导电性高分子致动器及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提高导电性高分子膜与固体电解质膜彼此之间的粘合性、可靠地完成弯曲型动作的导电性高分子致动器的动作。本发明专利技术的弯曲型导电性高分子致动器的特征在于：其是一种具有固体电解质膜和在上述固体电解质膜的至少一个面上的导电性高分子膜的叠层结构的导电性高分子致动器，其中，固体电解质膜由第一有机聚合物和离子液体的混合物构成，上述第一有机聚合物含有偏氟乙烯／六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、全氟磺酸／聚四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈中的至少一种以上，上述导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸的混合物构成，在上述导电性高分子膜表面以分散状态埋入有由聚乙烯基苯酚构成的第二有机聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够适用于家庭用机器人等的。特别是涉及利用电化学反应的致动器及其制造方法。
技术介绍
近年来，在医疗和家庭用的机器人领域中，小型且轻量、富有柔软性的致动器的必 要性逐渐增高。其原因在于，希望在家庭或办公室、医院等中帮助家务或帮助工作、以及帮 助护理老年人或残障人士等人的机器人活跃在人的周围，用于使该机器人动作的致动器要 求具有人的肌肉那样的性质(例如，即使接触也不会受伤的安全性和即使碰撞也不会觉得 疼痛的柔软性等)。 作为小型且轻量的致动器，静电引力型、压电型、超声波式和形状记忆合金式等已 经被实用化，然而，若使用无机材料，根据其动作原理不可能获得富有柔软性的致动器。因 此，近年来，在各方面广泛地进行通过使用高分子等的有机材料实现轻量且富有柔软性的 致动器的尝试。 例如，有利用电场使凝胶弯曲的致动器(专利文献1)、在介电性弹性体薄膜间施 加强电场而使其变形的致动器(非专利文献1)、通过氧化还原反应使导电性高分子伸縮的 致动器(专利文献2)等。 对利用电场使凝胶弯曲的方式的致动器而言，其产生应力小，若不连续施加电场 则不能保持弯曲性，因而存在消耗电力增多的问题。另外，对使用介电性弹性体薄膜的致动 器而言，变形需要施加数百 数千伏的高电压，在用于家庭用机器人的情况下，存在因电压 过高而有触电等危险性的问题。另一方面，利用伴随导电性高分子的氧化还原而产生的伸 縮的导电性高分子致动器，具有以下的特征具有比较简单的结构，容易实现小型化和轻量 化，富有柔软性，能够在数伏的低电压下驱动，产生应力也足够大。 利用导电性高分子的伸縮的弯曲型致动器，如图2所示，为在固体电解质膜的至 少一个面上叠层导电性高分子膜的结构。在图2中，201为致动器元件，202a、202b为导电 性高分子膜，203为固体电解质膜，204a、204b为电极。仅在固体电解质膜的一个面上叠层 导电性高分子膜的情况下，为了施加电压，在固体电解质膜的另一个面上形成金属电极薄 膜(对电极)。为了施加电压，有时也在导电性高分子膜上形成金属电极薄膜。并且，通过 在导电性高分子膜与对电极之间、或在导电性高分子膜间施加规定的电压，使叠层膜弯曲。 可以认为其弯曲的动作原理如下所述。即，通过施加电压，导电性高分子发生氧化还原，伴 随该反应，离子进入导电性高分子膜中或从其中取出。由于该离子的出入，导致导电性高分 子膜的体积发生变化，使其与不发生体积变化的固体电解质膜叠层，所以致动器发生弯曲。 在例如图2的结构中，在离子进入上侧的导电性高分子膜中、或离子从下侧的导电性高分 子膜中取出的情况下，致动器向下方弯曲；反之，在离子从上侧的导电性高分子膜中取出、 或离子进入下侧的导电性高分子膜中的情况下，致动器向上方弯曲。 作为致动器所使用的导电性高分子，有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物(专利文献2)。 对导电性高分子致动器而言，作为其动作原理，利用离子伴随着导电性高分子进 行电氧化还原而在导电性高分子膜中的出入，因此，为了进行动作，需要电解质作为离子供 给源，而且，为了使其在空气中动作，需要在室温附近的温度下具有足够的离子导电性的固 体电解质，近年研究制造出被命名为离子凝胶的材料。这种材料是使在离子液体中分散的 聚合物或单体的至少任意一种凝胶化、并在凝胶的三维网状结构中保持离子液体的材料， 其具有柔软性，并且在室温下达到10—S/cm，为现有的聚醚类高分子固体电解质的100倍以 上的值(非专利文献2)。 此外，作为与本专利技术关联的文献，可以列举专利文献3和专利文献4。 在专利文献3中，公开了一种高分子致动器设备。而且，在其图9及其说明中，公 开了一种包括控制电极A(参考符号203)、由导电性高分子构成的电解位移部A(参考符号 201)、电解质部(参考符号202)、由导电性高分子构成的电解位移部B(参考符号201') 和控制电极B(参考符号203')构成的高分子致动器设备。 并且，在专利文献3的0077段中，记载了作为导电性高分子优选聚噻吩的技术方案。在专利文献3的0078段中，公开了作为高分子固体电解质使用聚偏氟乙烯等氟类高分子或其共聚物的技术方案。并且，公开了可以在其基本骨架中导入磺酸。 在专利文献4中，公开了导电性高分子凝胶及其制造方法、致动器、离子导入用插入标记及生物电极。并且，在专利文献4的0069段(实施例7)中，公开了在聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚(乙烯磺酸)胶质分散液(简写为PEDOT/PSS)中添加乙醇的技术方案。 专利文献1 :日本特开平11-206162号公报 专利文献2 :日本特开2006-050780号公报 专利文献3 :日本特开2006-129541号公报 专利文献4 :日本特开2005-145987号公报 非专禾U文献1 :R. Pelrine， R. Kornbluh， Q. Pei and J. Jos印h :Science， 287， 836-839(2000) 非专利文献2j才》性液体-開発O最前線i未来-2003年(离子性液体-开 发的最前沿和未来，2003年)，大野弘幸主编，CMC出版
技术实现思路
虽然在现有的导电性高分子致动器中使用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物作 为导电性高分子，但是这些导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜彼此之间的 粘合性差。因此，在叠层导电性高分子膜和由离子凝胶构成的固体电解质膜形成弯曲型致 动器的情况下，存在当其动作时导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜剥离的 问题。 本专利技术的目的在于，提高导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜彼此 之间的粘合性，提供一种即使反复动作也不会劣化的弯曲型导电性高分子致动器。本专利技术 的目的还在于提供一种用于实现该致动器的制造方法。 用于解决上述问题的本专利技术涉及的弯曲型导电性高分子驱动器具有一对电极和 夹在上述一对电极之间的叠层结构， 上述叠层结构具有固体电解质膜和形成在上述固体电解质膜上的导电性高分子 膜， 上述固体电解质膜由第一有机聚合物和离子液体的混合物构成，上述第一有机聚 合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/聚四 氟乙烯(PTFE)共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PE0)、聚丙烯腈(PAN)中的 至少一种以上， 上述导电性高分子膜形成在上述固体电解质膜的至少一个面上，由聚乙烯二氧噻 吩(PED0T)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成， 在上述导电性高分子膜表面以分散状态埋入有由聚乙烯基苯酚(PVP)构成的第 二有机聚合物，并且， 上述固体电解质膜与上述导电性高分子膜表面的以分散状态埋入有上述第二有 机聚合物的面相接。 上述本专利技术涉及的弯曲型导电性高分子致动器的驱动方法包括 准备上述弯曲型导电性高分子致动器的工序；禾口 向上述一对电极施加电压的工序。 优选在上述固体电解质膜的两面形成有上述导电性高分子膜。 上述本专利技术涉及的弯曲型导电性高分子致动器的第一制造方法包括在基板上涂 布导电性高分子分散液或溶液，在上述分散液或溶液干燥而形成固体膜之前，采用散布、涂 布的方法以分散状态埋入由聚乙烯基苯酚(PVP)构成的第二有机聚合物的工序；禾口 将上述导电性高分子膜表面的以分散状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弯曲型导电性高分子致动器，其特征在于：该弯曲型导电性高分子致动器具有一对电极和夹在所述一对电极之间的叠层结构，所述叠层结构具有固体电解质膜和形成在所述固体电解质膜上的导电性高分子膜，所述固体电解质膜由第一有机聚合物和离子液体的混合物构成，所述第一有机聚合物含有偏氟乙烯／六氟丙烯共聚物［Ｐ（ＶＤＦ／ＨＦＰ）］、聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）、全氟磺酸／ＰＴＦＥ共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）、聚氧化乙烯（ＰＥＯ）、聚丙烯腈（ＰＡＮ）中的至少一种以上，所述导电性高分子膜形成在所述固体电解质膜的至少一个面上，由聚乙烯二氧噻吩（ＰＥＤＯＴ）和聚苯乙烯磺酸（ＰＳＳ）的混合物构成，在所述导电性高分子膜表面以分散状态埋入有由聚乙烯基苯酚（ＰＶＰ）构成的第二有机聚合物，并且，所述固体电解质膜与所述导电性高分子膜表面的以分散状态埋入有所述第二有机聚合物的面相接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：工藤祐治，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]