JPH09293913A - 機能性高分子素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の圧電素子に代わる新規な素子であって、
その微細化が容易なものを提供する。 【解決手段】金属膜１１の上に導電性ポリマー膜１２と
電解質膜１３とを積層し、その上に電極１４を設けて機
能性高分子素子１０を構成し、電圧の印加により導電性
ポリマー膜１２と電解質膜１３との間でイオンの授受を
行なわせて導電性ポリマー膜１２の体積を変化させ、そ
の体積変化により金属膜１１を前記導電性ポリマー膜１
２とともに撓み変形させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電圧の印加によ
ってイオンに授受を行なう機能性高分子素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電圧の印加によって機能する素子
としては、圧電素子があり、この圧電素子は、その撓み
変形力で他の物体の駆動などを行なうアクチュエータな
どに利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記圧電素子
は、その微細化による高密度実装が極めて困難であっ
た。この発明は、従来の圧電素子等に代わる、微細化が
容易な新規な機能性高分子素子を提供することを目的と
したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の機能性
高分子素子は、金属膜上に導電性ポリマー膜と電解質膜
とを積層してなり、電圧の印加により前記導電性ポリマ
ー膜と前記電解質膜との間でのイオンの授受を行なうこ
とを特徴とするものであり、この機能性高分子素子は、
電圧の印加により、導電性ポリマー膜と電解質膜との積
層膜の間でイオンの授受を行なうものであるから、微細
化が容易である。

【０００５】また、この発明の第２の機能性高分子素子
は、金属膜上に導電性ポリマーに電解物質を分散させた
電解質分散ポリマー膜を固着してなり、電圧の印加によ
る前記導電性ポリマーと電解物質との間でのイオンの授
受を行なうことを特徴とするものであり、この機能性高
分子素子は、電圧の印加により、電解質分散ポリマー膜
内でのイオンの授受、つまり導電性ポリマーと電解物質
との間でイオンの授受を行なうものであるから、微細化
が容易である。

【０００６】

【発明の実施の形態】上記第１の機能性高分子素子が、
前記イオンの授受により前記導電性ポリマー膜が体積変
化し、その体積変化により前記金属膜が前記導電性ポリ
マー膜とともに撓み変形するものであれば、その撓み変
形力を他の物体の駆動などに利用することができる。

【０００７】また、この機能性高分子素子において、前
記導電性ポリマー膜と電解質膜との界面は、その両方の
膜の成分が混在した組成であり、その組成比が前記導電
性ポリマー膜と電解質膜との間で連続的に変化している
のが望ましい。

【０００８】また、この機能性高分子素子においては、
前記金属膜に電圧印加電極を兼ねさせるとともに、前記
導電性ポリマー膜と電解質膜の積層膜の上に、この積層
膜をはさんで前記金属膜と対向する電極を設け、前記金
属膜と前記電極との間に電圧を印加するのが望ましい。
さらに、前記導電性ポリマー膜と電解質膜は、その両方
を極く薄い膜とし、これらの膜を複数層ずつ交互に積層
してもよい。

【０００９】上記第２の機能性高分子素子においては、
前記金属膜に電圧印加電極を兼ねさせるとともに、前記
電解質分散ポリマー膜の上に、このポリマー膜をはさん
で前記金属膜と対向する電極を設け、前記金属膜と前記
電極との間に電圧を印加するのが望ましい。

【００１０】

【実施例】図１〜図４はこの発明の第１の実施例を示し
ており、図１および図２は機能性高分子素子の側面図お
よび平面図である。この実施例の機能性高分子素子１０
は、電圧印加電極を兼ねる金属膜１１の上にそのほぼ全
面にわたって導電性ポリマー膜１２を固着状態で積層
し、この導電性ポリマー膜１２の上に電解質膜１３を固
着状態で積層するとともに、前記導電性ポリマー膜１２
と電解質膜１３との積層膜の上に、前記積層膜をはさん
で前記金属膜１１と対向する電極１４を設けたものであ
る。

【００１１】上記金属膜１１は、柔軟な曲げ性をもつよ
うに極薄に形成された溶液中で電気化学的に不活性な金
等の金属薄板からなっており、機能性高分子素子の用途
に応じて選択される外形および大きさを有している。

【００１２】また、上記導電性ポリマー膜１２は、例え
ば、Ｐｙ（ピロール）にＤＢＳ（ドデシルベンゼンサル
ファネート）を混入したモノマー溶液に上記金属膜１１
の表面を浸し、この金属膜１１を電極とする電界重合に
より、前記金属膜１１面に、ＰＰｙ（ポリピロール）に
ＤＢＳをドープしたコンダクティングポリマーからなる
導電性ポリマー膜を生成する方法で形成されている。

【００１３】さらに、上記電解質膜１３は、例えばポリ
オキシエチレン等に代表されるイオン伝導性ポリマーの
溶液を上記導電性ポリマー膜１２の上に塗布することに
より形成されている。

【００１４】また、前記導電性ポリマー膜１２と電解質
膜１３との界面は、その両方の膜１２，１３の成分が混
在した組成となっており、その組成比が導電性ポリマー
膜１２と電解質膜１３との間で連続的に変化している。

【００１５】図３は前記導電性ポリマー膜１２と電解質
膜１３の界面付近の組成比を示しており、これらの膜１
２，１３の界面部以外での組成比はそれぞれ１００％で
あるが、界面部では、導電性ポリマー膜１２の組成比が
電解質膜１３に近づくのにともなって少なくなり、電解
質膜１３の組成比が導電性ポリマー膜１２に近づくのに
ともなって少なくなっている。

【００１６】この機能性高分子素子１０は、導電性ポリ
マー膜１２と電解質膜１３をはさんで対向する金属膜１
１と電極１４との間にパルス電圧を印加することによっ
て駆動されるものであり、その印加電圧は撓み変形制御
部１５から供給される。

【００１７】この撓み変形制御部１５は、前記金属膜１
１と電極１４との間に印加するパルス電圧の極性と電圧
値を制御するものであり、金属膜１１と電極１４との間
に一方の極性の電圧を印加すると、導電性ポリマー膜１
２から印加電圧値に応じた量のイオンが電解質膜１３に
移動し、そのイオン放出によって導電性ポリマー膜１２
の体積が変化する。

【００１８】また、前記金属膜１１と電極１４との間に
他方の極性の電圧を印加すると、電解質膜１３から導電
性ポリマー膜１２に印加電圧値に応じた量のイオンがド
ープされ、導電性ポリマー膜１２の体積がイオン放出時
とは逆に変化する。

【００１９】この導電性ポリマー膜１２のイオン放出時
およびドープ時の体積の変化量は、印加電圧値、つまり
導電性ポリマー膜１２からのイオンの放出量およびドー
プ量に対応する。

【００２０】そして、導電性ポリマー膜１２と電解質膜
１３との間でのイオンの授受により導電性ポリマー膜１
２の体積が変化すると、その体積変化により金属膜１１
が導電性ポリマー膜１２とともに撓み変形し、それによ
って機能性高分子素子１０がそのほぼ全体にわたって撓
み変形する。

【００２１】すなわち、上記導電性ポリマー膜１２は、
電圧の印加によるイオンの放出およびドープによって膨
脹収縮するが、導電性ポリマー膜１２が固着状態で積層
されている金属膜１１は電圧を印加しても膨脹収縮しな
いため、導電性ポリマー膜１２が膨脹すると、金属膜１
１が導電性ポリマー膜１２とともにその表面方向に円弧
状に膨らむように撓み変形し、機能性高分子素子１０が
図１に鎖線で示すように撓み変形する。また、導電性ポ
リマー膜１２が収縮すると、金属膜１１が導電性ポリマ
ー膜１２とともに金属膜１１の裏面方向に円弧状に膨ら
むように撓み変形し、機能性高分子素子１０が逆方向に
撓み変形する。

【００２２】この機能性高分子素子１０の撓み変形特性
は、前記導電性ポリマー膜１２の物性によって異なり、
例えば導電性ポリマー膜１２が、イオン放出により膨脹
し、イオンドープによって収縮する物性のものである場
合は、導電性ポリマー膜１２からイオンを放出させる極
性の電圧を印加したときに、機能性高分子素子１０が導
電性ポリマー膜１２の表面方向に膨らむように撓み変形
し、逆極性の電圧を印加したときに金属膜１１の裏面方
向に膨らむように撓み変形する。

【００２３】また、導電性ポリマー膜１２が、イオン放
出により縮小し、イオンドープによって膨脹する物性の
ものである場合は、導電性ポリマー膜１２からイオンを
放出させる極性の電圧を印加したときに、機能性高分子
素子１０が金属膜１１の裏面方向に膨らむように撓み変
形し、逆極性の電圧を印加したときに導電性ポリマー膜
１２の表面方向に膨らむように撓み変形する。

【００２４】なお、上記導電性ポリマー膜１２と電解質
膜１３との間でのイオンの授受効率は、その両方の膜１
２，１３の界面の状態によって左右されるが、前記界面
を、両方の膜１２，１３の成分が混在した組成とすると
ともに、その組成比を導電性ポリマー膜１２と電解質膜
１３との間で連続的に変化させておけば、前記導電性ポ
リマー膜１２と電解質膜１３との間でのイオンの授受が
スムーズに行なれるため、上記機能性高分子素子１０は
電圧の印加に対して応答性良く撓み変形する。

【００２５】さらに、この実施例では、上記電解質膜１
３とその表面に形成した電極１４とを複数に分割し、電
解質膜１３と電極１４が機能性高分子素子１０の撓み変
形に対して抵抗となる度合を小さくしている。

【００２６】この電解質膜１３と電極１４の分割パター
ンとしては、様々なパターンが考えられるが、例えば平
面形状の横長な機能性高分子素子の場合は、幅方向の撓
み変形量に比べて長さ方向の撓み変形量が大きいため、
前記電解質膜１３と電極１４とを、図１および図２に示
したように撓み変形量が大きい方向（機能性高分子素子
の長さ方向）において複数に分割するのが好ましい。

【００２７】また、機能性高分子素子の平面形状が円形
である場合は、電解質膜１３と電極４を同心円状のパタ
ーンに分割するのが望ましく、このようにすれば、全周
方向への撓み変形に対する抵抗を小さくすることができ
る。

【００２８】このように電解質膜１３と電極１４を複数
に分割する場合は、図１のように分割した各電極１４を
それぞれ撓み変形制御部１５に接続するか、あるいは、
各分割電極１４をリード線等により共通接続して、その
うちの１つの電極を前記撓み変形制御部１５に接続すれ
ばよい。

【００２９】ただし、機能性高分子素子１０に要求され
る撓み変形量が小さい場合は、その撓み変形に対する電
解質膜１３と電極１４の抵抗はほとんど問題にならない
ため、これらを分割する必要はない。

【００３０】また、機能性高分子素子１０に要求される
撓み変形量が大きくても、電解質膜１３が伸縮性をもっ
ている場合は、電解質膜１３を分割する必要はなく、さ
らに、電極１４が導電性ゴム等のような伸縮性を有する
電極や極薄の薄膜電極である場合は、電極１４を分割し
なくてもよい。

【００３１】上記機能性高分子素子１０は、金属膜１１
上に導電性ポリマー膜１２と電解質膜１３とを積層して
なり、電圧の印加により前記導電性ポリマー膜１２と前
記電解質膜１３との間でのイオンの授受を行なうもので
あるから、微細化が容易である。

【００３２】そして、この機能性高分子素子１０は、電
圧の印加により、導電性ポリマー膜１２と電解質膜１３
との積層膜の間でイオンの授受を生じて撓み変形するも
のであるから、その撓み変形力を他の物体の駆動などに
利用することができる。

【００３３】すなわち、上記金属膜１１と導電性ポリマ
ー膜１２の撓み変形だけを考えれば、前記電解質膜１３
がなくても、金属膜１１と導電性ポリマー膜１２との積
層体を電解液中に浸漬した状態で電圧を印加すれば、導
電性ポリマー膜１２と電解液との間でイオンの授受が生
じて導電性ポリマー膜１２の体積が変化し、前記積層体
が撓み変形する。

【００３４】しかし、このように電解液中で金属膜１１
と導電性ポリマー膜１２との積層体を撓み変形させるの
では、その撓み変形力を取り出すことが難しいため、そ
の力を他の物体の駆動などに利用することは困難であ
る。

【００３５】その点、上記機能性高分子素子１０は、導
電性ポリマー膜１２に、この導電性ポリマー膜１２との
間でイオンの授受を行なう電解質膜１３を積層したもの
であるため、電解液中に浸漬することなく空間で撓み変
形させることができ、したがって、その撓み変形力を他
の物体の駆動などに利用することができる。

【００３６】上記機能性高分子素子１０は、流体の加圧
や減圧や、傾き回動部材の駆動等に用いるアクチュエー
タなどとして利用できるものであり、その両端または周
囲を拘束した状態で使用すると、図４の（ａ）のように
中央部が表裏面方向に膨らみ変形するダイヤフラム型ア
クチュエータとして動作し、また一端を拘束した状態で
使用すると、図４の（ｂ）のように自由端側が表裏面方
向に彎曲変形するフラップ型アクチュエータとして動作
する。

【００３７】図５および図６は、インクジェット方式の
プリンタに用いるインクジェットノズルのダイヤフラム
型アクチュエータに上記機能性高分子素子１０を利用し
た例を示している。

【００３８】このインクジェットノズルは、後面が開口
するインクタンク１内を可撓性隔膜２によって前面側の
インク室３と後面側の圧力室４とに仕切り、前記圧力室
４の後面の開口部に上記機能性高分子素子１０からなる
ダイヤフラム型アクチュエータをその周囲をインクタン
ク１に気密状態に固定して取付けるとともに、前記イン
ク室３の前面にノズル管５を設け、インク室３の側面に
逆止弁を備えたインク補給口６を設けたものであり、前
記インク補給口６には図示しないインク供給管が接続さ
れている。

【００３９】なお、上記ダイヤフラム型アクチュエータ
として用いた機能性高分子素子１０は、その平面形状が
上記圧力室４の後面の開口部に対応する形状のものであ
り、電解質膜１３と電極１４の分割パターンは異なる
が、基本的な構成は図１および図２に示したものと同じ
である。

【００４０】上記インクジェットノズルは、上記機能性
高分子素子１０の撓み変形によってノズル管５からのイ
ンク噴射とインク室３内へのインク補給を行なうもので
あり、機能性高分子素子１０にいずれかの極性の電圧を
印加すると、この機能性高分子素子１０が内側に膨らむ
ように撓み変形して圧力室４内の気圧が上昇し、それに
より可撓性隔膜２がインク室３側に撓み変形してインク
室３内が加圧され、その圧力でノズル管５の先端からイ
ンクａが噴射する。

【００４１】また、上記機能性高分子素子１０に逆極性
の電圧を印加すると、この機能性高分子素子１０が外側
に膨らむように撓み変形し、圧力室４内の気圧低下によ
り可撓性隔膜２が圧力室４側に撓み変形してインク室３
内が負圧になり、インク補給口６からインク室３にイン
クａが補給される。

【００４２】さらに、上記インクジェットノズルは、ノ
ズル管５の角度を変化させてインクａの噴射方向を調整
する機能を備えている。すなわち、図５に示したインク
ジェットノズルは、ノズル管５の外周に、細長い機能性
高分子素子１０ａをスパイラル状に巻き付けたものであ
り、このスパイラル状機能性高分子素子１０ａを電圧の
印加により撓み変形させて、ノズル管５の角度を変化さ
せるようにしたものである。

【００４３】また、図６に示したインクジェットノズル
は、ノズル管５の外周の複数箇所に、このノズル管５の
長さ方向に沿わせて細長い機能性高分子素子１０ｂを貼
り付けたものであり、前記機能性高分子素子１０ｂを電
圧の印加により撓み変形させて、ノズル管５の角度を変
化させるようにしたものである。

【００４４】なお、上記ノズル管５に設けた機能性高分
子素子１０ａ，１０ｂは、基本的な構成が図１および図
２に示したものと同じであって、それを細長い線状に形
成したものであるが、この機能性高分子素子１０ａ，１
０ｂに要求される撓み変形量は僅かであるため、これら
の機能性高分子素子１０ａ，１０ｂでは、電解質膜およ
び電極を分割していない。

【００４５】図７はこの発明の第２の実施例を示す機能
性高分子素子の一部分の拡大断面図である。この実施例
の機能性高分子素子２０は、電圧印加電極を兼ねる金属
膜２１の上に、導電性ポリマー膜２２と伸縮性を有する
電解質膜２３とを複数層ずつ（ここでは３層ずつ）交互
に積層した積層膜を固着状態で設け、この積層膜の上に
電極２４を形成したものであり、各導電性ポリマー膜２
２と各電解質膜２３は、いずれも極く薄い厚さに形成さ
れている。

【００４６】この機能性高分子素子２０は、上記金属膜
２１と電極２４との間への電圧の印加による導電性ポリ
マー膜２２と電解質膜２３との間でのイオンの授受によ
って前記導電性ポリマー膜２２が体積を変え、その体積
変化により金属膜２１が導電性ポリマー膜２２と電解質
膜２３との積層膜とともに撓み変形するものである。

【００４７】この機能性高分子素子２０においても、各
導電性ポリマー膜２２と各電解質膜２３との界面を、両
方の膜２２，２３の成分が混在した組成とするとともに
その組成比を連続的に変化させておけば、導電性ポリマ
ー膜２２と電解質膜３３との間でのイオン交換をスムー
ズにして、機能性高分子素子２０を電圧の印加に対して
応答性良く撓み変形させることができる。

【００４８】そして、この実施例の機能性高分子素子２
０によれば、導電性ポリマー膜２２と電解質膜２３とを
複数層ずつ交互に積層しているため、導電性ポリマー膜
２２と電解質膜２３との界面の総面積が大きく、したが
って、導電性ポリマー膜２２と電解質膜３３との間での
単位時間当たりのイオン授受量を増大させることができ
る。

【００４９】しかも、この実施例では、上記導電性ポリ
マー膜２２と電解質膜２３とを極く薄い厚さに形成して
いるため、これらの間でのイオンの移動距離が短く、し
たがって、導電性ポリマー膜２２と電解質膜３３との間
でのイオンの授受を短時間で行なわせて、単位時間当た
りのイオン授受量を増大させることができるから、電圧
の印加に対する機能性高分子素子２０の応答性をさらに
良くすることができる。

【００５０】図８〜図１０はこの発明の第３の実施例を
示しており、図８は機能性高分子素子の側面図である。
この実施例の機能性高分子素子３０は、電圧印加電極を
兼ねる金属膜３１の上にそのほぼ全面にわたって、導電
性ポリマーに電解物質を分散させた電解質分散ポリマー
膜３２を固着状態で積層し、その上に、前記電解質分散
ポリマー膜３２をはさんで前記金属膜３１と対向する電
極３３を設けたものである。

【００５１】図９は上記電解質分散ポリマー膜３２の構
造を模式的に示した図であり、この電解質分散ポリマー
膜３２は、導電性ポリマー（例えばＰＰｙにＤＢＳをド
ープしたコンダクティングポリマー）の主鎖のネットワ
ーク中に電解物質が閉じ込められた構造をなしている。

【００５２】この電解物質は、解離度が大きいイオンと
高粘性溶媒との混合物、解離度が大きいイオンとイオン
伝導性ポリマーとの混合物、解離度が大きいイオンとイ
オン伝導性オリゴマーとの混合物などである。

【００５３】図１０は上記電解質分散ポリマー膜３２の
形成方法を示す各形成工程での断面図であり、この電解
質分散ポリマー膜３２は次のようにして形成する。ま
ず、図１０の（ａ）に示すように、上記金属膜３１の上
に、ある種の溶媒には可溶であるが導電性ポリマーのモ
ノマー溶液には不溶であるポリマーからなる多孔質の仮
被膜Ａを、通常の多孔質膜形成法と同様な方法で形成す
る。

【００５４】次に、上記仮被膜Ａを導電性ポリマーのモ
ノマー溶液に浸漬して、このモノマー溶液を仮被膜Ａの
孔部に充填し、その後、前記モノマー溶液をポリマー化
して、図１０の（ｂ）に示すように、仮被膜Ａの孔部内
に導電性ポリマー層３２ａを形成する。

【００５５】次に、上記仮被膜Ａをそれが可溶性を示す
溶媒を用いて除去し、図１０の（ｃ）に示すような、前
記仮被膜Ａとは逆の断面構造をもつ多孔質の導電性ポリ
マー層３２ａを得る。

【００５６】次に、上記多孔質の導電性ポリマー層３２
ａを、電解物質（解離度が大きいイオンと高粘性溶媒と
の混合物、解離度が大きいイオンとイオン伝導性ポリマ
ーとの混合物、解離度が大きいイオンとイオン伝導性オ
リゴマーとの混合物など）の溶液に浸漬して、その溶液
を前記導電性ポリマー層３２ａの孔部に充填し、この導
電性ポリマー層３２ａの孔部内に電界物質層３２ｂを形
成して、電解質分散ポリマー膜３２を完成する。

【００５７】この実施例の機能性高分子素子３０は、電
解質分散ポリマー膜３２をはさんで対向する金属膜３１
と電極３３との間に例えばパルス電圧を印加することに
よって駆動されるものであり、その印加電圧は撓み変形
制御部３４から供給される。

【００５８】この撓み変形制御部３４は、前記金属膜３
１と電極３３との間に印加するパルス電圧の極性と電圧
値を制御するものであり、金属膜３１と電極３３との間
に一方の極性の電圧を印加すると、電解質分散ポリマー
膜３２中において導電性ポリマー層３２ａから電界物質
層３２ｂに印加電圧値に応じた量のイオンが放出され、
電解質分散ポリマー膜３２の体積が変化する。

【００５９】また、前記金属膜３１と電極３３との間に
他方の極性の電圧を印加すると、電解質分散ポリマー膜
３２中において電界物質層３２ｂから導電性ポリマー層
３２ａに印加電圧値に応じた量のイオンがドープされ、
電解質分散ポリマー膜３２の体積が、上記導電性ポリマ
ー層３２ａからのイオン放出時とは逆に変化する。

【００６０】この電解質分散ポリマー膜３２の体積の変
化量は、印加電圧値、つまり導電性ポリマー層３２ａか
らのイオンの放出量およびドープ量に対応する。そし
て、上記導電性ポリマー層３２ａと電解物質層３２ｂと
の間でのイオンの授受によって電解質分散ポリマー膜３
２の体積が変化すると、その体積変化により金属膜３１
が電解質分散ポリマー膜３２とともに撓み変形し、それ
によって機能性高分子素子３０がそのほぼ全体にわたっ
て撓み変形する。

【００６１】この機能性高分子素子３０の撓み変形特性
は、上記電解質分散ポリマー膜３２の導電性ポリマー層
３２ａの物性によって異なり、例えば導電性ポリマー層
３２ａが、イオン放出により膨脹し、イオンドープによ
って収縮する物性のものである場合は、導電性ポリマー
層３２ａからイオンを放出させる極性の電圧を印加した
ときに、機能性高分子素子３０が電解質分散ポリマー膜
３２の表面方向に膨らむように撓み変形し、逆極性の電
圧を印加したときに金属膜３１の裏面方向に膨らむよう
に撓み変形する。

【００６２】また、上記導電性ポリマー層３２ａが、イ
オン放出により縮小し、イオンドープによって膨脹する
物性のものである場合は、導電性ポリマー層３２ａから
イオンを放出させる極性の電圧を印加したときに、機能
性高分子素子３０が金属膜３１の裏面方向に膨らむよう
に撓み変形し、逆極性の電圧を印加したときに電解質分
散ポリマー膜３２の表面方向に膨らむように撓み変形す
る。

【００６３】なお、この実施例では、電解質分散ポリマ
ー膜３２の表面に形成した電極３３を複数に分割し、こ
の電極３３が機能性高分子素子３０の撓み変形に対して
抵抗となる度合を小さくしている。

【００６４】ただし、機能性高分子素子３０に要求され
る撓み変形量が小さい場合は、その撓み変形に対する電
極３３の抵抗はほとんど問題にならないため、この電極
３３を分割する必要はなく、また、機能性高分子素子３
０に要求される撓み変形量が大きくても、電極３３が導
電性ゴム等のような伸縮性を有する電極や極薄の薄膜電
極である場合は、電極３３を分割しなくてもよい。

【００６５】上記機能性高分子素子は、金属膜３１上に
導電性ポリマーに電解物質を分散させた電解質分散ポリ
マー膜３２を固着してなり、電圧の印加による前記導電
性ポリマーと電解物質との間でのイオンの授受を行なう
ものであるから、微細化が容易である。

【００６６】そして、この機能性高分子素子３０は、電
圧の印加により、電解質分散ポリマー膜３２内でのイオ
ンの授受、つまり導電性ポリマー層３２ａと電解物質層
３２ｂとの間でイオンの授受を生じて撓み変形するもの
であるから、上述した第２の実施例の機能性高分子素子
１０と同様に、その撓み変形力を他の物体の駆動などに
利用することができる。

【００６７】すなわち、この実施例の機能性高分子素子
３０も、流体の加圧や減圧や、傾き回動部材の駆動等に
用いるアクチュエータなどとして利用できるものであ
り、その両端または周囲を拘束した状態で使用すると、
中央部が表裏面方向に膨らみ変形するダイヤフラム型ア
クチュエータとして動作し、また一端を拘束した状態で
使用すると、自由端側が表裏面方向に彎曲変形するフラ
ップ型アクチュエータとして動作する。

【００６８】なお、上述した第１、第２および第３の実
施例では、導電性ポリマー膜１２と電解質膜１３との積
層膜の上、または電解質分散ポリマー膜３２の上に、印
加するための電極１４，２４，３３を設けているが、機
能性高分子素子１０，２０，３０を、その撓み変形力で
駆動する被駆動体に当接させて使用する場合は、前記電
極１４，２４，３３を無くして前記積層膜または電解質
分散ポリマー膜３２の表面を被駆動体に当接させ、この
被駆動体を電極として、機能性高分子素子１０，２０，
３０の金属膜１１，２１，３１と前記被駆動体との間に
電圧を印加するようにしてもよい。

【００６９】また、上記第１〜第３の実施例の機能性高
分子素子は、導電性ポリマー膜と電解質膜との間でのイ
オンの授受による導電性ポリマー膜の体積変化により撓
み変形という機械的作用を起こす撓み変形素子として使
用されるものであるが、この発明の機能性高分子素子
は、前記実施例のものに限らず、導電性ポリマー膜と電
解質膜との間でのイオンの授受により膜自体の光透過性
や誘電率等の物性が変化するような、機械的な素子以外
の例えば光シャッタや各種センサ等に適用することも可
能である。

【００７０】

【発明の効果】この発明の第１の機能性高分子素子は、
金属膜上に導電性ポリマー膜と電解質膜とを積層してな
り、電圧の印加により前記導電性ポリマー膜と前記電解
質膜との間でのイオンの授受を行なうものであるから、
微細化が容易である。

【００７１】この第１の機能性高分子素子が、前記イオ
ンの授受により前記導電性ポリマー膜が体積変化し、そ
の体積変化により前記金属膜が前記導電性ポリマー膜と
ともに撓み変形するものであれば、その撓み変形力を他
の物体の駆動などに利用することができる。

【００７２】また、この第１の機能性高分子素子におい
て、前記導電性ポリマー膜と電解質膜との界面を、その
両方の膜の成分が混在した組成とするとともに、その組
成比を導電性ポリマー膜と電解質膜との間で連続的に変
化させておけば、前記導電性ポリマー膜と電解質膜との
間でのイオンの授受がスムーズに行なれるため、電圧の
印加に対する機能性高分子素子の応答性を良くすること
ができる。

【００７３】さらに、上記第１の機能性高分子素子にお
いて、前記導電性ポリマー膜と電解質膜とをいずれも極
く薄い膜とし、これらの膜を複数層ずつ交互に積層して
おけば、導電性ポリマー膜と電解質膜との界面の総面積
を大きするとともに、イオンの移動距離を短くして、単
位時間当たりのイオン授受量を増大させ、電圧の印加に
対する機能性高分子素子の応答性をさらに良くすること
ができる。

【００７４】また、この発明の第２の機能性高分子素子
は、金属膜上に導電性ポリマーに電解物質を分散させた
電解質分散ポリマー膜を積層してなり、電圧の印加によ
り、電解質分散ポリマー膜内でのイオンの授受、つまり
導電性ポリマーと電解物質との間でイオンの授受を行な
うものであるから、微細化が容易である。

【００７５】この発明の第２の撓み変形素子が、前記イ
オンの授受による前記電解質分散ポリマー膜が体積変化
し、その体積変化により前記金属膜が電解質分散ポリマ
ー膜とともに撓み変形するものであれば、その撓み変形
力を他の物体の駆動などに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す機能性高分子素
子の側面図。

【図２】上記機能性高分子素子の平面図。

【図３】導電性ポリマー膜と電解質膜の界面付近の組成
比を示す図。

【図４】機能性高分子素子の変形状態を示す図。

【図５】インクジェットノズルのダイヤフラム型アクチ
ュエータに上記機能性高分子素子を利用した例を示す断
面図。

【図６】インクジェットノズルのダイヤフラム型アクチ
ュエータに上記機能性高分子素子を利用した他の例を示
す断面図。

【図７】この発明の第２の実施例を示す機能性高分子素
子の一部分の拡大断面図。

【図８】この発明の第３の実施例を示す機能性高分子素
子の側面図。

【図９】電解質分散ポリマー膜の構造を模式的に示した
図。

【図１０】電解質分散ポリマー膜の形成方法を示す各形
成工程での断面図。

【符号の説明】

１０，２０，３０…機能性高分子素子 １１，２１，３１…金属膜 １２，２２…導電性ポリマー膜 １３，２３…電解質膜 １４，２４…電極 ３２…電解質分散ポリマー膜 ３２ａ…導電性ポリマー層 ３２ｂ…電解物質層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属膜上に導電性ポリマー膜と電解質膜と
   を積層してなり、電圧の印加により前記導電性ポリマー
   膜と前記電解質膜との間でのイオンの授受を行なうこと
   を特徴とする機能性高分子素子。
2. 【請求項２】前記イオンの授受により前記導電性ポリマ
   ー膜が体積変化し、その体積変化により前記金属膜が前
   記導電性ポリマー膜とともに撓み変形することを特徴と
   する請求項１に記載の機能性高分子素子。
3. 【請求項３】前記導電性ポリマー膜と電解質膜との界面
   は、その両方の膜の成分が混在した組成であり、その組
   成比が前記導電性ポリマー膜と電解質膜との間で連続的
   に変化していることを特徴とする請求項１または２に記
   載の機能性高分子素子。
4. 【請求項４】前記金属膜が電圧印加電極を兼ねていると
   ともに、前記導電性ポリマー膜と電解質膜との積層膜の
   上に、この積層膜をはさんで前記金属膜と対向する電極
   が設けられており、前記金属膜と前記電極との間に電圧
   が印加されることを特徴とする請求項１または２に記載
   の機能性高分子素子。
5. 【請求項５】導電性ポリマー膜と電解質膜はいずれも極
   く薄い膜であり、これらの膜が複数層ずつ交互に積層さ
   れていることを特徴とする請求項１または４に記載の機
   能性高分子素子。
6. 【請求項６】金属膜上に導電性ポリマーに電解物質を分
   散させた電解質分散ポリマー膜を固着してなり、電圧の
   印加による前記導電性ポリマーと電解物質との間でのイ
   オンの授受を行なうことを特徴とする機能性高分子素
   子。
7. 【請求項７】前記金属膜が電圧印加電極を兼ねていると
   ともに、前記電解質分散ポリマー膜の上に、このポリマ
   ー膜をはさんで前記金属膜と対向する電極が設けられて
   おり、前記金属膜と前記電極との間に電圧が印加される
   ことを特徴とする請求項６に記載の機能性高分子素子。