film-shaped conductive polymer molded products obtained in Examples 1 to 43 and Comparative Examples 1 and 2 were used as working electrodes having a length of 15 mm and a width of 2 mm, and a platinum plate was used as a counter electrode. the end portion, holds the working electrode in the electrolyte, and connected to a power source via a lead, the potential (-.. 0. 9 tens 0. 7 V v s Ag / Ag +) 1 cycle
  • the amount of displacement (displaced length) was measured by applying voltage.
  • the difference in displacement obtained by the working electrode extending and contracting in one cycle of application one oxidation-reduction cycle
  • the rate was determined.
  • electrolyte TEAPF 6 a tetrafluoropropoxy O pyrophosphate tetra- ethyl ammonium Niu unsalted represents ethanesulfonic acid sodium and E t S 0 3 N a.
  • the film-shaped conductive polymer moldings obtained in Examples 44 and 45 and Comparative Examples 3 and 4 were used as working electrodes having a length of 15 mm and a width of 2 mm, and a platinum plate was used as a counter electrode. At the end, hold the working electrode in the electrolyte and connect it to the power supply via the lead, and set the potential (+0.9 V vs. AgZAg + or 0.9 V v. Ag / Ag + ), And the displacement 20 seconds after the start of application
  • the film-shaped conductive polymer molded products obtained in Examples 46 to 62 and Comparative Examples 5 to 16 were used as working electrodes having a length of 15 mm and a width of 2 mm, a platinum plate was used as a counter electrode, and the conductive polymer was used. A weight is hung on the end of each molded article, the other end is held in the working electrolyte, connected to a power supply via a lead, and the electric potential (0.9 to 10.
  • the expansion / contraction ratio with respect to the load weight was measured, and the generated force was measured by converting the measured value into a unit cross-sectional area.
  • the conductive polymer molded articles of Examples 59 to 62 and Comparative Examples 15 and 16 and the conductive polymer molded articles of Examples 46 to 62 and Comparative Examples 5 to 16 were obtained.
  • the displacement was measured by the same method as the measurement of the expansion and contraction ratio of each, and the maximum generating force of each conductive polymer molded product was obtained.
  • the maximum generated force in Table 10 is measured by measuring the expansion / contraction ratio while changing the weight of the weight, and within the range of contraction, the film-shaped conductive polymer molded product immediately before being cut by the weight of the weight. Displaying power.
  • the conductivity and the film thickness of the conductive polymer molded products of Examples 46 to 62 and Comparative Examples 5 to 16 were measured by a known method.
  • Example 4 The conductive polymer molded article of Examples 6 to 58 corresponds to a conductive polymer molded article manufactured under the same electrolytic polymerization conditions except that an ITO glass electrode, which is a nonmetallic electrode, was used as an electrode.
  • the generated force ratio [generated force of the example] Z [generated force of the comparative example]) when the same expansion ratio was shown was calculated. The results are shown in Tables 6-8.
  • the conductive polymer molded products of Examples 1 to 45 are conductive polymer molded products containing, as a resin component, the conductive polymer obtained by the first method for producing a conductive polymer of the present invention. is there.
  • the conductive polymer molded article of Example 15 used an electrolyte in which trifluoromethanesulfonate ion was used as a dopant anion, and the solvent was a mixed solvent (1: 2) of ethylene carbonate and propylene-one-ponate.
  • This is a conductive polymer molded article obtained by a method for producing a conductive polymer by an electrolytic polymerization method.
  • the conductive polymer molded product of Comparative Example 1 was a conductive polymer molded product in which the solvent of the electrolytic solution was water, and was electrolytically polymerized with an electrolytic solution containing conventional dopant, p-toluenesulfonate. is there.
  • the conductive polymer molded article of Example 15 was subjected to electrolytic expansion and contraction using sodium chloride, which is a conventional working environment, as a working electrolyte, the expansion ratio was 3.1% as shown in Table 2.
  • the expansion and contraction ratio was 1.3%.
  • the conductive polymer molded article of Example 15 has one oxidation-reduction cycle even in an aqueous sodium chloride solution, which is a conventional operating environment, as compared with a conventional conductive polymer molded article containing a dopant. Good expansion and contraction with a stretch ratio of about 2.4 times per unit was achieved.
  • the conductive polymer molded articles were respectively the conductive polymer molded articles obtained by the method for producing a conductive polymer of the present invention.
  • the conductive polymer molded article was expanded and contracted by electrochemical oxidation-reduction of one redox cycle, and as a result, as shown in Tables 1 to 5, the expansion ratio was 5% or more.
  • the conductive polymer was a polymer having a high conductivity obtained by electrolytic polymerization with an electrolyte containing p-toluenesulfonic acid ion, which is a conventional dopant, in which the solvent of the electrolyte was water.
  • the expansion and contraction ratio was as low as 1.0%. That is, the conductive polymer molded article of the present invention is at least one selected from the group consisting of trifluoromethanesulfonate ion, a fluorine atom bonded to a central atom, and a sulfonate having 3 or less carbon atoms.
  • the conductive polymer molded articles of Examples 44 and 45 are the conductive polymer obtained by the production method of the present invention corresponding to the conductive polymer molded articles of Examples 15 and 4, respectively. It is a molded product.
  • the conductive polymer molded articles of Comparative Examples 3 and 4 are conductive polymer molded articles corresponding to Comparative Examples 1 and 2, respectively.
  • the conductive polymer molded article of Comparative Example 3 had an expansion / contraction ratio of 0.4% per specific time, whereas the conductive polymer molded article of Example 36 had a contraction rate of 0.4%.
  • the expansion and contraction rate per specific time was improved by 1.7%, about 4 times.
  • the conductive polymer molded article of the present invention electrolytic stretching with a rapid displacement can be realized.
  • an electrolytic environment containing at least one compound selected from the group consisting of trifluoromethanesulfonate ion, anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom, and a sulfonate having 3 or less carbon atoms in the working environment of electrolytic stretching.
  • the conductive polymer molded article of Comparative Example 4 had an expansion / contraction ratio of 0.4% per specific time, whereas the conductive polymer molded article of The expansion and contraction rate per hour was improved by 3.9%, about 10 times.
  • the conductive polymer molded articles of Examples 46 to 62 are conductive polymer molded articles containing, as a resin component, the conductive polymer obtained by the second step of the method for producing a conductive polymer of the present invention. .
  • Example 4 The conductive polymer molded articles of 6 to 58 have a 3 to 5% expansion / contraction, which is a shrinkage per oxidation-reduction cycle, which was not obtained by using the conventional conductive polymer.
  • the generated force showed a large value of 3.9 to 15.6 MPa, and it was a conductive polymer molded article having an excellent balance between expansion and contraction rate and generated force.
  • the conductive polymer molded articles of Examples 46 to 58 use metal electrodes, and thus are 2.0 to 10.5 times as large as the corresponding examples using non-metal electrodes. This is an excellent improvement in generating power.
  • Example 59 to 62 an excellent maximum power of 13.4 to 18.4 MPa was obtained, but in Comparative Examples 17 and 18, The maximum generated force was 0.7 MPa and 3.5 MPa.
  • the maximum generated force refers to the generated force immediately before the film-shaped conductive polymer molded product is cut by the weight within the shrinking range by measuring the expansion / contraction ratio while changing the weight of the weight.
  • the contraction ratio (shrinkage ratio) of the conductive polymer molded article was measured as the expansion and contraction ratio. Rate. Industrial applicability
  • the conductive polymer obtained by the method for producing a conductive polymer according to the present invention can expand and contract at an excellent expansion and contraction ratio due to electrolytic expansion and contraction. Therefore, the conductive polymer is superior in practicability because it performs a larger motion than before, and is useful for applications such as artificial muscles, robot arms, and artificial hands.
  • a conductive polymer molded article, a laminate, and an actuate using the conductive polymer obtained by the method for producing a conductive polymer of the present invention expand and contract at an excellent expansion and contraction ratio due to electrolytic expansion and contraction.
  • the conductive polymer molded article obtained by the method for producing a conductive polymer according to the present invention has trifluoromethanesulfonate ion and central atom in the working environment of electrolytic expansion and contraction.
  • the conductive polymer molded article containing the conductive polymer as a resin component obtained by the first method of the present invention for producing a conductive polymer is used as a working environment for electrolytic expansion and contraction, by using trifluoromethanesulfonic acid.
  • Conductivity by electrochemical oxidation-reduction in an electrolyte containing at least one compound selected from the group consisting of ions, ions containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom, and sulfonates having 3 or less carbon atoms By stretching a polymer molded article, it exhibits a stretch rate per specific time of about 10 times or more as compared to a conventional conductive polymer molded article having elasticity. Therefore, this conductive polymer molded product can be used as a drive part for applications that require a fast response to displacement commands.
  • the conductive polymer molded article containing the conductive polymer obtained as the resin component by the second method of the present invention for producing a conductive polymer is a conventional conductive polymer molded article having elasticity.
  • a superior expansion / reduction rate per oxidation-reduction cycle is exhibited during electrolytic expansion and contraction, and excellent power generation is obtained.
  • the obtained power is twice or more superior to that of the conductive polymer obtained by electrolytic polymerization using the nonmetal electrode.
  • the conductive polymer molded article is suitable for applications such as micromachines and artificial muscles.
  • the conductive polymer molded article is further suitable as a micromachine because of its high mechanical strength.

Abstract

 優れた1酸化還元サイクル当たりの伸縮率の導電性高分子の製造方法を提供する。 電解重合法による導電性高分子の製造方法であって、前記導電性高分子は電気化学的な酸化還元による伸縮性を有し、前記電解重合法は、有機化合物及び/またはハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用いる重合法であり、前記有機化合物は、(1)エーテル結合、エステル結合及びカーボネート結合からなる化学結合の群から少なくとも一つ以上選ばれた化学結合種、及び/または(2)ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基からなる官能基の群から少なくとも1つ以上選ばれた官能基を分子中に含み、前記電解液は、トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むアニオンを含む導電性高分子の製造方法を用いる。

Description

明 細 書 導電性高分子の製造方法 技術分野
ァクチユエ一夕素子として用いた場合に 1酸化還元サイクル当たりの優れた伸 縮性能を有する導電性高分子の製造方法、 その導電性高分子を含む導電性高分子 成形品及びその導電性高分子含む積層体、 並びに該導電性高分子成形品及び該積 層体についての伸縮率に優れた電解伸縮方法、 該導電性高分子を含むァクチユエ 一夕並びにこれらの用途に関する。 背景技術
ポリピロ一ルなどの導電性高分子は、 電気化学的な酸化還元によって伸縮ある いは変形する現象である電解伸縮を発現することが知られている。 この導電性高 分子の電解伸縮は、 人工筋肉、 口ポットアーム、 義手、 義足、 パワードスーツや ァクチユエ一夕等の用途の駆動に応用されることが期待され、 近年注目されてい る。 このような電解伸縮をする導電性高分子を製造する方法としては、 電解重合 法により製造する方法が一般的である。 電解重合方法としては、 ピロ一ル等のモ ノマー成分が加えられた電解液中に、 作用電極及び対向電極を設置した後に、 両 電極に電圧を印加することで、 導電性高分子膜を作用電極に形成させる方法が、 通常行われる。 電解重合法により得られた導電性高分子膜は、 その膜に電圧を印加することに より伸縮または変位をさせることができる。 このような伸縮等をする導電性高分 子は、 人工筋肉等の用途に導電性高分子単独膜でも用いることができ、 また、 例 えば、 特開平 1 1— 1 6 9 3 9 3と特開平 1 1一 1 6 9 3 9 4とには、 固体電解 質形成体の両側にポリアニリン膜が形成されている人工筋肉を用いることも可能 であることが記載されている。 また、 導電性高分子を用いたァクチユエ一夕について、 セル内に電解液、 対 極及びポリピロ一ルフィルムを備えたァクチユエ一夕の構成が 1997年に報告 されている (A. D e l i a S a n t a et al、 P e r f o rman c e a n d wo r k c a p a c i t y o f a p o l y p y r r o l e c o n d u c t i n g p o l yme r l i n e a r a c t u a t o r '\ S yn t h e t i c Me t a l s、 E l s e v i e r S c i e n c e、 1997、 9 0、 P 93— 100)。 このァクチユエ一夕は、 ポリピロ一ルフィルム及び対極 が電解液に浸潰された状態において、 対極とポリピロールフィルムとの間に電圧 を印加することでポリピロールフィルムが伸縮し、 ポリピロールフィルムが 14. 6 MP a (45 g) の負荷を受けながらも 1 %の伸縮をすることが記載されてい る。 つまり、 このァクチユエ一夕は、 電解伸縮により、 長さ方向に 14MP aの 力を発生させることができるが、 その伸縮は 1 %にとどまる。 しかし、 実用的用途である人工筋肉、 口ポットアーム、 義手 ·義足等は、 作動 させた際において、 1 回の伸縮若しくは変位が 1つの動作となるのが通常である したがって、 人工筋肉などが十分な動作を行うためには、 1 回の伸縮若しくは変 位において、 大きな伸縮若しくは変位をすることが要求される。 このような実用 的用途の駆動源に導電性高分子を用いた場合において、 従来の導電性高分子を用 いた電解伸縮可能なァクチユエ一夕素子は、 電解伸縮による伸張と収縮とのサイ クル (酸化還元サイクル) を行うことにより得られる伸縮量について、 酸化還元 サイクルの 1回当たりの伸縮量若しくは変位量が十分ではない。 したがって、 実 用的用途である人工筋肉、 ロボットアーム、 義手等に導電性高分子を用いるため には、 電解伸縮をさせた場合において、 より大きな伸縮量若しくは変位量が 1酸 化還元サイクルで得られることが必要である。 例えば、 ド一パントとして p—ト ルエンスルホン酸ナトリウムを含む導電性高分子のような従来の導電性高分子は、
1回の酸化還元サイクル当たりの伸縮率が小さく、 伸縮もしくは変位の量が小さ い用途のァクチユエ一タ等に用いることができる。 しかし、 導電性高分子を 1酸 化還元サイクル当たりの伸縮若しくは変位の量が大きい用途である人工筋肉等に 用いるには、 導電性高分子の酸化還元サイクルの 1回当たりの伸縮率は、 さらに 向上させる必要がある。 また、 人工筋肉等への応用などの実用性をさらに高めるために、 導電性高分子 に電圧を印加させるなどの伸縮または変位を生じさせるための命令が為されてか ら、 実際に所望の量の伸縮または変位が生じるまでの時間が短いこと、 つまり、 特定時間あたりの変位率が大きいことが、 可能であるならば望ましい。 すなわち、 従来の導電性高分子を、 実用的用途に用いるためには、 導電性高分子の 1酸化還 元サイクル当たりの伸縮率を向上させることに加えて、 導電性高分子に電圧を印 加してから特定の時間における最初の状態での導電性高分子成形品の長さに対す る伸縮した長さ若しくは変位した長さの比、 つまり特定時間あたりの変位率を向 上させることが、 可能であるならば実用性をさらに高めるために望ましい。 電解重合法により得られた導電性高分子は、 人工筋肉に用いられる導電性高分 子として、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮と発生力とについて、 膜状に形成さ れたポリピロールが伸縮率 1 %のときに 3 M P a程度の力を発生すると、 S y n t h e t i c M e t a l s , 9 0 ( 1 9 9 7 ) 9 3— 1 0 0において報告され ている。 また、 導電性高分子を応用用途であるマイクロマシンや人工筋肉などのァクチ ユエ一夕に用いる場合には、 ァクチユエ一夕により大きな変位運動をさせるので、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を現状の 1 %程度から大きく向上する必要が ある。 しかし、 ァクチユエ一夕における伸縮率と発生力との関係は、 反比例の関 係にある。 そのため、 ァクチユエ一夕に対する荷重付加物を動かすための力であ る発生力を大きくする場合には、 ァクチユエ一夕の伸縮率が小さくなる。 従って、 従来の導電性高分子を用いたァクチユエ一夕は、 1酸化還元サイクルで得られる 伸縮率を 1 %よりも大きくした場合には、 発生力が 3 M P aよりも低下してしま い、 伸縮率と発生力との両方のバランスの優れた導電性高分子を得ることは難し い。 2003/010111
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また、 従来の導電性高分子を用いたァクチユエ一夕は、 ドーパントにベンゼ ンスルホン酸ナトリゥムゃ p—トルエンスルホン酸ナトリゥムを用いたものが通 常であり、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率が 3 %を上回るものは得られてい ない。 そのため、 特に小さなサイズで大きな力を得ることが必要なマイクロマシ ンゃ埋め込み型の人工筋肉に使うためには、 従来の導電性高分子を用いたァクチ ユエ一夕の伸縮率及び発生力では不十分である。 導電性高分子により得られたァ クチユエ一夕は、 従来に比べて伸縮率がより大きいことに加えて、 発生力がより 大きいことが、 実用的な用途に用いるために更に望ましい。 本願発明は、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率が優れた導電性高分子の製造 方法を提供し、 その製造方法により得られた導電性高分子成形品、 その製造方法 により得られた導電性高分子を用いた積層体、 前記導電性高分子成形品及び前記 積層体についての電解伸縮方法、 前記導電性高分子成型品を用いたァクチユエ一 夕、 並びに、 これらの用途を提供することを目的とする。 発明の開示
本願発明は、 第 1に、 電解重合法による導電性高分子の製造方法であって、 前記導電性高分子は電気化学的な酸化還元による伸縮性を有し、 前記電解重合法 は、 有機化合物を溶媒として含む電解液を用いる重合法であり、 前記有機化合物. は、 (1 ) エーテル結合、 エステル結合、 炭素一ハロゲン結合及び力一ポネート 結合からなる化学結合の群から少なくとも 1つ以上選ばれた化学結合種及び Zま たは (2 ) ヒドロキシル基、 ニトロ基、 スルホン基及び二トリル基からなる官能 基の群から少なくとも 1つ以上選ばれた官能基を分子中に含み、 前記電解液は、 トリフルォロメ夕ンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対して結合するフ ッ素原子を複数含むァニオンを含む導電性高分子の製造方法である。 この製造方 法により得られた導電性高分子は、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮が大きく、 実用的な用途の駆動源であるァクチユエ一夕素子に好適に用いることができる。 また、 本願発明は、 第 2に、 電解重合法による導電性高分子の製造方法であ つて、 前記導電性高分子は電気化学的な酸化還元による伸縮性を有し、 前記電解 重合法は、 トリフルォロメ夕ンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対して 結合するフッ素原子を複数含むァニオンを電解液中に含み、 前記電解重合法は、 導電性高分子が形成される作用電極として金属電極を用いる導電性高分子の製造 方法でもある。 この製造方法により得られた導電性高分子は、 従来の伸縮率であ る 1 %を大きく上回り、 しかも従来よりも大きな発生力を得ることができるので、 実用的な用途の駆動源であるァクチユエ一夕素子に好適に用いることができる。 本願発明は、 前記製造方法により得られた導電性高分子成形品である。 前記導 電性高分子成型品は、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率が優れているのみなら ず、 特定時間あたりの変位率が優れている。 従って、 前記導電性高分子成型品は、 実用的な用途の駆動源であるァクチユエ一夕素子に好適に用いることができる。 本願発明は、 前記製造方法により得られた導電性高分子成形品を、 トリフルォ ロメタンスルホン酸イオン、 中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァ ニォン及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも 1以上選ばれ た化合物を含む電解液中で、 電気化学的酸化還元により導電性高分子成形品を伸 縮させる電解伸縮方法でもある。 前記電解伸縮方法を行うことにより駆動した前 記導電性高分子成型品は、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率が向上するので、 実用的な用途の駆動源であるァクチユエ一夕素子に好適に用いることができる。 本願発明は、 導電性高分子含有層と固体電解質層とを含む積層体でもある。 前 記導電性高分子含有層に含まれる導電性高分子が上記の導電性高分子の製造方法 により得られた導電性高分子であることにより、 前記積層体は、 1酸化還元サイ クル当たりの伸縮率を向上することができるので、 実用的な用途の駆動源である ァクチユエ一夕素子に好適に用いることができる。 本願発明は、 作動部、 対極及び電解質を含むァクチユエ一夕であって、 前記 作動部として上記の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を含む 作動部を用いたァクチユエ一夕でもある。 前記ァクチユエ一夕は、 対極と作動部 との間に電圧を印加することで生じる電解伸縮について、 ァクチユエ一夕の 1酸 化還元サイクル当たりの伸縮率を向上することができるので、 実用的な用途の駆 動源であるァクチユエ一夕素子に好適に用いることができる。 本願発明は、 上記の導電性高分子成型品をァクチユエ一夕素子として、 駆動部 に用いた位置決め装置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装 置、 調整装置、 誘導装置、 または関節装置、 並びに押圧部に用いた押圧装置であ る。 また、 本願発明は、 上記のァクチユエ一タを駆動部に用いた位置決め装置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置、 または関節装置、 並びに押圧部に用いた押圧装置でもある。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本願発明のァクチユエ一夕の一実施態様例の外観についての斜視図で める。
第 2図は、 第 1図のァクチユエ一夕についての A— A断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本願発明について更に詳しく説明する。 本願発明は、 第 1に、 前記電解重合法は、 有機化合物を溶媒として含む電解液 を用いる重合法であり、 前記有機化合物は、 エーテル結合、 エステル結合、 炭素 一ハロゲン結合及びカーボネート結合からなる化学結合の群から少なくとも 1つ 以上選ばれた化学結合種及び zまたはヒドロキシル基、 二卜口基、 スルホン基及 び二トリル基からなる官能基の群から少なくとも 1つ以上選ばれた官能基を分子 中に含み、 前記電解液は、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン及び/または中 心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンを含む導電性高分子の 製造方法である。
(電解液)
本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1において、 電解重合法に用いられる 電解液には、 有機化合物が溶媒として含まれる。 前記有機化合物は、 エーテル結 合、 エステル結合、 炭素一八ロゲン結合及びカーボネート結合からなる化学結合 の群から少なくとも 1つ以上選ばれた化学結合、 及び/またはヒドロキシル基、 ニトロ基、 スルホン基及び二トリル基からなる官能基の群から少なくとも 1っ以 上選ばれた官能基を分子中に含む。 前記有機化合物は、 これらの化学結合とこれ らの官能基のうちのいずれか 1つ以上を分子中に含む。 前記有機化合物は、 前記 の化学結合の群から選ばれた化学結合と前記の官能基の群から選ばれた官能基と のどちらかを含んでいても良い。 また、 前記の化学結合の群から 1つ以上選ばれ た化学結合と前記の官能基の群から 1つ以上選ばれた官能基とを分子中に含んで いても良い。 前記有機化合物としては、 次の有機化合物の群を例示することができる: 1 , 2ージメ卜キシェタン、 1 , 2—ジエトキシェタン、 テトラヒドロフラン、 2一 メチルテトラヒドロフラン、 1, 4—ジォキサン (以上、 エーテル結合を含む有 機化合物)、 ァープチロラクトン、 酢酸ェチル、 酢酸 n -プチル、 酢酸- 1-プチル、 1 , 2—ジァセトキシェタン、 3—メチルー 2—ォキサゾリジノン、 安息香酸メ チル、 安息香酸ェチル、 安息香酸プチル、 フタル酸ジェチル (以上、 エステル結 合を含む有機化合物)、 プロピレン力一ポネート、 エチレンカーボネート、 ジメ チルカーボネート、 ジェチルカーポネート、 メチルェチルカ一ポネート (以上、 カーボネート結合を含む有機化合物)、 エチレングリコール、 ブタノール、 1― へキサノール、 シクロへキサノール、 1ーォクタノール、 1ーデカノール、 1一 ドデカノール、 1一才クタデカノール (以上、 ヒドロキシル基を含む有機化合 物)、 ニトロメタン、 ニトロベンゼン (以上、 ニトロ基を含む有機化合物)、 スル ホラン、 ジメチルスルホン (以上、 スルホン基を含む有機化合物)、 及びァセト 二トリル、 プチロニトリル、 ベンゾニトリル (以上、 二トリル基を含む有機化 合物)。 なお、 ヒドロキシル基を含む有機化合物は、 特に限定されるものではな いが、 多価アルコール及び炭素数 4以上の 1価アルコールであることが、 伸縮率 が良いために好ましい。 なお、 前記有機化合物は、 前記の例示以外にも、 分子中 にエーテル結合、 エステル結合、 カーボネート結合、 ヒドロキシル基、 ニトロ基、 スルホン基及び二トリル基のうち、 2つ以上の結合あるいは官能基を任意の組合 わせで含む有機化合物であってもよい。 前記有機化合物は、 得られた導電性高分 子の伸縮率が大きいことから、 エステル結合を含む有機化合物が好まレぃ。 また、 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1において、 電解液に溶媒とし て含まれる有機化合物が炭素一ハロゲン結合を含む場合には、 前記有機化合物は ハロゲン化炭化水素であってもよい。 八ロゲン化炭化水素は、 炭化水素中の水素 が少なくとも 1つ以上ハロゲン原子に置換されたもので、 電解重合条件で液体と して安定に存在することができるものであれば、 特に限定されるものではない。 前記ハロゲン化炭化水素としては、 例えば、 ジクロロメタン、 ジクロロエタンを 挙げることができる。 前記ハロゲン化炭化水素は、 1種類のみを前記電解液中の 溶媒として用いることもできるが、 2種以上併用することもできる。 また、 前記 ハロゲン化炭化水素は、 上記の有機化合物と混合して用いてもよく、 ハロゲン化 炭化水素以外の該有機溶媒との混合溶媒を前記電解液中の溶媒として用いること もできる。 前記有機化合物を 2種以上混合して電解液の溶媒に用いる場合には、 エーテル 結合を含む有機化合物、 エステル結合を含む有機化合物、 カーボネート結合を含 む有機化合物、 ヒドロキシル基を含む有機化合物、 ニトロ基を含む有機化合物、 スルホン基を含む有機化合物、 及び二トリル基を含む有機化合物からなる群より 伸張に優れた有機化合物と収縮に優れた有機化合物とを選んで組合わせて用いら れることにより、 電解重合により得られた導電性高分子の 1酸化還元サイクル当 たりの伸縮率は向上することができる。 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1において、 電解重合法に用いられ る電解液には、 電解重合される有機化合物 (例えば、 ピロール) およびトリフル ォロメ夕ンスルホン酸イオン及びノまたは中心原子に対して結合するフッ素原子 を複数含むァニオンを液中に含む。 この電解液を用いた電解重合により、 得られ た導電性高分子は、 電解伸縮において 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率及び Z または特定時間あたりの変位率を有する。 上記電解重合により、 トリフルォロメ タンスルホン酸イオン及び zまたは中心原子に対して結合するフッ素原子を複数 含むァニオンが導電性高分子に取り込まれることになる。 前記トリフルォロメタンスルホン酸イオン及びノまたは中心原子に対して結合 するフッ素原子を複数含むァニオンは、 電解液中の含有量が特に限定されるもの ではないが、 電解液中に 0. 1〜30重量%含まれるのが好ましく、 1〜15重 量%含まれるのがより好ましい。 トリフルォロメタンスルホン酸イオンは、 化学式 CF3S 03—で表される化合 物である。 また、 中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンは、 ホウ素、 リン、 アンチモン及びヒ素等の中心原子に複数のフッ素原子が結合をし た構造を有している。 中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオン としては、 特に限定されるものではないが、 テトラフルォロホウ酸イオン (BF 4一)、 へキサフルォロリン酸イオン (PF6— )、 へキサフルォロアンチモン酸ィ オン (S bF6— )、 及びへキサフルォロヒ酸イオン (A s F6_) を例示すること ができる。 なかでも、 CF3S〇3—、 B F4一及び PF6—が人体等に対する安全 性を考慮すると好ましく、 CF3S03_及び BF4—がより好ましい。 前記の中 心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンは、 1種類であても良く、 2種以上の種類を同時に電解液中に用いても良い。 さらには、 トリフルォロメタ ンスルホン酸イオンと複数種の中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含む ァニオンとを同時に電解液中に用いても良い。 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1において、 電解重合法に用いられる 電解液は、 前記有機化合物溶媒と前記トリフルォロメタンスルホン酸イオン及 び/または中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンと以外に、 導電性高分子の単量体を溶液中に含む。 また、 さらに、 前記電解液は、 ポリェチ レングリコールやポリアクリルアミドなどの公知のその他の添加剤を含むことも できる。 また、 本願発明は、 第 2に、 電解重合法による導電性高分子の製造方法であつ て、 前記導電性高分子は電気化学的な酸化還元による伸縮性を有し、 前記電解重 合法は、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン及びノまたは中心原子に対して結 合するフッ素原子を複数含むァニオンを電解液中に含み、 前記電解重合法は、 導 電性高分子が形成される作用電極として金属電極を用いる導電性高分子の製造方 法である。 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 2において、 電解重合法に用いられる 電解液には、 電解重合される有機化合物 (例えば、 ピロール) 以外に、 トリフル ォロメ夕ンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対して結合するフッ素原子 を複数含むァニオンを含む。 この電解液を用いて電解重合を行うことにより、 電 解伸縮において 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率が優れた導電性高分子を得る ことができる。 上記電解重合により、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン及び /または中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンが導電性高分 子に取り込まれることになる。 前記トリフルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子に対して結合 するフッ素原子を複数含むァニオンは、 電解液中の含有量が特に限定されるもの ではないが、 電解液中に 0 . 1〜3 0重量%含まれるのが好ましく、 1〜 1 5重 量%含まれるのがより好ましい。 トリフルォロメ夕ンスルホン酸イオンは、 化学式 C F 3 S〇3 で表される化合 物である。 また、 中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンは、 ホウ素、 リン、 アンチモン及びヒ素等の中心原子に複数のフッ素原子が結合を した構造を有している。 中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニォ ンとしては、 特に限定されるものではないが、 テトラフルォロホウ酸イオン (B F4— )、 へキサフルォロリン酸イオン (PF6— )、 へキサフルォロアンチモン酸 イオン (S bF6— )、 及びへキサフルォロヒ酸イオン (As F6— ) を例示するこ とができる。 なかでも、 CF3S〇3—、 BF4_及び P F6—が人体等に対する安 全性を考慮すると好ましく、 CF3S03—及び BF4 がより好ましい。 前記の 中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンは、 1種類であても良 く、 2種以上を同時に電解液中に用いても良い。 さらには、 トリフルォロメタン スルホン酸イオンと複数種の中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァ 二オンとを同時に電解液中に用いても良い。
(金属電極)
本願発明の導電性高分子の製造方法の第 2においては、 電解重合時に導電性高 分子の重合が行われる作用電極として金属電極が用いられる。 電解重合において 金属電極を用いることにより、 I TOガラス電極ゃネサガラス電極等の非金属製 の材料を主とする電極を用いた場合に比べて、 得られた導電性高分子を用いたァ クチユエ一夕が大きな発生力を発現することができる。 前記金属電極は、 金属を 主とする電極であれば特に限定されるものではないが、 P t、 T i、 Au、 N i、 Ta、 Mo、 C r及び Wからなる群より選ばれた金属元素についての金属単体の 電極または合金の電極を好適に用いることができる。 前記製造方法により得られ た導電性高分子の伸縮率及び発生力が大きく、 且つ電極を容易に入手できること から、 金属電極に含まれる金属種が N i、 T iであることが特に好ましい。
(電解重合電解液の溶媒)
本願発明の導電性高分子の製造方法の第 2における電解重合法は、 電解重合時 の電解液に含まれる溶媒が特に限定されるものではないが、 1酸化還元サイクル 当たりの伸縮率が 3 %以上の導電性高分子を容易に得るために、 トリフルォロメ タンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子に対してフッ素原子を複数含むァニ オンを含む以外に、 エーテル結合、 エステル結合、 炭素一ハロゲン結合及び力 —ポネート結合からなる化学結合の群から少なくとも 1つ以上選ばれた化学結合 種及び/またはヒドロキシル基、 ニトロ基、 スルホン基及び二トリル基からなる 官能基の群から少なくとも 1つ以上選ばれた官能基を分子中に含む有機化合物を 電解液の溶媒として含むことが好ましい。 これらの溶媒を 2種以上併用すること もできる。 更に望ましくは、 前記電解液の溶媒がエステル基をもつ溶媒であるこ とである。
(電解重合の条件)
本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1及び第 2において用いられる電解重 合法は、 導電性高分子の単量体の電解重合する方法として、 公知の電解重合法を 用いることが可能であり、 定電位法、 定電流法及び電気掃引法のいずれをも用い ることができる。 例えは、 前記電解重合法は、 電流密度 0 . 0 1〜2 0 mA/ c m2、 反応温度一 7 0〜8 0 °Cで行うことができ、 良好な膜質の導電性高分子を 得るために、 電流密度 0 . l〜2 mAZ c m 2、 反応温度一 4 0〜 4 0 °Cの条件 下で行うことが好ましく、 反応温度が一 3 0〜3 0 °Cの条件であることがより好 ましい。 なお、 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1 においては、 作用電 極は、 電解重合に用いることができれば特に限定されるものではなく、 I T Oガ ラス電極や金属電極などを用いることができる。 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1及び第 2において、 電解重合法に用 いられる電解液の中に含まれる導電性高分子の単量体としては、 電解重合による 酸化により高分子化して導電性を示す化合物であれば特に限定されるものではな く、 例えばピロ一ル、 チォフェン、 イソチアナフテン等の複素五員環式化合物及 びそのアルキル基、 ォキシアルキル基等の誘導体が挙げられる。 その中でもピロ ール、 チォフェン等の複素五員環式化合物及びその誘導体が好ましく、 特にピロ ール及び またはピロ一ル誘導体を含む導電性高分子であることが、 製造が容易 であり、 導電性高分子として安定であるために好ましい。 また、 上記モノマーは 種以上併用することもができる。 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1及び第 2により製造される導電性高 分子は、 伸縮性を有していれば、 特に限定されるものではなく、 ポリピロ一ル、 ポリチォフェン、 ポリア二リン、 ポリフエ二レンフィルムなど用いることができ る。 前記導電性高分子は、 分子鎖にピロール及びノまたはピロ一ル誘導体を含む 導電性高分子であることが、 製造が容易であり、 導電性高分子として安定である だけではなく、 電解伸縮性能に優れているために好ましい。 前記導電性高分子は、 前記製造方法の第 1においては、 電解液に含まれてい たトリフルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子に対して結合する フッ素原子を複数含むァニオンを、 ドーパントとして含むために、 電解伸縮にお いて優れた 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を示し、 優れた特定時間あたりの 変位率をも示すものと考えられる。 また、 前記導電性高分子は、 前記製造方法の 第 2においては、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子 に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンを電解液中に含み、 電解重合時 の作用電極として金属電極を用いるので、 電解伸縮において優れた 1酸化還元サ ィクル当たりの伸縮率を示し、 さらに電解伸縮により大きな力を発生することが できる。
(成形品)
本願発明は、 上記の製造方法の第 1により得られた導電性高分子を所望の形状 とした導電性高分子成形品でもある。 つまり、 電気化学的酸化還元による伸縮性を有する導電性高分子を、 電解重合 法により製造する導電性高分子の製造方法であって、 前記電解重合法が、 エーテ ル結合、 エステル結合、 カーボネート結合、 ヒドロキシル基、 ニトロ基、 スルホ ン基及び二トリル基のうち少なくとも 1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機 化合物及び Z又は八ロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、 前記電解 液中にトリフルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子に対してフッ T酒 03/010111
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素原子を複数含むァニオンを含む導電性高分子の製造方法により得られた導電 性高分子を樹脂成分として含む導電性高分子成形品である。 前記導電性高分子成 形品は、 その形状が特に限定されるものではなく、 膜状、 管状、 筒状、 角柱及び 繊維状等の形状であってもよいが、 前記導電性高分子が電解重合時に作用電極に 析出することから、 膜状であることが好ましい。 なお、 前記作用電極は、 電解重 合に用いることができれば特に限定されるものではなく、 I T〇ガラス電極や金 属電極などを用いることができる。 従来の導電性高分子の電解伸縮は、 膜状の導電性高分子である場合には、 その 伸縮率が面方向で 1酸化還元サイクル当たり 1 %程度までしか得られていなかつ た。 しかし、 本願発明の導電性高分子成形品は、 特に、 ドーパントとして、 トリ フルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子に対して結合するフッ素 原子を複数含むァニオンを導電性高分子中に含むことにより、 導電性高分子成形 品の長さ方向について、 1酸化還元サイクル当たり 3 %以上、 特に 5 %以上であ る優れた伸縮率を示すことが可能となった。 低伸縮率である従来の導電性高分子 成形品は、 スィツチやセンサー等の大きな変位を必要としない用途にしか用いら れなかった。 これに対し、 本願発明の導電性高分子成形品は、 1酸化還元サイク ル当たりの伸縮率が長さ方向において 3 %以上であるので、 人工筋肉に代表され る大きな伸縮率が要求される用途に好適に用いることができる。 なお、 前記導電 性高分子成形品には、 ドーパントの他に、 動作電極としての抵抗値を低下させる ために、 金属線や導電性酸化物などの導電性材料を適宜含むことができる。 また、 電気化学的酸化還元によって伸縮する導電性高分子成形品において、 2 0秒間の 1酸化還元サイクルにおける伸縮率が長さ方向に 3 %以上である導電性 高分子成形品でもある。 前記導電性高分子成形品は、 電解重合法により製造する 導電性高分子の製造方法であって、 前記電解重合法が、 エーテル結合、 エステル 結合、 カーボネート結合、 ヒドロキシル基、 ニトロ基、 スルホン基及び二トリル 基のうち少なくとも 1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/又は ハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、 トリ ン酸イオン及び または中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニ オンを前記電解液中に含む導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子 を含むことにより、 2 0秒間の 1酸化還元サイクルにおける伸縮率が長さ方向に 3 %以上である導電性高分子成形品を得ることができたのである。 この導電性高 分子成型品は、 従来の導電性高分子に比べて、 1地点での電圧の印加を開始して から一定時間内で導電性高分子成形品の先端部の大きな変位をすることができる ので、 実用的な用途の駆動源であるァクチユエ一夕素子に好適に用いることがで さる。 前記導電性高分子成形品をァクチユエ一夕として用いる場合には、 前記ァクチ ユエ一タは、 前記導電性高分子成形品、 対極及び電解質を備えたァクチユエ一夕 であって、 前記電解質を介して前記対極と導電性高分子成形品との間に電圧を印 加することができるように対極及び電解質を備えたァクチユエ一夕に構成するこ とができる。 前記ァクチユエ一夕は、 導電性高分子成形品の一端から電圧を印加 することにより、 2 0秒間の 1酸化還元サイクルにおける伸縮率が長さ方向に 3 %以上であるので、 人工筋肉や各種装置の駆動部など、 より早い応答性が要求 される用途のァクチユエ一夕に好適に用いることができる。 本願発明は、 上記の製造方法の第 2により得られた導電性高分子を所望の形状 とした、 導電性高分子成形品でもある。 つまり、 電気化学的酸化還元による伸縮 性を有する導電性高分子を、 電解重合法により製造する導電性高分子の製造方法 であって、 前記電解重合法が、 電気化学的酸化還元による伸縮性を有する導電性 高分子を、 電解重合法により製造する導電性高分子の製造方法であって、 前記電 解重合法が、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子に対し て結合するフッ素原子を複数含むァニオンを含む電解液を用い、 導電性高分子が 形成される作用電極として金属電極を用いる電解重合方法であることを特徴とす る導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を樹脂成分として含む導 電性高分子成形品である。 前記導電性高分子成形品は、 その形状が特に限定され るものではなく、 膜状、 管状、 筒状、 角柱及び繊維状等の形状であってもよいが、 前記導電性高分子が電解重合時に作用電極に析出することから、 膜状であるこ とが好ましい。 また、 前記成形品が膜状である場合には、 本願発明の上記の製造 方法の導電性高分子により得られた膜状体であってもよい。 前記膜状体は、 上述 の製造方法により得られた導電性高分子が公知の方法により対象となる物品の表 面を被覆する形態で形成されても良い。
(積層体)
本願発明は、 導電性高分子層と固体電解質層とを含む積層体であり、 前記導電 性高分子層中に上記の導電性高分子を含む積層体でもある。 つまり、 本願発明は、 導電性高分子層と固体電解質層とを含む積層体であって、 前記導電性高分子層に、 上記の導電性高分子の製造方法の第 1により得られた導電性高分子を含む積層 体とすることができる。 また、 本願発明は、 導電性高分子層と固体電解質層とを 含む積層体であって、 前記導電性高分子層に、 上記の導電性高分子の製造方法の 第 2により得られた導電性高分子を含む積層体とすることができる。 積層体が前 記導電性高分子層と前記固体電解質層を含むことにより、 前記固体電解質層中の 電解質が前記導電性高分子層に供給されて、 前記導電性高分子含有層に含まれる 導電性高分子が電気化学的酸化還元によって大きく伸縮するために、 電解伸縮時 に大きな 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を発現することができる。 電解伸縮 時に大きな 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を発現することができる。 前記積 層体中の前記導電性高分子層と固体電解質層とは、 直接接していることが好まし いが、 前記固体電解質中の電解質を前記導電性高分子に移動させることができる のであれば、 他の層を間に介していても良い。 また、 前記導電性高分子含有層に おいては、 電解伸縮に大きな障害とならない基材等を含むことができ、 導電性酸 化物や金属線等を含むこともできる。 前記固体電解質は、 特に限定されるものではないが、 大きな駆動することがで きることからイオン交換樹脂であることが好ましい。 前記イオン交換樹脂として は、 公知のイオン交換樹脂を使用することが可能であり、 例えば、 商品名 「N a i i o n」 (パーフルォロスルホン酸樹脂、 D u P o n t社製)) を使用すること ができる。 前記積層体をァクチユエ一夕として用いる場合には、 対極と前記積層体を備え たァクチユエ一夕であって、 前記積層体中の固体電解質を介して前記対極と前記 積層体中の導電性高分子含有層との間で電圧を印加することができるように対極 を設けたァクチユエ一夕とすることができる。
(電解伸縮方法)
また、 本願発明は、 上記の導電性高分子成形品を電解液中で、 電気化学的酸化 還元により導電性高分子成形品を伸縮させる電解伸縮方法でもある。 上記の導電 性高分子成形品を電解伸縮させることにより、 1酸化還元サイクル当たりにおい て優れた伸縮率を得ることができる。 更に、 上記の導電性高分子成形品を伸縮さ せる電解伸縮方法は、 優れた特定時間あたりの変位率をも得ることができる。 前 記導電性高分子成形品の電解伸縮が行われる電解液である動作電解液は、 特に限 定されるものではないが、 主溶媒である水に電解質を含む液体であることが、 濃 度調製が容易であるために好ましい。 本願発明の電解伸縮方法について、 前記電解液をトリフルォロメ夕ンスルホン 酸イオン、 中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオン及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも 1以上選ばれた化合物を動作電 解質として含む電解液とすることができる。 つまり、 本願発明は、 前記導電性高 分子成形品が、 電気化学的酸化還元による伸縮性を有する導電性高分子を、 電解 重合法により製造する'導電性高分子の製造方法であって、 前記電解重合法が、 ェ 一テル結合、 エステル結合、 カーボネート結合、 ヒドロキシル基、 ニトロ基、 ス ルホン基及び二トリル基のうち少なくとも 1つ以上の結合あるいは官能基を含む 有機化合物及び Z又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、 前記 電解液中にトリフルォロメ夕ンスルホン酸イオン及びノまたは中心原子に対して 結合するフッ素原子を複数含むァニオンを含む導電性高分子の製造方法により得 られた導電性高分子を樹脂成分として含む導電性高分子成形品であることにより、 3 010111
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電解伸縮時に優れた 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を示し、 さらには優れ た特定時間あたりの変位率を示すのである。 更に、 トリフルォロメタンスルホン 酸イオン、 中心原子に対してフッ素原子を複数含むァニオン及び炭素数 3以下の スルホン酸塩からなる群より少なくとも 1以上選ばれた化合物を動作電解質とし て含む電解液の中で前記導電性高分子成形品を電解伸縮させることにより、 前記 導電性高分子成形品は、 1酸化還元サイクル当たりについてさらに大きな伸縮率 を示すことが可能となる。 なお、 前記電解液に用いられる塩は、 本願発明の積層 体における固体電解質の電解液に含まれる塩として用いることができることが明 らかであり、 1酸化還元サイクル当たりの優れた伸縮率を示す固体電解質との積 層体を得ることができる。 前記導電性高分子成形品を伸縮させるために、 外部環境である電解液に動作電 解質として含まれるトリフルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子 に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンは、 上述の導電性高分子の製造 法においての説明でのトリフルォロメタンスルホン酸イオン及びノまたは中心原 子に対してフッ素原子を複数含むァニオンと同様である。 トリフルォロメタンス ルホン酸イオンは、 化学式 C F 3 S 0 3 _で表される化合物である。 また、 中心原 子に対してフッ素原子を複数含むァニオンは、 ホウ素、 リン、 アンチモン及びヒ 素等の原子に中心原子の複数のフッ素原子が結合をした構造を有したイオンであ る。 また、 炭素数 3以下のスルホン酸塩は、 炭素数が 3以下であるスルホン酸の 塩であれば特に限定されず、 例えばメタンスルホン酸ナトリウム、 エタンスルホ ン酸ナトリゥムを用いることができる。 また、 本願発明は、 上記の導電性高分子成形品を電解液中で電気化学的酸化還 元により導電性高分子成形品を伸縮させる電解伸縮方法でもあって、 前記電解液 が塩化ナトリゥムを主な電解質として含む水溶液である電解伸縮方法であっても よい。 前記電解液は、 生体成分に含まれる電解質である塩化ナトリウムを主とし て含むことにより、 生体内の体液と前記電解液との互換が容易である状態で動作 をさせることが可能である。 本願発明における電解伸縮を行う電解液あるいは固体電解質の温度は、 特に限 定されるものではないが、 上記の導電性高分子をより速い速度で電解伸縮させる ために、 2 0〜 1 0 0 ° (:、 さらに好ましくは 5 0 〜 8 0 °C、 であることが好まし い。
(ァクチユエ一夕)
また、 本願発明は、 作動部、 電解質及び対極を含むァクチユエ一夕であって、 前記作動部が上記の導電性高分子の製造方法の第 1 または第 2により得られた 導電性高分子を含むァクチユエ一夕である。 前記ァクチユエ一夕は、 装置構成と して作動部、 電解質及び対極を含めば特に限定されるものではないが、 作動の際 に液漏れがしないように作動部へ取付けられたシャフトが筐体にパッキングされ たァクチユエ一夕、 または作動部の作動に従う伸縮が可能な筐体を備えたァクチ ユエ一夕であることが、 電解液等の液漏れを生じないので好ましい。 図 1は、 本願発明のァクチユエ一夕の外観についての斜視図である。 ァクチュ ェ一夕 1は、 円柱状のァクチユエ一夕であり、 ウレタンゴム等の可撓性材料によ り形成された筐体で最外層が形成されている。 ァクチユエ一夕 1の底部 2 2にお いて、 ァクチユエ一タ内部にある作動部 3に電位を与えるためのリード 8と対極 に電位を与えるためのリード 7 、 7 ' とが設置されている。 電源 9が電力を供給 して、 作動部及び対極に電圧が印加されることにより、 作動部が電解伸縮する。 この電解伸縮により、 ァクチユエ一夕 1の先端部が長さ方向の伸縮に伴う変位を 生じる。 ァクチユエ一夕 1は、 伸張する場合には、 押圧する力である Fを発生す ることができる。 図 2は、 図 1のァクチユエ一夕 1についての A A断面図である。 ァクチユエ 一夕 1は、 可撓性材料により成形された筐体 2の内部空間に、 円柱状の作動部 3 を備えている。 筐体 2の底部 2 2の内面には、 凹部 2 3が形成されている。 凹部 2 3に作動部 3の一の端部が導電性の接続板 4を介して嵌合されて、 動作部が筐 体 2に取り付けられている。 筐体 2の先端部 2 1の内面において作動部 3の他 の端部とが接合されることで、 筐体 2に作動部 3が固定されている。 また、 筐体 2の内部空間においては、 筐体 2の側壁の内面付近に柱状の対極 5 1、 5 2が、 底部 2 2に設けられた対極嵌合用凹部 2 4、 2 5にそれぞれ嵌合することにより、 取り付けられている。 筐体 2の内部空間において、 対極 5 1、 5 2と作動部 3と を除いた残りの内部空間には電解質 6が充填されている。 電源 9は、 リード 7、 7 ' を介して対極 5 1、 5 2に接続され、 作動部 3と接した導電性接続板 4にリ —ド 8を介して接続されている。 電源 9より電力を供給することにより、 対極 5 1、 5 2と作動部 3との間に電圧を印加することができ、 作動部 3が電解伸縮す ることができる。 ァクチユエ一夕 1が伸縮することにより、 先端部 2 1において 力 Fを発生することが可能であり、 人工筋肉として好適に用いることができる。 ァクチユエ一タ 1の先端部 2 1は、 内側面において、 動作部 3の先端と接合さ れていてもよく、 接合されていなくても良い。 先端部 2 1と動作部 3の先端部と を接合しない場合においては、 ァクチユエ一夕は、 可撓性材料により成形された 筐体 2を、 収縮応力によりァクチユエ一夕内部へ収縮する力が働く状態とするこ とで、 作動部 3が電解伸縮することにより、 作動部 3の電解伸縮に追随して先端 部 2 1が伸縮することができる。 前記作動部は、 上述の導電性高分子を含み、 電圧印加により電解伸縮をすれば 特に限定されるものではない。 前記作動部は、 特に、 電圧印加した際に伸縮率 5 %以上の伸縮性を示すことが好ましい。 前記作動部が電圧印加した際に 5 %以 上の伸縮をすることにより 5 %以上の伸縮をするァクチユエ一夕を得ることがで き、 このァクチユエ一夕は、 人工筋肉に代表される大きな伸縮率が要求される用 途に好適に用いることができる。 前記作動部は、 ドーパントの他に、 動作電極と しての抵抗値を低下させるために、 金属線や導電性酸化物などの導電性材料を適 宜含むことができる。 筐体 2を形成する可撓性材料は、 特に限定されるものではない。 前記可撓性材 料は、 ァクチユエ一夕の伸び率に応じて適宜選択することができ、 伸び率 5 % 以上の合成樹脂を用いることが好ましく、 伸び率 2 0 %以上の合成樹脂を用いる ことがより好ましい。 前記可撓性材料としては、 例えば、 シリコン系樹脂、 ウレ タン系樹脂、 シリコン系ゴム、 ウレタン系ゴム等を用いることができる。 また、 前記可撓性材料は、 電解質をァクチユエ一夕外部に漏洩することを防止する機能 をも有することから、 耐溶剤性を有することが好ましく、 シリコン系樹脂、 ウレ タン系樹脂、 シリコン系ゴム又はウレタン系ゴムを好適に用いることができる。 なお、 ァクチユエ一夕 1は、 作動部分が筐体 2により密閉されている構造を備え ているので、 棒状体のような力を伝える手段が筐体を貫通している構造に比べて、 長期の使用による電解質の漏洩が無いので、 人工筋肉等の機械部品として用いる ことに優れている。 本願発明のァクチユエ一夕は、 その形状が特に限定されるものではない。 前記 ァクチユエ一夕は、 図 1においては円筒状に形成されているが、 その用途に最適 な形状とすることができる。 前記ァクチユエ一夕の形状としては、 円筒状以外に も、 角柱状や六角柱状等の多角柱状、 円錐状、 板状、 直方体状など使用状況に対 応する形状に形成することができる。 また、 本願発明のァクチユエ一夕の内部に設置される作動部は、 円柱状に限定 されるものではなく、 角柱状や六角柱状等の多角柱状、 円錐状、 直方体状など、 ァクチユエ一夕の外形に応じて適切な形状とすることができる。 前記作動部は、 電解重合により作用電極上に得られた導電性高分子膜をそのまま用いても良く、 積層等の成形を施して、 所望の形状にしても良い。 さらに、 対極についても、 柱 状に限定されるものではなく、 板状等の形状にすることができる。 本願発明のァクチユエ一夕に含まれる電解質は、 液状であってもよく、 固体電 解質でもよい。 前記電解質が液状である場合には、 溶媒が水であっても、 有機溶 媒であっても良いが、 揮発する速度が比較的遅いために取り扱いが容易であり、 大きな伸縮を得ることができるために、 水溶媒であることが好ましい。 前記電解 液が固体電解質である場合には、 高分子電解質であっても、 完全に固体である 固体電解質であってもよいが、 電解質中のイオン伝導度が大きいためにゲル高分 子電解質が好ましい。 前記ゲル高分子電解質に用いるゲルは、 ポリアクリルアミ ド、 ポリエチレングリコール、 寒天を用いることが、 水溶液電解質と複合させて 容易にゲル高分子電解質を調整できるので好ましい。 前記電解質は、 トリフルォ ロメタンスルホン酸イオン、 中心原子に対してフッ素原子を複数含むァニオン及 び炭素数 3以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも 1以上選ばれた化合物 を含む電解質とすることが、 ァクチユエ一夕が 1酸化還元サイクル当たりのさら に大きな伸縮を生じることが可能となるので、 好ましい。 また、 前記ァクチユエ一夕において、 作動部と電解質として、 導電性高分子含 有層と固体電解質との積層体を用いることもできる。 前記積層体は、 導電性高分 子含有層に、 上述の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子を含む 層を用いることにより、 層中の導電性高分子が大きく伸縮して、 より大きな伸縮 の用途に用いることができる。 なお、 対極は、 前記固体電解質を介し、 対極と導 電性高分子含有層との間で電圧を印加できるように設置されていれば良く、 特に 設置する場所が限定されるものではない。 前記ァクチユエ一夕は、 内部の作動部に上述の導電性高分子を含むことにより 大きな伸縮率を得ることができるので、 変位が小さくても用いることができるス ィツチやセンサー等の用途以外に、 大きな変位を必要とする用途である人工筋肉 としても好適に用いることがでる。 つまり、 これまでは導電性高分子を駆動部に 用いたァクチユエ一夕を小さな変位を必要とする用途にしか用いることができな かったが、 本願発明のァクチユエ一夕は、 導電性高分子を含むァクチユエ一夕を 人工筋肉等の変位が大きな用途へと用途拡大を図ることができる。 前記ァクチュ ェ一タは、 リニアァクチユエ一夕として用いることが可能であり、 例えば図 1の ァクチユエ一夕 1の先端部 2 1に駆動用の接続具を介して、 金属線等の力伝達用 の部材を取り付けることで、 駆動装置として用いることが可能である。 また、 先 端部 2 1を制御対象物に押圧するようにすることで、 本願発明のァクチユエ一夕 を押圧装置として用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 電気に より導電性高分子が駆動するァクチユエ一夕であるので、 駆動時に無音であるた めに、 室内用途装置における駆動部または押圧部として好適である。 また、 前記 ァクチユエ一夕は、 金属部品が少ないために従来のリニアァクチユエ一夕に比べ て軽量であるので、 位置決め装置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装 置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置並びに関節装置の駆動部として用いること好 適に用いることができる。
(用途)
本願発明の導電性高分子成形品及び積層体は、 人工筋肉、 口ポットアーム、 パ ワードスーツ、 義手及び義足に好適に使用することができる。 また、 マイクロサ —ジエリ一技術におけるピンセット、 ハサミ、 鉗子、 スネア、 レーザメス、 スパ チユラ、 クリップなどの医療器具、 検査や補修等を行う各種センサー若しくは補 修用工具など、 健康器具、 湿度計、 湿度計コントロール装置、 ソフトマ二ュピュ レ一タ一、 水中バルブ、 ソフト運搬装置などの工業用機器、 金魚などの水中モ一 ビル、 または動く釣り餌や推進ヒレなどのホビ一用品などの水中で用いられる物 品についても、 本願発明の導電性高分子成形品及び積層体を好適に使用すること ができる。 つまり、 本願発明の導電性高分子成形品及び積層体を上記の人工筋肉、 ロボッ トアームや義手に用いた場合には、 上述の導電性高分子の製造方法の第 1 若し くは第 2により得られた導電性高分子を、 基体樹脂を含む導電性高分子成形品又 は導電性高分子層の樹脂成分として含む積層体を、 駆動部として用いた人工筋肉、 ロポットアーム及び義手とすることができる。 本願発明の導電性高分子成形品及び積層体を上記の医療器具に用いた場合には、 上述の導電性高分子の製造方法の第 1 若しくは第 2により得られた導電性高分 子を、 基体樹脂として含む導電性高分子成形品又は導電性高分子層の樹脂成分と して含む積層体を、 駆動部として用いたピンセット、 ハサミ、 鉗子、 スネア、 レ 一ザメス、 スパチュラ、 クリップを含む医療器具とすることができる。 また、 本願発明の導電性高分子成形品及び積層体を上記のセンサーや補修用ェ 具に用いた場合には、 上述の導電性高分子の製造方法の第 1 若しくは第 2によ り得られた導電性高分子を、 基体樹脂を含む導電性高分子成形品又は導電性高分 子層の樹脂成分として含む積層体を、 駆動部として用いた検査や補修を含むセン サ一及び補修用工具とすることができる。 本願発明の導電性高分子成形品及び積層体を上記の工業用機器に用いた場合に は、 上述の導電性高分子の製造方法の第 1 若しくは第 2により得られた導電性 高分子を、 基体樹脂を含む導電性高分子成形品又は導電性高分子層の樹脂成分と して含む積層体を、 駆動部として用いた健康器具、 湿度計、 湿度計コントロール 装置、 ソフトマニュピユレ一夕一、 水中バルブ、 ソフト運搬装置を含む工業用機 器とすることができる。 また、 本願発明の導電性高分子成形品及び積層体を上記の水中で用いられる物 品に用いた場合には、 上述の導電性高分子の製造方法の第 1 若しくは第 2によ り得られた導電性高分子を、 基体樹脂を含む導電性高分子成形品又は導電性高分 子層の樹脂成分として含む積層体を、 駆動部として用いた水中モ一ビル、 または 動く釣り餌や推進ヒレを含むホビー用品を含む水中で用いられる物品とすること ができる。 本願発明の導電性高分子成形品及び積層体は、 上述のように、 変位を生じるこ とができるのでァクチユエ一夕として用いることができる。 本願発明の導電性高 分子成形品において、 例えば、 樹脂等による被覆がされていないものについては、 電解液中で直線的な変位をすることができるァクチユエ一夕として用いることが できる。 本願発明の積層体において、 例えば、 導電性高分子層を中間層とした際 の上層下層のうち一方または両方の層が、 導電性高分子層の電解伸縮時の伸縮率 と同等若しくはそれ以上の伸縮性を有する固体電解質層である場合には、 直線的 な変位をするァクチユエ一夕として用いることができる。 また、 本願発明の積 層体において、 例えば、 導電性高分子層を中間層とした際の上層下層のうち一方 の層が、 導電性高分子層の電解伸縮時の伸縮率よりも小さい伸縮性を有する固体 電解質層若しくは樹脂層である場合には、 導電性高分子層に比べて固体電解質層 または樹脂層が伸び縮みしないので、 屈曲の変位をするァクチユエ一夕として用 いることができる。 直線的な変位若しくは屈曲の変位を生じるァクチユエ一夕は、 直線的な駆動力を発生する駆動部、 または円弧部からなるトラック型の軌道を移 動するための駆動力を発生する駆動部として用いることができる。 さらに、 前記 ァクチユエ一夕は、 直線的な動作をする押圧部として用いることもできる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 O A機器、 アンテナ、 ベッドや椅子等の人を乗 せる装置、 医療機器、 エンジン、 光学機器、 固定具、 サイドトリマ、 車両、 昇降 器械、 食品加工装置、 清掃装置、 測定機器、 検査機器、 制御機器、 工作機械、 加 ェ機械、 電子機器、 電子顕微鏡、 電気かみそり、 電動歯ブラシ、 マニピュレータ、 マスト、 遊戯装置、 アミューズメント機器、 乗車用シミュレーション装置、 車両 乗員の押さえ装置及び航空機用付属装備展張装置において、 直線的な駆動力を発 生する駆動部若しくは円弧部からなるトラック型の軌道を移動するための駆動力 を発生する駆動部、 または直線的な動作若しくは曲線的な動作をする押圧部とし て好適に用いることができる。 前記ァクチユエ一夕は、 例えば、 O A機器や測定 機器等の上記機器等を含む機械全般に用いられる弁、 ブレーキ及び口ック装置に おいて、 直線的な駆動力を発生する駆動部もしくは円弧部からなるトラック型の 軌道を移動するための駆動力を発生する駆動部、 または直線的な動作をする押圧 部として用いることができる。 また、 前記の装置、 機器、 器械等以外においても、 機械機器類全般において、 位置決め装置の駆動部、 姿勢制御装置の駆動部、 昇降 装置の駆動部、 搬送装置の駆動部、 移動装置の駆動部、 量や方向等の調節装置の 駆動部、 軸等の調整装置の駆動部、 誘導装置の駆動部、 及び押圧装置の押圧部と して好適に用いることができる。 また、 前記ァクチユエ一夕は、 関節装置におけ る駆動部として、 関節中間部材等の直接駆動可能な関節部または関節に回転運動 を与える駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 C A D用プリンタ一等のインクジエツ トプリンターにおけるインクジエツト部分の駆動部、 プリンターの前記光ビーム の光軸方向を変位させる駆動部、 外部記憶装置等のディスクドライブ装置のへッ ド駆動部、 並びに、 プリンタ、 複写機及びファックスを含む画像形成装置の給紙 装置における紙の押圧接触力調整手段の駆動部として好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 電波天文用の周波数共用アンテナ等の 高周波数給電部を第 2焦点へ移動させるなどの測定部や給電部の移動設置させる 駆動機構の駆動部、 並びに、 車両搭載圧空作動伸縮マスト (テレスコーピングマ スト) 等のマストゃアンテナにおけるリフト機構の駆動部に好適に用いることが できる。 本願発明のァクチユエ一タは、 例えば、 椅子状のマッサージ機のマッサージ部 の駆動部、 介護用又は医療用ベッドの駆動部、 電動リクライニング椅子の姿勢制 御装置の駆動部、 マッサージ機や安楽椅子等に用いられるリクライニングチェア のバックレスト ·ォットマンの起倒動を自在にする伸縮ロッドの駆動部、 椅子や 介護用べッド等における背もたれやレッダレスト等の人を乗せる家具における可 倒式の椅子の背もたれやレッダレスト或いは介護用べッドの寝台の旋回駆動等に 用いられる駆動部、 並びに、 起立椅子の姿勢制御のため駆動部に好適に用いるこ とができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 検査装置の駆動部、 体外血液治療装置 等に用いられている血圧等の圧力測定装置の駆動部、 カテーテル、 内視鏡装置や 鉗子等の駆動部、 超音波を用いた白内障手術装置の駆動部、 顎運動装置等の運動 装置の駆動部、 病弱者用ホイストのシャシの部材を相対的に伸縮させる手段の駆 動部、 並びに、 介護用ベッドの昇降、 移動や姿勢制御等のための駆動部に好適に 用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 エンジン等の振動発生部からフレ一 ム等の振動受部へ伝達される振動を減衰させる防振装置の駆動部、 内燃機関の吸 排気弁のための動弁装置の駆動部、 エンジンの燃料制御装置の駆動部、 並びにデ イーゼルエンジン等のエンジンの燃料供給装置の駆動部として好適に用いること ができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 手振れ補正機能付き撮像装置の校正装 置の駆動部、 家庭用ビデオカメラレンズ等のレンズ駆動機構の駆動部、 スチルカ メラやビデオカメラ等の光学機器の移動レンズ群を駆動する機構の駆動部、 カメ ラのオートフォーカス部の駆動部、 カメラ、 ビデオカメラ等の撮像装置に用いら れるレンズ鏡筒の駆動部、 光学望遠鏡の光を取り込むォ一トガイダの駆動部、 立 体視力メラゃ双眼鏡等の 2光学系を有する光学装置のレンズ駆動機構または鏡筒 の駆動部、 光通信、 光情報処理や光計測等に用いられるファイバ型波長可変フィ ル夕の波長変換のフアイバに圧縮力を与える駆動部若しくは押圧部、 光軸合せ装 置の駆動部、 並びに、 カメラのシャツ夕機構の駆動部に好適に用いることができ る。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 ホース金具をホース本体にカシメ固定 する等の固定具の押圧部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一タは、 例えば、 自動車のサスペンションの巻ばね等の 駆動部、 車両のフユ一エルフィラ一リッドを解錠するフューエルフィラーリッド オープナーの駆動部、 ブルドーザーブレードの伸張及び引っ込みの駆動の駆動部、 自動車用変速機の変速比を自動的に切り替える為やクラッチを自動的に断接させ る為の駆動装置の駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 座板昇降装置付車椅子の昇降装置の駆 動部、 段差解消用昇降機の駆動部、 昇降移載装置の駆動部、 医療用ベッド、 電動 ベッド、 電動テーブル、 電動椅子、 介護用ベッド、 昇降テーブル、 C Tスキャナ、 0111
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トラックのキャビンチルト装置、 リフ夕一等や各種昇降機械装置の昇降用の駆 動部、 並びに重量物搬送用特殊車両の積み卸し装置の駆動部に好適に用いること ができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 食品加工装置の食材吐出用ノズル装置 等の吐出量調整機構の駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 清掃装置の台車や清掃部等の昇降等の 駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 面の形状を測定する 3次元測定装置の 測定部の駆動部、 ステージ装置の駆動部、 タイヤの動作特性を検知システム等の センサー部分の駆動部、 力センサーの衝撃応答の評価装置の初速を与える装置の 駆動部、 孔内透水試験装置を含む装置のピストンシリンダのピストン駆動装置の 駆動部、 集光追尾式発電装置における仰角方向へ動かすための駆動部、 気体の濃 度測定装置を含む測定装置のサファイアレーザ一発振波長切替機構のチューニン グミラーの振動装置の駆動部、 プリント基板の検査装置や液晶、 P D Pなどのフ ラットパネルディスプレイの検査装置においてァライメントを必要とする場合に X Y 0テ一プルの駆動部、 電子ビ一ム (Eビーム) システム又はフォーカストイ オンビーム (F I B ) システムなどの荷電粒子ビームシステム等において用いる 調節可能なアパーチャ一装置の駆動部、 平面度測定器における測定対象の支持装 置若しくは検出部の駆動部、 並びに、 微細デバイスの組立をはじめ、 半導体露光 装置や半導体検査装置、 3次元形状測定装置などの精密位置決め装置の駆動部に 好適に使用できる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 電気かみそりの駆動部、 並びに、 竃動 歯ブラシの駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 三次元物体の撮像デバイス或いは C D、 D V D共用の読み出し光学系の焦点深度調整用デバイスの駆動部、 複数のァ クチユエ一夕によって駆動対象面を能動曲面としてその形状を変形させることに よって所望の曲面を近似的に形成して焦点位置を容易に可変できる可変ミラーの 駆動部、 光ピックアップ等の磁気へッドの少なくとも一方を有する移動ュニット を直線移動させることが可能なディスク装置の駆動部、 リニアテープストレ一ジ システム等の磁気テ一プへッドアクチユエ一夕アセンブリのへッド送り機構の駆 動部、 電子写真方式の複写機、 プリンタ、 ファクシミリなどに適用される画像形 成装置の駆動部、 磁気ヘッド部材等の搭載部材の駆動部、 集束レンズ群を光軸方 向に駆動制御する光ディスク原盤露光装置の駆動部、 光へッドを駆動するへッド 駆動手段の駆動部、 記録媒体に対する情報の記録又は記録媒体に記録された情報 の再生を行う情報記録再生装置の駆動部、 並びに、 回路しや断器 (配電用回路し や断器) の開閉操作の駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 ゴム組成物のプレス成形加硫装置の駆 動部、 移送される部品について単列 ·単層化や所定の姿勢への整列をさせる部品 整列装置の駆動部、 圧縮成形装置の.駆動部、 溶着装置の保持機構の駆動部、 製袋 充填包装機の駆動部、 マシニングセンタ等の工作機械や射出成形機やプレス機等 の成形機械等の駆動部、 印刷装置、 塗装装置やラッカ吹き付け装置等の流体塗布 装置の駆動部、 カムシャフト等を製造する製造装置の駆動部、 覆ェ材の吊上げ装 置の駆動部、 無杼織機における房耳規制体等の駆動装置、 タフティング機の針駆 動システム、 ルーパ一駆動システム、 およびナイフ駆動システム等の駆動部、 力 ム研削盤や超精密加工部品等の部品の研磨を行う研磨装置の駆動部、 織機におけ る綜銑枠の制動装置の駆動部、 織機における緯糸挿通のための経糸の開口部を形 成する開口装置の駆動部、 半導体基板等の保護シート剥離装置の駆動部、 通糸装 置の駆動部、 C R T用電子銃の組立装置の駆動部、 衣料用縁飾り、 テーブルクロ スゃシ一トカバ一等に用途をもつ 1 ションレースを製造するためのト一ション レース機におけるシフタ一フォーク駆動選択リニア制御装置の駆動部、 ァニール ウィンドウ駆動装置の水平移動機構の駆動部、 ガラス溶融窯フォアハースの支持 アームの駆動部、 カラ一受像管の蛍光面形成方法等の露光装置のラックを進退 動させる駆動部、 ポールボンディング装置のトーチアームの駆動部、 ボンディン グへッドの XY方向への駆動部、 チップ部品のマウントやプローブを使った測定 などにおける部品の実装工程や測定検査工程の駆動部、 基板洗浄装置の洗浄具支 持体の昇降駆動部、 ガラス基板を走査される検出ヘッドを進退させる駆動部、 パ ターンを基板上に転写する露光装置の位置決め装置の駆動部、 精密加工などの分 野においけるサブミクロンのォ一ダで微小位置決め装置の駆動部、 ケミカルメカ 二カルポリシングツールの計測装置の位置決め装置の駆動部、 導体回路素子や液 晶表示素子等の回路デバィスをリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光 装置及び走査露光装置に好適なステージ装置の位置決めのための駆動部、 ワーク 等の搬送あるいは位置決め等の手段の駆動部、 レチクルステージやウェハステ一 ジ等の位置決めや搬送のための駆動部、 チヤンバ内の精密位置決めステージ装置 の駆動部、 ケミカルメカニカルポリシングシステムでのワークピースまたは半導 体ゥェ一八の位置決め装置の駆動部、 半導体のステッパー装置の駆動部、 加工機 械の導入ステ一ション内に正確に位置決めする装置の駆動部、 N C機械やマシニ ングセンター等の工作機械等または I C業界のステッパーに代表される各種機器 用のパッシブ除振及びァクティブ除振の除振装置の駆動部、 半導体素子や液晶表 示素子製造のリソグラフィ工程に使用される露光装置等において光ビーム走査装 置の基準格子板を前記光ビームの光軸方向に変位させる駆動部、 並びに、 コンペ ャの横断方向に物品処理ュニット内へ移送する移送装置の駆動部に好適に使用で さる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 電子顕微鏡等の走査プローブ顕微鏡の プローブの位置決め装置の駆動部、 並びに、 電子顕微鏡用試料微動装置の位置決 め等の駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 自動溶接口ポット、 産業用ロボットや 介護用ロボットを含むロポットまたはマニピュレータにおけるロボットアームの 手首等に代表される関節機構の駆動部、 直接駆動型以外の関節の駆動部、 ロポッ トの指のそのもの、 ロポット等のハンドとして使用されるスライド開閉式チヤ ック装置の運動変換機構の駆動部、 細胞微小操作や微小部品の組立作業等におい て微小な対象物を任意の状態に操作するためのマイクロマニピュレータの駆動部、 開閉可能な複数のフィンガーを有する電動義手等の義肢の駆動部、 ハンドリング 用口ポットの駆動部、 補装具の駆動部、 並びにパワースーツの駆動部に好適に用 いることができる 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 サイドトリマの上回転刃又は下回転刃 等を押圧する装置の押圧部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 パチンコ等の遊戯装置における役物等 の駆動部、 人形やペット口ポット等のアミューズメント機器の駆動部、 並びに、 乗車用シミュレ一ション装置のシミュレーション装置の駆動部に好適に用いるこ とができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 上記機器等を含む機械全般に用いられ る弁の駆動部に用いることができ、 例えば、 蒸発ヘリウムガスの再液化装置の弁 の駆動部、 ベローズ式の感圧制御弁の駆動部、 綜銑枠を駆動する開口装置の駆動 部、 真空ゲート弁の駆動部、 液圧システム用のソレノイド動作型制御バルブの駆 動部、 ピボットレバ一を用いる運動伝達装置を組み込んだバルブの駆動部、 ロケ ットの可動ノズルのバルブの駆動部、 サックバックバルブの駆動部、 並びに、 調 圧弁部の駆動部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 上記機器等を含む機械全般に用いられ るブレーキの押圧部として用いることができ、 例えば、 非常用、 保安用、 停留用 等のブレーキやエレべ一夕のブレーキに用いて好適な制動装置の押圧部、 並びに、 ブレーキ構造もしくはブレーキシステムの押圧部に好適に用いることができる。 本願発明のァクチユエ一夕は、 例えば、 上記機器等を含む機械全般に用いら れるロック装置の押圧部として用いることができ、 例えば、 機械的ロック装置の 押圧部、 車両用ステアリングロック装置の押圧部、 並びに、 負荷制限機構及び結 合解除機構を合わせ持つ動力伝達装置の押圧部に好適に用いることができる。
(実施例)
以下に、 本願発明の実施例及び比較例を示すが、 本願発明は以下に限定され るものではない。
(実施例 1 )
表 1に記載されたモノマー及ぴド一パントイオンの塩を表 1に記載の溶媒に 公知の撹拌方法により溶解し、 導電性高分子のモノマーを 0 . 2 5 mol lとし て、 かつド一パント塩を表 1の濃度として含む電解液を調製した。 この電解液 に作用電極として ΙΊΌガラス電極を用い、 対向電極として Pt電極を用いて、 重 合電流密度が表 1に記載の値である定電流法により電解重合を行った。 この電 解重合により、 表 1に記載の導電率及び膜厚を有する実施例 1の膜状の導電性 高分子成形品が得られた。
(実施例 2〜 4 0、 並びに実施例 4 4及び 4 5 )
表 1〜 6の電解重合条件で行つたこと以外は実施例 1と同様の方法により、 実施例 2〜4 0、 並びに実施例 4 4及び 4 5の膜状の導電性高分子成形品が得 られた。 なお、 実施例 1 5において、 導電性高分子のモノマ一はピロールと 3 —メチルチオフェンの混合比は、 1 / 1 (mol/mol) であった。
(実施例 4 1 )
表 5の電解重合条件で行ったこと、 及び作用電極として金属電極である T i 電極を用いたこと以外は実施例 1と同様の方法を行うことにより、 実施例 4 1 の膜状の導電性高分子成形品が得られた。 なお、 本願における金属電極は、 市 販の金属電極が用いられた。 (実施例 4 2 )
表 5の電解重合条件で行ったこと、 及び作用電極として金属電極である N i 電極を用いたこと以外は実施例 1と同様の方法を行うことにより、 実施例 4 2 の膜状の導電性高分子成形品が得られた。
(実施例 4 3 )
表 5の電解重合条件で行ったこと、 及び作用電極として金属電極である N i 電極を用いたこと以外は実施例 1と同様の方法を行うことにより、 実施例 4 3 の膜状の導電性高分子成形品が得られた。
(比較例 1〜4 )
表 5及び 6の電解重合条件で行ったこと以外は実施例 1と同様の方法により、 比較例 1〜 4の膜状の導電性高分子成形品が得られた。
(実施例 4 6 )
表 7に記載されたド一パントイオンの塩を表 1に記載の溶媒に公知の撹拌方 法により溶解して、 モノマ一であるピロールを濃度 0 · 2 5 mol/ 1で含み、 か つド一パント塩を表 1の濃度として含む電解液を調製した。 この電解液を用い、 作用電極として表 1に記載の金属種の金属からなる金属電極を用い、 対向電極 として Pt電極を用いて、 表 1に記載の重合電流密度の定電流法により電解重合 を行った。 この電解重合により、 を有する実施例 4 6の膜状の導電性高分子成 形品が得られた。
(実施例 4 7 - 6 2 )
表 7、 8及び 1 0の電解重合条件で行ったこと以外は実施例 4 6と同様の方 法により、 各実施例の膜状の導電性高分子成形品が得られた。
(比較例 5〜 1 6 ) 表 9及び 1 0の電解重合条件で行ったこと、 及びガラス電極を用いたこと 以外は実施例 4 6と同様の方法により、 比較例 5〜 1 6の膜状の導電性高分子 成形品が得られた。
' 実施例
1 2 3 4 5 6 電解重 モノマ一
ピロー レ ピ P—ル ピ D—ル ビロ一ル ビ p—ノレ t- ― 合条件 (0.25mol/l)
ト'一パント塩 A
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 (mol/1)
ドーパント塩 B
(mol/ 1 )
ドーパント塩 C
(mol 1 )
ド一パント塩 D
(mol/1)
ドーパント塩 E
(mol/1)
溶媒 PC PC PC EC/PC=l/2 EOTC=l/2 7-B 重合電流密度
1 1 1 1 1 1 (mA/cm2)
膜物性 導電率 (S/cm) 29 29 29 43 43 20 膜厚 m) 50 50 50 36 36 51 電解 動作電解質 NaPF6 CF3S03Na NaBF4 NaPP6 LiAsFe NaPF 伸縮
伸縮率 (%) 6.3 5.2 5.0 8.7 7.4 6.9
表 2
実施例
9 10 11 12 13 14 15 16 17 電解重 ピロ一ル
合条件 モノマー種 +
ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル
(0.25mol/l) 3-メチルチ
ォフェン
ドーパント塩 A
0.5
ドーパント塩 B
(mol/l)
ド一パント塩 C
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 (mol/ 1 )
ト*一パント堪 D
0.5
(mol/l)
ド一パント塩 E
(mol 1 )
溶媒 EC/PC=l/2 MO DEC DMじ EC/PC=l/2 PC ECPC=l/2 DME DME 里 o ¾ii ¾ J¾.
1 1 1 1 1 1 0.2 1 0.2
(mA/cm2)
膜物性 導電率 (S/cm) 17 13 28 13 13 22 29 40 34 膜厚 ( m) 68 90 34 26 126 46 50 34 53 藝 動作電解質 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaCl NaPF6 NaPF6 伸縮 伸縮率 (%) 7.8 5.0 8.5 7.5 5.1 5.3 3.1 10.1 10.3
表 3
実施例
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 電解 a モノマ一
ピロ一ル ピロール ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル 合条件 (0.25mol/l)
>—パント塩 A
(mol/1)
ド一パント塩 B
(mol/1)
ドーパント塩 C
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 0.5 (mol/1)
ト '一パント塩 D
(mol/ 1 )
ト-—パント塩 E
(mol/1)
PEG/PC:
溶媒 THF AcEt Ac-n-Bt Ac-t-Bt EG SF DO DAE 薩
4/1
重合電流密度
0.2 0.2 0.2 0.2 八 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 (m A/c m2)
膜物性 導電率(S/cm) 2.4 34 50 59 17 83 11 121 63 0.2 膜厚(/·ίΠ1) 91 50 35 14 47 49 42 13 26 112 電解 動作電解質 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 NaPF6 伸縮 伸縮率(%) 7.3 8.4 9.2 10.2 5.7 8.6 8.0 9.1 9.6 6.2
表 4
実施例
28 29 30 3 1 32 33 34 35 電解重 モノマ一 ¾
ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロール 合条件 (0.25mol/l)
ド一パント塩 A
0.1 0.5 1.0 0.5 ド一パント塩 B
(mol/1)
ド一パント塩 C
0.5 0.5 0.5 0.5 (mol/ 1 )
ドーパント塩 D
(mol/ 1 )
ドーパント塩 E
(mol/ 1 )
EC/PC EC/PC EC/PC EC/PC EC/PC 溶媒 HxOH OtOH DME
= 1/2 = 1/1 = 1/1 = 1/1 = 1/2 重合電流密度
0.2 0.2 0.2 1 1 1 1 1 (m A/c mz)
膜物性 導電率 (S/cm) 50 69 29 42 10 33 29 40 膜厚 ( m) 31 19 50 32 94 23 50 34 電解 動作電解質 NaPF6 NaPF6 TEAPFg NaPF6 NaPF6 NaPP6 EtSOaNa LiAsF6 伸縮 伸縮率 (%) 9.1 10.3 6.7 7.6 8.3 8.9 6.4 9.0
表 5
実施例 比較例
36 37 o o y 4 U 41 4 ά 4 o 1 ά 電解重 モノマー種
ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロール ピロ一ル 合条件 (0.25mol/l)
ト'一パント塩 A
U.O
(mol/1)
ト'一パント塩 B
(mol/1)
ト'一パント塩 C
0.5 U.o U.O U.o U.O U.O U.O
(mol/ 1 )
ド一パント塩 D
(mol/ 1 )
ト'一パント塩 E
U.O u.o (mol/ 1 )
溶媒 AN NB MeB PhE t D CM MeB B uB MeB Η20 H2O 重合電流密度
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 1 1 (mA/c m2)
膜物性 導電率 (S/cm) 78 46 53 35 3 112 62 113 42 42 膜厚 ( m) 13 21 24 44 24 18 15 31 36 36 電解 動作電解質 NaPFe NaPFe NaPFe NaPFe NaPFe NaPFe NaPFe NaPFe NaCl NaPFg 伸縮 伸縮率 (%) 8.1 9.7 11.4 10.0 8.6 12.4 15.1 10.3 1.3 1.7 '
表 6
実施例 比較例 電解重 モノマー種
ピロ一ル ピロ一ル ピロ一ル ピロール 合条件 (0.25mol/l)
ドーパント塩 A
(mol/ 1 )
ドーパント塩 B
(mol/1)
ド一パント塩 C
(mol/ 1 )
ド一パント塩 D
(mol/ 1 )
ト '一パント塩 E
05
(mol/1)
溶媒 EC/PC=l/2 ECPC=l/2 H20 HaO 重合電流密度
0.2 1 1 1 (mA/c m2)
膜物性 導電率 (S/cm) 29 43 42 42 膜厚 (Aim) 50 36 36 36 電解 動作電解質 NaCl NaPF6 NaCl NaPF6 伸縮 特定時間当たりの変位率
1.7 3.9 0.4 0.4 (%/20秒)
表 7
実施例
4 6 4 7 4 8 4 9 5 0 5 1 5 2 5 3 電解重 ト'一パント塩 C
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 合条件 (mol/ 1 )
ト'一パント塩 A
0.5
(mol/1)
電極の金属種 Ni Ni Ni T i P t Ni Ni T i 溶媒 PC PC MeB MeB MeB BuB DME DME 重合電流密度
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 (m A/c m2)
膜物性 導電率 (S/cm) 54 19 112 87 55 30 22 124 膜厚 ( zm) 44 37 18 32 26 8 13 31 電解 伸縮率 (%) 3 5 5 5 5 5 3 5 伸縮
発生力 (MP a) 4.5 3.9 10.5 ; 8.7 6.8 15.6 4.7 6.1 非金属
対応する比較例 比較例 5 比較例 6 比較例 7 比較例 7 比較例 7 比較例 8 比較例 1 0 比較例 9 電極使
用時 と
発生力比 4.5 3.3 3.1 2.6 2.0 4.1 3.6 6.8 の比
表 8
Figure imgf000044_0001
表 9
比較例
5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 電解重 ド一パント塩 C
0リ, 5リ 05 0.5 0,5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 合条件 (mol/1)
ト '一パント塩 A
0.5
(mol/1)
非金属電極の種類 ITOガラス ITOガラス ITOガラス ITOガラス ITOガラス ITOガラス ITOガラス ΓΓΟガラス ITOガラス ITOガラス 溶媒 P C P C MeB BuB DME DME E t Ph D CM MMP Me S a 重合電流密度
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 (m A/c m2)
膜物性 導電率 (S/cm) 32 16 53 65 40 40 35 3 55 8 膜厚 (^m) 51 37 24 23 34 34 44 24 28 18 電解 伸縮率 (%) 3 5 5 5 5 3 5 5 5 5 伸縮
発生力 (MP a) 1.0 1.2 3.4 3.8 0.9 1.4 2.5 1.2 0.6 2.9
表 10
実施例 比較例
59 60 61 62 15 16 電解重 ドーパント塩 C
U.0 U.0 U.0
合条件 (mol/1)
ト'一パント塩 A
(mol/l)
ド一パント塩 F
0.5
(mol/ 1 )
卜-—パント塩 E
U.0 (mol/1)
電極の金属種 Ni T i T i T i
非金属電極の種類 I TO I TO 溶媒 MeB MeB DME MeB H20 H20 重合鼋流密度
0.2 0.2 0.2 0.2 1 1 (mA/c m2)
膜物性 導電率 (S/cm) 112 87 124 113 22 42 膜厚 ( m) 18 32 31 31 38 36 電解
発生力 (MP a) 17.7 18.4 14.2 13.4 0.7 3.5 伸縮
なお、 表 1〜1 0において、 ド一パント塩の種類及び溶媒欄の略号は以下の とおりである。
ド一パント塩 A: TBACF3S03 (トリフルォロメタンスルホン酸テトラブチルァ ンモニゥム)
ド一パント塩 B: CF3S03Li (トリフルォロメ夕ンスルホン酸リチウム) ドーパント塩 C: TBABF4 (テトラフルォロホウ酸テトラプチルアンモニゥム) ドーパント塩 D: TBAPFG (へキサフルォロリン酸テトラプチルアンモニゥム) ド一パント塩 E : p—トルエンスルホン酸ナトリウム
ド一パント塩 F :ベンゼンスルホン酸ナトリゥム
なお、 表 1〜4において、 ド一パント塩の種類及び溶媒欄の略号は以下のとお りである。
溶媒;
P C :プロピレンカーボネート
E C :エチレンカーポネ一ト
7 -BL : r一ブチロラクトン
MO: 3—メチルー 2 _ォキサゾリジノン
DEC :ジェチルカ一ポネート
DMC :ジメチルカ一ポネ一卜
DME:ジメトキシェタン
THF:テ卜ラヒドロフラン
AcEt:酢酸ェチル
Ac-n-Bt:酢酸 n-ブチル
Ac-t-Bt:酢酸一 tーブチレ '
EG:エチレングリコール
PEG:ポリエチレングリコール (分子量: 200) SF:スルホラン
DO: 1 , 4一ジォキサン
DAE: 1 , 2—ジァセ卜キシェタン
ΝΜ:ニトロメタン
ΗχΟΗ: 1一へキサノール
0 t 0Η: 1ーォクタノール
AN:ァセトニトリル
NB :ニトロベンゼン
Me B :安息香酸メチル
PhE t :フタル酸ジェチル
DCM :ジクロロメタン
BuB :安息香酸ブチル
E t P :フタル酸ジェチル
D CM:ジクロロメタン
MMP : 3—メトキシプロピオン酸メチル
Me S a :サリチル酸メチル また、 表 1〜 5において、 混合溶媒を用いている場合には、 例えば、 EC/P C= 1ノ 2とはエチレンカーポネ一トとプロピレンカーポネ一トとの重量比が 1 : 2である溶媒を示す。
(評価)
実施例 1〜 43並びに比較例 1及び 2で得られた膜状の導電性高分子成形品 を、 表 1〜 5に記載された動作電解質を ImolZ 1となるように水に溶解した電 解液中に保持した。 保持された各膜状の導電性高分子成型品について、 下記の 測定方法により、 それぞれ 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を測定した。 そ の結果を表 1〜 5に示す。 また、 実施例 44及び 45、 並びに、 比較例 3及び 4で得られた膜状の導電性高分子成形品について、 下記の測定方法により、 そ れぞれ特定時間あたりの変位率を測定した。 特定時間あたりの変位率の結果を 表 6に示す。 なお実施例 1〜45及び比較例 1〜4の導電性高分子成型品の ' 導電率及び膜厚は、 公知の方法により測定した。
〔伸縮率の測定方法〕
実施例 1〜 43並びに比較例 1及び 2で得られた膜状の導電性高分子成形品 を長さ 1 5mm、 幅 2mmの動作電極とし、 白金プレートを対向電極とし、 そ れぞれ電極の端部に、 動作電極を前記電解液中に保持し、 リードを介して電源 と接続して、 電位 (— 0. 9〜十 0. 7 V v. s . Ag/Ag+) を 1サイ クル印加して変位量 (変位した長さ) を測定した。 動作電極が 1サイクルの印 加 (1酸化還元サイクル) で伸長と収縮とをすることにより得られた変位の差 を、 動作電極の元の長さで割ることにより、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮 率を求めた。 なお、 動作電解質の TEAPF6とは、 テトラフルォロリン酸テト ラエチルアンモニゥム塩であり、 E t S 03N aとはエタンスルホン酸ナトリウ ムを表す。
〔特定時間あたりの変位率〕
実施例 44及び 45、 並びに、 比較例 3及び 4で得られた膜状の導電性高分 子成形品を長さ 1 5mm、 幅 2mmの動作電極とし、 白金プレートを対向電極 とし、 それぞれ電極の端部に、 動作電極を前記電解液中に保持し、 リードを介 して電源と接続して、 電位 (+ 0. 9 V v. s · AgZAg +または一 0. 9 V v. Ag/Ag+) を印加して、 印加開始から 2 0秒後の変位量
(変位した長さ) を測定した。 印加開始から 20秒後の変位量を、 電位を印加 する前の動作電極の長さで割ることにより、 特定時間当たりの伸縮率を求めた。
〔発生力〕
実施例 46〜62並びに比較例 5〜 1 6で得られた膜状の導電性高分子成形 品を長さ 1 5mm、 幅 2 mmの動作電極とし、 白金プレートを対向電極とし、 導電性高分子成形品それぞれの端部に重りを吊るし、 それぞれの他の端部を動 作電解液中に保持し、 リードを介して電源と接続して、 電位 (一 0. 9〜十 0. 1
48
7 V v . s . A g ZA g +) を 1サイクル印加して変位量 (変位した長 さ) を測定した。 実施例 4 6〜 5 8及び比較例 5〜 1 4の導電性高分子成型品 については、 動作電極が 1サイクルの印加 (1酸化還元サイクル) で収縮をす ることにより得られた変位の差を、 動作電極の元の長さで割ることにより、 1 酸化還元サイクル当たりの伸縮率を求め、 表 6〜 9に記載した。 これらの伸縮 率となる時の重りの重さより発生力を求めて表 6〜 9に記載した。 前記動作電 解液としては、 へキサフルォロリン酸ナトリゥムの 1 5 w t %の水溶液を用い た。 なお、 上記重りの重量を変えることにより、 負荷重量に対する伸縮率を測 定し、 その測定値を単位断面積当たりに換算することにより、 発生力を測定し た。 また、 実施例 5 9〜6 2並びに比較例 1 5及び 1 6の導電性高分子成型品 について、 実施例 4 6〜6 2並びに比較例 5〜 1 6の導電性高分子成形品につ いての伸縮率の測定と同様の方法により、 変位量の測定して各導電性高分子成 形品の最大発生力を求め、 表 1 0に示した。 なお、 表 1 0の最大発生力は、 重 りの重量を変化させながら伸縮率を測定し、 収縮する範囲内で膜状の導電性高 分子成形品が重りの重みで切断される直前の発生力を表示している。 実施例 4 6〜6 2並びに比較例 5〜 1 6の導電性高分子成形品の導電率及び 膜厚は、 公知の方法により測定した。
〔非金属電極使用時との比〕
実施例 4 6〜5 8の導電性高分子成型品について、 電極として非金属電極で ある I T Oガラス電極を使用したこと以外は同様の電解重合条件で製造した導 電性高分子成形品に対応する比較例について、 同じ伸縮率を示す際の発生力比 (〔実施例の発生力〕 Z 〔比較例の発生力〕) を算出した。 結果を表 6〜8に示 した。
(結果)
実施例 1〜 4 5の導電性高分子成型品は、 本願発明の導電性高分子の製造方法 の第 1により得られた導電性高分子を樹脂成分として含む導電性高分子成型品で ある。 実施例 1 5の導電性高分子成形品は、 トリフルォロメタンスルホン酸イオンを ドーパントァニオンとし、 溶媒がエチレンカーボネートとプロピレン力一ポネー トの混合溶媒 (1 : 2 ) である電解液を用いた電解重合法による導電性高分子の 製造方法により得られた導電性高分子成形品である。 比較例 1の導電性高分子成 形品は、 電解液の溶媒が水であり、 従来のドーパントである P—トルエンスルホ ン酸ィォンを含む電解液で電解重合された導電性高分子成形品である。 実施例 1 5の導電性高分子成形品を、 従来の作動環境である塩化ナトリゥムを動作電解質 として電解伸縮をさせると、 表 2に示すとおり、 伸縮率 3 . 1 %であった。 これ に対し、 比較例 1の導電性高分子成形品を、 実施例 1 5と同様に、 塩化ナトリウ ムを動作電解質として電解伸縮をさせると表 4に示すように、 伸縮率 1 . 3 %で あった。 つまり、 実施例 1 5の導電性高分子成形品は、 従来の動作環境である塩 化ナトリゥム水溶液中であっても、 従来のドーパントを含む導電性高分子成形品 に比べて、 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率が約 2 . 4倍である良好な伸縮を することができた。 実施例 1〜 1 4及び実施例 1 6〜4 3については、 導電性高分子成形品がそれ ぞれ本願発明の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子成形品であ り、 作動環境として、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン、 中心原子に対して 結合するフッ素原子を複数含むァニオン及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からな る群より少なくとも 1以上選ばれた化合物を含む電解液中で、 1酸化還元サイク ルの電気化学的酸化還元により導電性高分子成形品を伸縮させた結果、 表 1〜 5 に示すように、 伸縮率は 5 %以上であった。 これに対し、 比較例 2については、 導電性高分子は、 電解液の溶媒が水であり、 従来のド一パントである p —トルェ ンスルホン酸イオンを含む電解液で電解重合された導電性高分子成形品であり、 作動環境として、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン、 中心原子に対してフッ 素原子及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも 1種以上選ば れた化合物を含む電解液中で、 1酸化還元サイクルの電気化学的酸化還元により 導電性高分子成形品を伸縮させた結果、 表 4に示すように、 伸縮率は 1 . Ί % と低かった。 即ち、 本願発明の導電性高分子成形品は、 トリフルォロメタンスル ホン酸イオン、 中心原子に対して結合するフッ素原子及び炭素数 3以下のスルホ ン酸塩からなる群より少なくとも 1以上選ばれた化合物を含む電解液中で電気化 学的酸化還元により導電性高分子成形品を伸縮させることにより、 1酸化還元サ ィクル当たりの伸縮率が従来の約 3倍以上である優れた伸縮をした。 実施例 4 4及び 4 5についての導電性高分子成形品は、 それぞれ実施例 1 5と 実施例 4の導電性高分子成形品に相当する本願発明の製造方法により得られた導 電性高分子成形品である。 一方、 比較例 3及び 4の導電性高分子成形品は、 それ ぞれ比較例 1及び 2に相当する導電性高分子成形品である。 従来の作動環境であ る N a C 1水溶液中において、 比較例 3の導電性高分子成形品が特定時間当たり の伸縮率が 0 . 4 %であったのに対し、 実施例 3 6の導電性高分子成形品は、 特 定時間当たりの伸縮率について 1 . 7 %という約 4倍の向上を図ることができた。 つまり、 本願発明の導電性高分子成形品を用いることにより、 変位の早い電解伸 縮を実現することができる。 また、 電解伸縮の作動環境にトリフルォロメタンスルホン酸イオン、 中心原子 に対してフッ素原子を複数含むァニオン及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からな る群より少なくとも 1以上選ばれた化合物を含む電解液とした場合には、 比較例 4の導電性高分子成形品が特定時間当たりの伸縮率が 0 . 4 %であったのに対し、 実施例 4 5の導電性高分子成形品は、 特定時間当たりの伸縮率について 3 . 9 % という約 1 0倍の向上を図ることができた。 したがって、 トリフルォロメタンス ルホン酸イオン、 中心原子に対してフッ素原子を複数含むァニオン及び炭素数 3 以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも 1以上選ばれた化合物を含む電解 液中で導電性高分子成形品を電気化学的酸化還元により導電性高分子成形品を伸 縮させる電解伸縮方法を用いることにより、 さらに変位の早い電解伸縮を実現す ることができる。 実施例 4 6〜6 2の導電性高分子成型品は、 本願発明の導電性高分子の製造 方法の第 2により得られた導電性高分子を樹脂成分として含む導電性高分子成型 品である。
実施例 4 6〜5 8の導電性高分子成形品は、 従来の導電性高分子を用いたァク チユエ一夕では得られなかった 1酸化還元サイクル当たりの収縮である 3〜 5 % の伸縮率を示し、 しかも発生力は、 3 . 9〜1 5 . 6 M P aという大きな値を示 し、 伸縮率と発生力とのバランスに優れた導電性高分子成形品であった。 しかも、 実施例 4 6〜 5 8の導電性高分子成形品は、 金属電極を用いているために、 非金 属電極を用いた対応する実施例に比べて 2 .0〜 1 0 . 5倍という優れた発生力の 向上が認められた。 さらに、 実施例 5 9〜 6 2については、 1 3 . 4〜1 8 . 4 M P aという優れた最大発生力を得ることができたが、 比較例 1 7および 1 8に ついては、 それぞれの発生力 0 . 7 MPa及び 3 . 5 M P aが最大発生力であつ た。 なお、 最大発生力とは、 重りの重量を変化させながら伸縮率を測定し、 収縮 する範囲内で膜状の導電性高分子成形品が重りの重みで切断される直前の発生力 をいう。 なお、 上記実施例及び比較例において、 重りを重力方向に負荷させた状 態での伸縮を測定したために、 伸縮率として導電性高分子成形品の収縮する割合 (収縮率) を測定し、 伸縮率とした。 産業上の利用可能性
本願発明の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子は、 電解伸縮 により優れた伸縮率で伸縮することができる。 そのため、 前記導電性高分子は、 従来より大きな動作をするので実用性に優れ、 人工筋肉、 ロボットアーム、 義手 ゃァクチユエ一夕等の用途として有用である。 特に、 本願発明の導電性高分子の 製造方法により得られた導電性高分子を用いた導電性高分子成形品、 積層体、 及 びァクチユエ一夕は、 電解伸縮により優れた伸縮率で伸縮することができるので、 位置決め装置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整 装置、 誘導装置、 及び関節装置の駆動部並びに押圧部に用いた押圧装置として好 適である。 本願発明の導電性高分子の製造方法により得られた導電性高分子成形 品は、 電解伸縮の作動環境にトリフルォロメタンスルホン酸イオン、 中心原子に 対してフッ素原子を複数含むァニオン及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からな る群より少なくとも 1以上選ばれた化合物を含む電解液中で電解伸縮させること により、 さらに大きな伸縮率を発現することができるので、 さらに大きな伸縮を 必要とする用途として有用である。 また、 本願発明の導電性高分子の製造方法の第 1 により得られた導電性高分 子を樹脂成分として含む導電性高分子成型品は、 電解伸縮の作動環境として、 ト リフルォロメタンスルホン酸イオン、 中心原子に対してフッ素原子を複数含むァ 二オン及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも 1以上選ばれ た化合物を含む電解液中で、 電気化学的酸化還元により導電性高分子成形品を伸 縮させることにより、 従来の伸縮性を有する導電性高分子成形品に比べて約 1 0 倍以上の特定時間当たりの伸縮率を発現する。 そのためこの導電性高分子成型品 は、 変位の命令に対して速い応答が要求される用途の駆動部分として使用するこ とも可能である。 さらに、 本発明の導電性高分子の製造方法の第 2により得られた導電性高分子 を樹脂成分として含む導電性高分子成形品は、 従来の伸縮性を有する導電性高分 子成形品に比べて、 優れた 1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を電解伸縮時に発 現し、 しかも優れた発生力が得られる。 この得られた発生力は、 非金属電極を用 いて電解重合することにより得られた導電性高分子に比べて、 2倍以上の優れた 発生力を示す。 そのために、 前記導電性高分子成型品は、 マイクロマシン、 人工 筋肉などのァクチユエ一夕等の用途として好適である。 前記導電性高分子成形品 は、 さらには、 機械的強度が強いためにマイクロマシンとして好適である。

Claims

靖 求 の 範 囲
1 . 電解重合法による導電性高分子の製造方法であって、
前記導電性高分子は電気化学的な酸化還元による伸縮性を有し、
前記電解重合法は、 有機化合物を溶媒として含む電解液を用いる重合法であり、 前記有機化合物は、
( 1 ) エーテル結合、 エステル結合、 炭素一ハロゲン結合及びカーボネート結 合からなる化学結合の群から少なくとも 1つ以上選ばれた化学結合種
及び/または
( 2 ) ヒドロキシル基、 ニトロ基、 スルホン基及び二トリル基からなる官能基 の群から少なくとも 1つ以上選ばれた官能基
を分子中に含み、
前記電解液は、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン及び Zまたは中心原子に対 して結合するフッ素原子を複数含むァニオンを含む、
導電性高分子の製造方法。
2 . 前記導電性高分子が分子鎖にピロール及び/またはピ口ール誘導体を含む 請求の範囲第 1項に記載の導電性高分子の製造方法。
3 . 請求の範囲第 1項の製造方法により得られた導電性高分子を樹脂成分とし て含む導電性高分子成形品。
4 . 請求の範囲第 3項の導電性高分子成形品を駆動部に用いた位置決め装置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置、 または関節装置。
5 . 請求の範囲第 3項の導電性高分子成形品を押圧部に用いた押圧装置。
6 . ·請求の範囲第 3項の導電性高分子成形品を電解液中で電気化学的酸化還元 :より導電性高分子成形品を伸縮させる電解伸縮方法。
7 . 電解伸縮を室温以上の温度環境下で行う請求の範囲第 6項の電解伸縮方法。
8 . 前記電解液中にトリフルォロメタンスルホン酸イオン、 中心原子に対してフ ッ素原子を複数含むァニオン及び炭素数 3以下のスルホン酸塩からなる群より少 なくとも 1以上選ばれた化合物を含む請求の範囲第 6項に記載の電解伸縮方法。
9 . 前記電解液中に塩化ナトリゥムを含む請求の範囲第 6項に記載の電解伸縮 方法。
1 0 . 導電性高分子層と固体電解質層とを含む積層体であって、 前記導電性高 分子層が請求の範囲第 3項に記載の導電性高分子を含む積層体。
1 1 . 請求の範囲第 1 0項の積層体を駆動部に用いた位置決め装置、 姿勢制御 装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置、 または
1 2 . 請求の範囲第 1 0項の積層体を押圧部に用いた押圧装置。
1 3 . 電気化学的酸化還元によって伸縮する膜状の導電性高分子成形品におい て、 導電性高分子の伸縮率が膜面方向に 5 %以上である膜状の導電性高分子成形
1 4 . 導電性高分子含有層と固体電解質層とを含む積層体であって、 前記導電 性高分子含有層に含まれる導電性高分子が請求の範囲第 1項の導電性高分子の製 造方法により得られた導電性高分子である積層体。
1 5 . 請求の範囲第 1 4項の積層体を駆動部に用いた位置決め装置、 姿勢制御 装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置、 また
1 6 請求の範囲第 1 4項の積層体を押圧部に用いた押圧装置。
1 7 . 電気化学的酸化還元によって伸縮する導電性高分子成形品において、 導 電性高分子の伸縮率が長さ方向において 3 %以上である導電性高分子成形品。
1 8 . 電気化学的酸化還元によって伸縮する導電性高分子成形品において、 2 0秒間の 1酸化還元サイクルにおける伸縮率が長さ方向に 3 %以上である導電性 高分子成形品。
1 9 . 作動部、 対極及び電解質を含むァクチユエ一夕であって、 作動部が請求 の範囲第 1項の製造方法により得られた導電性高分子を含むァクチユエ一夕。
2 0 . 作動部、 対極及び電解質を含むァクチユエ一夕であって、 作動部が電気 化学的酸化還元によって伸縮し、 ァクチユエ一夕が長さ方向に 3 %以上伸縮する ことを特徴とするァクチユエ一タ。
2 1 . 作動部、 対極及び電解質を含むァクチユエ一夕であって、 作動部が電気 化学的酸化還元によって伸縮し、 2 0秒間の 1酸化還元サイクルにおけるァクチ ユエ一夕の伸縮率が長さ方向に 3 %以上であるァクチユエ一夕。
2 2 . 請求の範囲第 1 9項のァクチユエ一夕を用いた人工筋肉。
2 3 . 請求の範囲第 1 9項のァクチユエ一夕を駆動部に用いた位置決め装置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置、 または関節装置。
2 4 . 請求の範囲第 1 9項のァクチユエ一タを押圧部に用いた押圧装置。
2 5 . 電解重合法による導電性高分子の製造方法であって、
前記導電性高分子は電気化学的な酸化還元による伸縮性を有し、
前記電解重合法は、 トリフルォロメタンスルホン酸イオン及ぴ または中心原子 に対して結合するフッ素原子を複数含むァニオンを電解液中に含み、
前記電解重合法は、 導電性高分子が形成される作用電極として金属電極を用いる 導電性高分子の製造方法。
2 6 . 前記導電性高分子が分子鎖にピロール及びノまたはピロ一ル誘導体を含 む請求の範囲第 2 5項に記載の導電性高分子の製造方法。
2 7 . 請求の範囲第 2 5項の製造方法により得られた導電性高分子を樹脂成分 として含む導電性高分子。
2 8 . 請求の範囲第 2 5項の製造方法により得られた導電性高分子を樹脂成分 として含む導電性高分子成形品。
2 9 . 請求の範囲第 2 8項の導電性高分子成形品を駆動部に用いた位置決め装 置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導 装置、 または関節装置。
3 0 . 請求の範囲第 2 8項の導電性高分子成形品を押圧部に用いた押圧装置。
3 1 . 導電性高分子層と固体電解質層とを含む積層体であって、 前記導電性高 分子層が請求の範囲第 2 5項の製造方法により得られた導電性高分子を含む積層 体。
3 2 . 請求の範囲第 3 1項の積層体を駆動部に用いた位置決め装置、 姿勢制御 装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置、 また は関節装置。
3 3 . 請求の範囲第 3 1項の積層体を押圧部に用いた押圧装置。
3 4 . 作動部、 対極及び電解質を含むァクチユエ一夕であって、 作動部が請求 の範囲第 2 5項の製造方法により得られた導電性高分子を含むァクチユエ一夕。
3 5 . 請求の範囲第 3 4項のァクチユエ一夕を用いた人工筋肉。
3 6 . 請求の範囲第 3 4項のァクチユエ一夕を駆動部に用いた位置決め装置、 姿勢制御装置、 昇降装置、 搬送装置、 移動装置、 調節装置、 調整装置、 誘導装置、 または関節装置。
3 7 . 請求の範囲第 3 4項のァクチユエ一タを押圧部に用いた押圧装置。
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