JPH09302246A - 機能性高分子素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電圧の印加により機能するものであって、微細
化が容易な機能性高分子素子を提供する。 【解決手段】金属膜２面に、導電性高分子の主鎖３ａの
向きがほぼ同じ方向に揃っている導電性ポリマー膜３を
積層して機能性高分子素子１を構成し、その金属膜２
と、前記導電性ポリマー膜３およびそれに隣接する電解
質層（電解液または電解質膜）を介して前記金属膜２と
対向する電極との間に電圧を印加することにより、前記
導電性ポリマー膜３と電解質層との間でイオンの授受を
行なわせて導電性ポリマー膜３の体積を変化させ、その
体積変化により金属膜２を前記導電性ポリマー膜３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
るイオンの授受に基づき種々の機能を発揮する機能性高
分子素子およびその製造方法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、物体の駆
動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、電圧の印加により機能するものであっ
て、微細化が容易な機能性高分子素子を提供するととも
に、あわせてその製造方法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】この発明の機能性高分子
素子は、金属膜面に、導電性高分子の主鎖の向きがほぼ
同じ方向に揃っている導電性ポリマー膜を積層してな
り、電圧の印加により前記導電性ポリマー膜とそれに隣
接する電解質層との間でのイオンの授受を行なって機能
することを特徴とするものであり、この機能性高分子素
子は、電圧の印加によりイオンの授受を行なって機能す
るものであるから、その微細化が容易であり、しかも前
記導電性ポリマー膜が、その導電性高分子の主鎖の向き
がほぼ同じ方向に揃った構造をなしているため、再現性
がよく、変形量も大きい機能特性を得ることができる。

【０００５】また、この発明の機能性高分子素子の製造
方法は、導電性ポリマーからなる原料を蒸発させてその
蒸発ガスをイオン化するか、または、導電性ポリマーあ
るいは導電性高分子のモノマーまたはオリゴマーの溶液
をスプレイしてその噴射霧をイオン化し、前記金属膜へ
の電圧の印加により前記イオンを前記金属膜面に吸着さ
せて、前記導電性ポリマー膜を形成することを特徴とす
るものであり、この製造方法によれば、金属膜面に導電
性高分子の主鎖の向きがほぼ同じ方向に揃っている導電
性ポリマー膜を積層した前記機能性高分子素子を得るこ
とができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明の機能性高分子素子にお
いて、前記導電性ポリマー膜が、イオンの授受により体
積が変化するものであれば、この機能性高分子素子を、
前記導電性ポリマー膜の面方向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撓み
変形素子として用いることができる。

【０００７】その場合、前記導電性ポリマー膜が、導電
性高分子の主鎖の向きが前記金属膜面に対してほぼ垂直
な方向に揃った構造をなしていれば、この導電性ポリマ
ー膜のイオンの授受による体積の変化率が面方向におい
て大きくなるため、電圧の印加に対して機能性高分子素
子を効率良く撓み変形させることができる。

【０００８】また、この機能性高分子素子において、前
記電解質層は、電解物質を溶解した電解液であってもよ
く、その場合は、前記金属膜と、前記導電性ポリマー膜
および前記電解液を介して前記金属膜と対向する電極と
の間に電圧を印加することにより、前記導電性ポリマー
膜と前記電解液との間でのイオンの授受を行なわせるこ
とができる。

【０００９】さらに、前記電解質層は、前記導電性ポリ
マー膜に積層された電解物質からなる電解質膜であって
もよく、その場合は、前記金属膜と、前記導電性ポリマ
ー膜および前記電解質膜を介して前記金属膜と対向する
ように設けられた電極との間に電圧を印加することによ
り、前記導電性ポリマー膜と前記電解質膜との間でのイ
オンの授受を行なわせることができる。なお、この場合
は、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。

【００１０】また、この発明の機能性高分子素子の製造
方法において、前記金属膜面に吸着させるイオンが導電
性ポリマーのイオンである場合は、その被膜をそのまま
前記導電性ポリマー膜とすることができるし、また前記
イオンが導電性高分子のモノマーまたはオリゴマーのイ
オンである場合も、電界によりイオンを加速して金属膜
面に吸着させれば、モノマーまたはオリゴマーがポリマ
ー化し、前記導電性ポリマー膜が形成される。

【００１１】

【実施例】以下、この発明を、電圧の印加により撓み変
形する機能性高分子素子に適用した実施例を図面を参照
して説明する。図１および図２はこの発明の第１の実施
例による機能性高分子素子を示しており、図１は機能性
高分子の一部分の拡大断面図、図２は前記機能性高分子
素子の側面図である。

【００１２】この実施例の機能性高分子素子１は、柔軟
な曲げ性を有する極薄の金属薄板からなる金属膜２の一
面に、そのほぼ全面にわたって導電性ポリマー膜３を固
着状態で積層したものであり、前記金属膜２は、溶液中
で電気化学的に不活性な金属である金等からなってい
る。

【００１３】また、前記導電性ポリマー膜３は、イオン
の授受によってその体積が変化するものであり、この導
電性ポリマー膜３は、例えばＰＰｙ（ポリピロール）に
ＤＢＳ（ドデシルベンゼンサルファネート）をドープし
た導電性高分子からなっている。

【００１４】この導電性ポリマー膜３は、その導電性高
分子の主鎖３ａの向きが、導電性ポリマー膜３の全体に
わたってほぼ同じ方向に揃った構造をなしており、この
導電性高分子の主鎖３ａの向きは、前記金属膜２面に対
してほぼ垂直な方向にある。

【００１５】上記機能性高分子素子１は、導電性ポリマ
ーからなる原料を蒸発させてその蒸発ガスをイオン化す
るか、または、導電性ポリマーあるいは導電性高分子の
モノマーまたはオリゴマーの溶液をスプレイしてその噴
射霧をイオン化し、前記金属膜２への電圧の印加により
前記イオンを金属膜２面に吸着させて、前記導電性ポリ
マー膜３を形成する方法で製造することができる。

【００１６】図３は上記機能性高分子素子１の第１の製
造方法を示しており、この製造方法は、導電性ポリマー
からなる原料Ａを蒸発させてその蒸発ガスをイオン化
し、そのイオンを金属膜２面に吸着させる方法である。

【００１７】この製造方法は、前記金属膜２を、温度調
整機能を備えた図示しない移動治具に水平に保持し、こ
の金属膜２を一方向に定速で水平移動させながら、この
金属膜２の下面にその一端側から他端側に向かって順次
上記イオンを所定の厚さに堆積させてゆくものであり、
前記原料Ａは、前記金属膜２の移動路の下方に前記金属
膜２の幅方向（移動方向と直交する方向）に沿わせて配
置した横長の蒸発皿１０内において加熱により蒸発され
る。

【００１８】また、上記蒸発皿１０の上方には、前記金
属膜２の幅方向に沿う一対のイオン化電極１１ａ，１１
ｂが、前記金属膜２の移動方向に間隔をおいて配置され
ており、上記原料Ａからの蒸発ガスは、前記一対のイオ
ン化電極１１ａ，１１ｂの間に高圧電圧Ｖを印加するこ
とによってつくられる電界によりイオン化される。

【００１９】一方、上記金属膜２には、電源部１２から
イオン吸着電圧（直流電圧）が印加されており、前記一
対のイオン化電極１１ａ，１１ｂ間の電界によりイオン
化されたイオンは、金属膜２に印加されるイオン吸着電
圧により加速されて前記金属膜２面に吸着される。

【００２０】すなわち、この製造方法は、導電性ポリマ
ーからなる原料Ａを蒸発させてその蒸発ガスをイオン化
し、前記金属膜２へのイオン吸着電圧の印加により前記
イオンを金属膜２面に吸着させて導電性ポリマー膜３を
形成する方法であり、金属膜２面に形成される導電性ポ
リマー膜３の厚さは、金属膜２の移動速度と、原料Ａの
蒸発量およびそのイオン化率と、金属膜２に印加するイ
オン吸着電圧および金属膜２の温度等を制御することに
よって任意に選ぶことができる。

【００２１】この製造方法によれば、金属膜２面に導電
性高分子の主鎖３ａの向きがほぼ同じ方向に揃った構造
の導電性ポリマー膜３を積層した機能性高分子素子１を
得ることができ、さらに、前記金属膜２に印加するイオ
ン吸着電圧および金属膜２の温度等のパラメータを制御
することによって、導電性高分子の主鎖３ａの向きが金
属膜２面に対してほぼ垂直な方向に揃っている導電性ポ
リマー膜３を形成することができる。

【００２２】図４は上記機能性高分子素子１の第２の製
造方法を示しており、この製造方法は、導電性ポリマー
あるいは導電性高分子のモノマーまたはオリゴマーの溶
液をスプレイしてその噴射霧をイオン化し、そのイオン
を金属膜２面に吸着させる方法である。

【００２３】この製造方法は、前記金属膜２を、温度調
整機能を備えた図示しない移動治具に水平に保持し、こ
の金属膜２を一方向に定速で水平移動させながら、この
金属膜２の下面にその一端側から他端側に向かって順次
上記イオンを所定の厚さに堆積させてゆくものであり、
前記溶液は、前記金属膜２の移動路の下方に前記金属膜
２の幅方向（移動方向と直交する方向）に沿わせて配列
した複数のノズル１３からスプレイされる。

【００２４】また、上記ノズル１３の上方には、前記金
属膜２の幅方向に沿う一対のイオン化電極１１ａ，１１
ｂが、前記金属膜２の移動方向に間隔をおいて配置され
ており、上記噴射霧は、前記一対のイオン化電極１１
ａ，１１ｂの間に高圧電圧Ｖを印加することによってつ
くられる電界によりイオン化される。

【００２５】一方、上記金属膜２には、電源部１２から
イオン吸着電圧（直流電圧）が印加されており、前記一
対のイオン化電極１１ａ，１１ｂ間の電界によりイオン
化されたイオンは、金属膜２に印加されるイオン吸着電
圧により加速されて前記金属膜２面に吸着される。

【００２６】すなわち、この製造方法は、導電性ポリマ
ーあるいはそのモノマーまたはオリゴマーの溶液をスプ
レイしてその噴射霧をイオン化し、前記金属膜２へのイ
オン吸着電圧の印加により前記イオンを金属膜２面に吸
着させて導電性ポリマー膜３を形成する方法であり、金
属膜２面に形成される導電性ポリマー膜３の厚さは、金
属膜２の移動速度と、前記溶液の濃度とスプレイ量およ
びそのイオン化率と、金属膜２に印加するイオン吸着電
圧および金属膜２の温度等を制御することによって任意
に選ぶことができる。

【００２７】この製造方法によれば、金属膜２面に導電
性高分子の主鎖３ａの向きがほぼ同じ方向に揃った構造
の導電性ポリマー膜３を積層した機能性高分子素子１を
得ることができ、さらに、前記金属膜２に印加するイオ
ン吸着電圧および金属膜２の温度等のパラメータを制御
することによって、導電性高分子の主鎖３ａの向きが金
属膜２面に対してほぼ垂直な方向に揃っている導電性ポ
リマー膜３を形成することができる。

【００２８】なお、この図４に示した製造方法におい
て、ノズル１３からスプレイする溶液が導電性ポリマー
の溶液である場合、つまり金属膜２面に吸着させるイオ
ンが導電性ポリマーのイオンである場合は、その被膜を
乾燥させるだけで、そのまま導電性ポリマー膜３とする
ことができる。

【００２９】また、ノズル１３からスプレイする溶液が
導電性高分子のモノマーまたはオリゴマーの溶液、例え
ば、Ｐｙ（ピロール）にＤＢＳを混入したモノマーまた
はオリゴマーの溶液である場合は、金属膜２面にそれら
のイオンを加速して吸着させれば、吸着と同時にそのモ
ノマーまたはオリゴマーンがポリマー化し、上記導電性
ポリマー膜３を被着形成することができる。

【００３０】上記機能性高分子素子１は、電圧の印加に
より導電性ポリマー膜３とそれに隣接する電解質層との
間でのイオンの授受を行なって機能するものであり、前
記導電性ポリマー膜３がイオンの授受により体積が変化
するものであれば、この機能性高分子素子１を、前記導
電性ポリマー膜３の面方向の体積変化により前記金属膜
２が前記導電性ポリマー膜３とともに撓み変形する撓み
変形素子として用いることができる。

【００３１】また、前記電解質層としては、例えば電解
物質を溶解した電解液を利用すればよく、その場合は、
上記電極を前記機能性高分子素子１の導電性ポリマー膜
３面に対して間隙を存して対向させ、その間に電解液を
介在させるか、あるいは、電解液を封入した容器内に前
記機能性高分子素子１と上記電極とを互いに対向させて
配置すればよい。

【００３２】図２に示した状態は、機能性高分子素子１
の導電性ポリマー膜３面に対して、そのほぼ全面に対向
する面積の電極８を間隙を存して対向させ、その間に電
解液５を介在させた例である。

【００３３】この機能性高分子素子１は、その金属膜２
と、導電性ポリマー膜３および電解液７を介して前記金
属膜２と対向する電極８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６から供給される。

【００３４】この撓み変形制御部６は、上記金属膜２と
電極８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２と電極８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３から印加電
圧値に応じた量のイオンが電解液７中の電解物質に移動
し、そのイオン放出によって導電性ポリマー膜３の体積
が変化する。

【００３５】また、前記金属膜２と電極８との間に他方
の極性の電圧を印加すると、電解液７中の電解物質から
導電性ポリマー膜３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３の体積がイオン放出時
とは逆に変化する。

【００３６】この導電性ポリマー膜３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３からのイオンの放出量およびドープ量
に対応する。

【００３７】そして、導電性ポリマー膜３と電解液７と
の間でのイオンの授受により導電性ポリマー膜３の体積
が変化すると、その体積変化により金属膜２が導電性ポ
リマー膜３とともに撓み変形し、それによって機能性高
分子素子１がそのほぼ全体にわたって撓み変形する。

【００３８】すなわち、上記導電性ポリマー膜３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３が固着状態で積層され
ている金属膜２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３が膨脹収縮すると、金属膜２が
導電性ポリマー膜３とともに円弧状に撓み変形し、機能
性高分子素子１全体が図２に破線で示すように撓み変形
する。

【００３９】この機能性高分子素子１の撓み変形特性
は、前記導電性ポリマー膜３の物性によって異なり、例
えば導電性ポリマー膜３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３からイオンを放出させる極性の
電圧を印加したときに、導電性ポリマー膜３の表面が円
弧の外周面となる向きに撓み変形し、逆極性の電圧を印
加したときに、金属膜２の裏面が円弧の外周面となる向
きに撓み変形する。

【００４０】また、導電性ポリマー膜３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３からイオンを放出
させる極性の電圧を印加したときに、金属膜１１の裏面
が円弧の外周面となる向きに撓み変形し、逆極性の電圧
を印加したときに導電性ポリマー膜３の表面が円弧の外
周面となる向きに撓み変形する。

【００４１】上記イオンの授受による導電性ポリマー膜
３の体積の変化は、前記導電性ポリマー膜３の導電性高
分子主鎖３ａの間隔の変化であり、上記機能性高分子素
子１では、その導電性ポリマー膜３の導電性高分子主鎖
３ａの向きがほぼ同じ方向に揃った構造をなしているた
め、再現性のよい安定した機能特性を得ることができ
る。

【００４２】しかも、この実施例では、前記導電性ポリ
マー膜３が、導電性高分子主鎖３ａの向きが金属膜２面
に対してほぼ垂直な方向に揃った構造をなしているた
め、この導電性ポリマー膜３のイオンの授受による体積
の変化率は面方向において大きく、したがって、電圧の
印加に対して機能性高分子素子１を効率良く大きな変形
量で撓み変形させることができる。

【００４３】そして、上記機能性高分子素子１は、電圧
の印加により、導電性ポリマー膜３とそれに隣接する電
解質層（この実施例では電解液７）との間でのイオンの
授受を行なって撓み変形するように機能するものである
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。

【００４４】すなわち、上記機能性高分子素子１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２に鎖線で
示した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、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。

【００４５】図５および図６は、上記機能性高分子素子
１を、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利用し
た例を示している。

【００４６】このインクジェットノズルは、インクタン
ク２０内を可撓性隔膜２１によって前面側のインク室２
２と後面側の圧力室２３とに仕切り、前記インク室２２
の前面にノズル管２４を設け、このインク室２２の側面
に逆止弁を備えたインク補給口２５を設けるとともに、
前記圧力室２３の後面を上記機能性高分子素子１からな
るダイヤフラム型アクチュエータで構成したものであ
り、前記インク補給口２５には図示しないインク供給管
が接続されている。

【００４７】そして、図５に示したインクジェットノズ
ルでは、前記機能性高分子素子１を、その導電性ポリマ
ー膜３を圧力室２３の後方に向けて取り付け、この機能
性高分子素子１背後に電解液室２０ａを形成して、この
電解液室２０ａ内に電解液７を封入するとともに、前記
電解液室２０ａの後面壁の内面に、前記機能性高分子素
子１と対向する電極８を設けている。

【００４８】また、図６に示したインクジェットノズル
では、前記上記機能性高分子素子１を、その導電性ポリ
マー膜３を圧力室２３内に向けて取り付け、前記圧力室
２３内に電解液７を封入するとともに、前記可撓性隔膜
２１の圧力室２３側の面に、前記機能性高分子素子１と
対向する電極８を設けている。

【００４９】上記図５および図６に示したインクジェッ
トノズルは、いずれも、上記機能性高分子素子１の撓み
変形によってノズル管２４からのインク噴射とインク室
２２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１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１が圧力室２３側に膨らむように撓み変
形して圧力室２３内の圧力（図４では気圧、図５では電
解液圧）が上昇し、それにより可撓性隔膜２１がインク
室２２側に撓み変形してインク室２２内が加圧され、そ
の圧力でノズル管２４の先端からインクａが噴射する。

【００５０】また、上記機能性高分子素子１に逆極性の
電圧を印加すると、この機能性高分子素子１が反対側に
膨らむように撓み変形し、圧力室２３内の圧力低下によ
り可撓性隔膜２１が圧力室２３側に撓み変形してインク
室２２内が負圧になり、インク補給口２５からインク室
２２にインクａが補給される。

【００５１】なお、上記実施例の機能性高分子素子１
は、導電性ポリマー膜３に隣接する電解質層として電解
液５を用いるものであるが、前記電解質層は、前記導電
性ポリマー膜３に積層された電解物質からなる電解質膜
であってもよい。

【００５２】図７はこの発明の第２の実施例を示す機能
性高分子素子の側面図であり、この実施例の機能性高分
子素子１ａは、金属膜１の上にそのほぼ全面にわたって
導電性ポリマー膜３を固着状態で積層し、この導電性ポ
リマー膜３の上に電解質膜４を固着状態で積層するとと
もに、前記導電性ポリマー膜３と電解質膜４との積層膜
の上に、この積層膜をはさんで前記金属膜２と対向する
電極５を設けたものである。

【００５３】なお、上記金属膜２と導電性ポリマー膜３
は、上記第１の実施例のものと同じものであり、導電性
ポリマー膜３の導電性高分子の主鎖の向きは、ほぼ同じ
方向、例えば金属膜２面に対してほぼ垂直な方向に揃っ
ている。

【００５４】また、上記電解質膜４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３の上に塗布することにより形
成されている。

【００５５】なお、前記導電性ポリマー膜３と電解質膜
４との界面は、その両方の膜３，４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３と電
解質膜４との間で連続的に変化している。

【００５６】すなわち、前記導電性ポリマー膜３と電解
質膜４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３の組成比が電解
質膜４に近づくのにともなって少なくなり、電解質膜４
の組成比が導電性ポリマー膜３に近づくのにともなって
少なくなっている。

【００５７】この実施例の機能性高分子素子１ａは、そ
の金属膜２と、導電性ポリマー膜３および電解質膜４と
をはさんで前記金属膜２と対向する電極５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、前記パルス電圧の極性と電圧値を制御
する撓み変形制御部６から供給される。

【００５８】そして、この機能性高分子素子１ａにおい
ては、その金属膜２と、前記導電性ポリマー膜３および
前記電解質膜４を介して前記金属膜２と対向する電極５
との間に電圧を印加すると、前記導電性ポリマー膜３が
前記電解質膜４との間でのイオンの授受を行なって体積
を変え、その体積変化により金属膜２が導電性ポリマー
膜３とともに撓み変形し、それによって機能性高分子素
子１ａがそのほぼ全体にわたって撓み変形する。

【００５９】この場合、この実施例では、導電性ポリマ
ー膜３と電解質膜４との界面を、両方の膜３，４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
化させているため、導電性ポリマー膜３と電解質膜４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１ａ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。

【００６０】また、この実施例の機能性高分子素子１ａ
においても、前記導電性ポリマー膜３が、導電性高分子
主鎖の向きが金属膜２面に対してほぼ垂直な方向に揃っ
た構造をなしているため、この導電性ポリマー膜３のイ
オンの授受による体積の変化率は面方向において大き
く、したがって、電圧の印加に対して機能性高分子素子
１ａを効率良く撓み変形させることができる。

【００６１】そして、上記機能性高分子素子１ａは、電
圧の印加により、導電性ポリマー膜３とその上に積層し
た電解質膜５との間でのイオンの授受を行なって撓み変
形するように機能するものであるから、電解液を用いず
に動作させることができ、したがって、空間で使用する
ことが可能である。

【００６２】図８は、上記機能性高分子素子１ａを、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利用した例を示
している。

【００６３】このインクジェットノズルは、その構造は
図６に示したものと同じであるが、圧力室２３を空気室
としたものであり、前記圧力室２３の後面を構成する機
能性高分子素子１ａは金属膜２面と電極５面のうちの任
意の面を圧力室２３内に向けて取り付けられている。

【００６４】なお、この実施例の機能性高分子素子１ａ
は、導電性ポリマー膜３の上に電解質膜４を積層すると
ともに、その上に電極５を設けたものであるため、前記
電解質膜４と電極５が機能性高分子素子１ａの撓み変形
に対して抵抗となるが、機能性高分子素子１ａ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４と電極５の抵抗はほとんど問題にならない。

【００６５】ただし、機能性高分子素子１ａに要求され
る撓み変形量が大きい場合は、前記電解質膜４と電極５
とを、機能性高分子素子１ａの撓み変形方向において複
数に分割するか、あるいは蛇行させて形成するのが望ま
しく、このようにすれば、電解質膜４と電極５が機能性
高分子素子１ａの撓み変形に対して抵抗となる度合を小
さくすることができる。

【００６６】また、上記第１および第２の実施例の機能
性高分子素子１，１ａは、導電性ポリマー膜３と電解質
層（電解液７または電解質膜４）との間でのイオンの授
受による導電性ポリマー膜３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層と
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
り、その場合でも、前記導電性ポリマー膜３が、導電性
高分子の主鎖の向きがほぼ同じ方向に揃った構造をなし
ているため、再現性がよく、変形量も大きい機能特性を
得ることができる。

【００６７】

【発明の効果】この発明の機能性高分子素子は、金属膜
面に、導電性高分子の主鎖の向きがほぼ同じ方向に揃っ
ている導電性ポリマー膜を積層してなり、電圧の印加に
より前記導電性ポリマー膜とそれに隣接する電解質層と
の間でのイオンの授受を行なって機能することを特徴と
するものであり、この機能性高分子素子は、電圧の印加
によりイオンの授受を行なって機能するものであるか
ら、その微細化が容易であり、しかも前記導電性ポリマ
ー膜が、その導電性高分子の主鎖の向きがほぼ同じ方向
に揃った構造をなしているため、再現性がよく、変形量
も大きい機能特性を得ることができる。

【００６８】この発明の機能性高分子素子において、前
記導電性ポリマー膜が、イオンの授受により体積が変化
するものであれば、この機能性高分子素子を、前記導電
性ポリマー膜の面方向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撓み変形素子
として用いることができる。

【００６９】その場合、前記導電性ポリマー膜が、導電
性高分子の主鎖の向きが前記金属膜面に対してほぼ垂直
な方向に揃った構造をなしていれば、この導電性ポリマ
ー膜のイオンの授受による体積の変化率が面方向におい
て大きくなるため、電圧の印加に対して機能性高分子素
子を効率良く撓み変形させることができる。

【００７０】また、この機能性高分子素子において、前
記電解質層は、電解物質を溶解した電解液であってもよ
く、その場合は、前記金属膜と、前記導電性ポリマー膜
および前記電解液を介して前記金属膜と対向する電極と
の間に電圧を印加することにより、前記導電性ポリマー
膜と前記電解液との間でのイオンの授受を行なわせるこ
とができる。

【００７１】さらに、前記電解質層は、前記導電性ポリ
マー膜に積層された電解物質からなる電解質膜であって
もよく、その場合は、前記金属膜と、前記導電性ポリマ
ー膜および前記電解質膜を介して前記金属膜と対向する
電極との間に電圧を印加することにより、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
わせることができる。

【００７２】また、この発明の機能性高分子素子の製造
方法は、導電性ポリマーからなる原料を蒸発させてその
蒸発ガスをイオン化するか、または、導電性ポリマーあ
るいは導電性高分子のモノマーまたはオリゴマーの溶液
をスプレイしてその噴射霧をイオン化し、前記金属膜へ
の電圧の印加により前記イオンを前記金属膜面に吸着さ
せて、前記導電性ポリマー膜を形成することを特徴とす
るものであり、この製造方法によれば、金属膜面に導電
性高分子の主鎖の向きがほぼ同じ方向に揃っている導電
性ポリマー膜を積層した前記機能性高分子素子を得るこ
とができる。

【００７３】この発明の機能性高分子素子の製造方法に
おいて、前記金属膜面に吸着させるイオンが導電性ポリ
マーのイオンである場合は、その被膜をそのまま前記導
電性ポリマー膜とすることができるし、また前記イオン
が導電性高分子のモノマーまたはオリゴマーのイオンで
ある場合も、それらのイオンを加速して金属膜面に吸着
させれば、モノマーまたはオリゴマーがポリマー化し、
前記導電性ポリマー膜が形成される。

【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
子の一部分の拡大断面図。

【図２】上記機能性高分子素子の側面図。

【図３】上記機能性高分子素子の第１の製造方法を示す
図。

【図４】上記機能性高分子素子の第２の製造方法を示す
図。

【図５】インクジェットノズルのダイヤフラム型アクチ
ュエータに第１の実施例の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
ュエータに第１の実施例の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
子の側面図。

【図８】インクジェットノズルのダイヤフラム型アクチ
ュエータに第２の実施例の機能性高分子素子を利用した
例を示す断面図。

【符号の説明】

１，１ａ…機能性高分子素子 ２…金属膜 ３…導電性ポリマー膜 ３ａ…導電性高分子の主鎖 ４…電解質膜 ５…電極 ７…電解液 ８…電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 2/055

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属膜面に、導電性高分子の主鎖の向きが
   ほぼ同じ方向に揃っている導電性ポリマー膜を積層して
   なり、電圧の印加により前記導電性ポリマー膜とそれに
   隣接する電解質層との間でのイオンの授受を行なって機
   能することを特徴とする機能性高分子素子。
2. 【請求項２】前記導電性ポリマー膜の導電性高分子の主
   鎖の向きは前記金属膜面に対してほぼ垂直な方向にあ
   り、前記イオンの授受によって前記導電性ポリマー膜の
   体積が変化し、その面方向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】前記電解質層は、電解物質を溶解した電解
   液であり、前記導電性ポリマー膜は、前記金属膜と、前
   記導電性ポリマー膜および前記電解液を介して前記金属
   膜と対向する電極との間に電圧を印加することにより、
   前記電解液との間でのイオンの授受を行なうことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の機能性高分子素
   子。
4. 【請求項４】前記電解質層は、前記導電性ポリマー膜に
   積層された電解物質からなる電解質膜であり、前記導電
   性ポリマー膜は、前記金属膜と、前記導電性ポリマー膜
   および前記電解質膜を介して前記金属膜と対向する電極
   との間に電圧を印加することにより、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請求項１
   または請求項２に記載の機能性高分子素子。
5. 【請求項５】金属膜面に、導電性高分子の主鎖の向きが
   ほぼ同じ方向に揃っている導電性ポリマー膜を積層して
   なる機能性高分子素子を製造する方法であって、 導電性ポリマーからなる原料を蒸発させてその蒸発ガス
   をイオン化し、前記金属膜への電圧の印加により前記イ
   オンを前記金属膜面に吸着させて、前記導電性ポリマー
   膜を形成することを特徴とする機能性高分子素子の製造
   方法。
6. 【請求項６】金属膜面に、導電性高分子の主鎖の向きが
   ほぼ同じ方向に揃っている導電性ポリマー膜を積層して
   なる機能性高分子素子を製造する方法であって、 導電性ポリマーあるいは導電性高分子のモノマーまたは
   オリゴマーの溶液をスプレイしてその噴射霧をイオン化
   し、前記金属膜への電圧の印加により前記イオンを前記
   金属膜面に吸着させて、前記導電性ポリマー膜を形成す
   ることを特徴とする機能性高分子素子の製造方法。
7. 【請求項７】前記金属膜面に吸着させるイオンは導電性
   高分子のモノマーまたはオリゴマーのイオンであり、こ
   のイオンを前記金属膜面に吸着させるとともにポリマー
   化して、前記導電性ポリマー膜を形成することを特徴と
   する請求項６に記載の機能性高分子素子の製造方法。