JPH0979129A

JPH0979129A - アクチュエータ素子

Info

Publication number: JPH0979129A
Application number: JP25933595A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Abe; 吉彦阿部; Haruhisa Miyake; 晴久三宅
Original assignee: Terumo Corp; Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: Terumo Corp; AGC Inc
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】同じ電位差を与え続けたとき、湾曲変形した状
態を保持することができるアクチュエータ素子を提供す
る。【解決手段】−ＣＯＯＭ基（ただし、Ｍは、金属または
アンモニウムイオン）を有する含水状態の陽イオン交換
樹脂層２と、この層２を介して対向配置された一対の電
極体３、４とで構成される。電極体３、４間に電位差を
与えると、アクチュエータ素子１Ａは、陽極方向に突出
するように湾曲変形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータ素
子に関し、特に、含水状態のイオン交換樹脂に電位差を
与えることにより湾曲変形するアクチュエータ素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】スルホン基を有する膜状の陽イオン交換
樹脂（デュポン社製：ナフィオン（登録商標）１１７）
の両面に白金電極を形成した構成のアクチュエータ素子
が知られている（文献：精密制御用ニューアクチュエー
タ便覧，日本工業技術振興協会固体アクチュエータ研究
会編，フジ・テクノシステム、第１９節；高分子電解質
膜アクチュエータ，２１５〜２１９頁）。

【０００３】このアクチュエータ素子は、陽イオン交換
樹脂を含水状態とした上で、両白金電極に電位差を与え
ると、瞬時に湾曲または屈曲変形し、アクチュエータ素
子の先端（自由端）側が陽極方向に移動するように作動
する。

【０００４】しかしながら、このアクチュエータ素子で
は、同文献に記載されているように、同じ電位差をかけ
続けても、瞬時に湾曲変形が最大値に達した後、ごく短
時間、例えば１秒以内にその湾曲変形が減衰し、元の直
線状態に戻るという現象が起こる。従って、アクチュエ
ータ素子の変形の度合を電位差のみによって自由にコン
トロールすることができないという問題がある。

【０００５】また、前記アクチュエータ素子における陽
イオン交換樹脂中のスルホン酸基の対イオンは、水素イ
オン（Ｈ⁺ ）であるが、このようなアクチュエータ素子
を例えば食塩水中で使用すると、水素イオンがナトリウ
ムイオンにイオン交換されてしまう。このように、従来
のアクチュエータ素子では、使用環境に応じて陽イオン
交換樹脂中の対イオン（可動イオン）が変化し、変形特
性が不安定であるという問題もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電位
差を与え続けたときに、変形状態を維持することができ
る特性を有するアクチュエータ素子を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。

【０００８】（１）含水状態の陽イオン交換樹脂と、
該陽イオン交換樹脂を介して配置された複数の電極体と
からなり、前記電極体間に電位差を与えている間、変形
状態を保持するよう作動することを特徴とするアクチュ
エータ素子。

【０００９】（２） −ＣＯＯＭ基（ただし、Ｍは、金
属またはアンモニウムイオン）を有する含水状態の陽イ
オン交換樹脂と、該陽イオン交換樹脂を介して配置され
た複数の電極体とからなることを特徴とするアクチュエ
ータ素子。

【００１０】（３）前記金属イオンは、アルカリ金属
またはアルカリ土類金属の金属イオンである上記（２）
に記載のアクチュエータ素子。

【００１１】（４）前記陽イオン交換樹脂は、下記化
２で示す一般式Ｉ（ただし、ｍは、０または１、ｎは、
１〜５の整数、Ｍは、金属またはアンモニウムイオン）
で表される繰り返し単位を含む含フッ素共重合体からな
るフッ素系陽イオン交換樹脂である上記（１）ないし
（３）のいずれかに記載のアクチュエータ素子。

【００１２】

【化２】

【００１３】（５）表面が水不透過性材料で被覆され
ている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のアク
チュエータ素子。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のアクチュエータ素
子を図示の好適実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明のアクチュエータ素子の構
成例を示す斜視図、図２は、図１中のII−II線での断面
図である。これらの図に示すように、本発明のアクチュ
エータ素子１Ａは、陽イオン交換樹脂層２と、この陽イ
オン交換樹脂層２を介して対向するように配置された一
対（一組）の電極体３、４とで構成されている。

【００１６】陽イオン交換樹脂層２は、−ＣＯＯＭ基
（Ｍは、金属またはアンモニウムイオン）を有する陽イ
オン交換樹脂で構成されている。この場合、使用し得る
−ＣＯＯＭ基を有する陽イオン交換樹脂としては、アク
チュエータ素子の変形性能が優れるという点から、フッ
素系陽イオン交換樹脂を用いるのが好ましい。

【００１７】このような−ＣＯＯＭ基を有する陽イオン
交換樹脂層２は、含水状態とされ、これにより、電位差
を与えることによるアクチュエータ素子１Ａの変形が得
られる。ここで、「含水状態」とは、陽イオン交換樹脂
が少しでも水を含んだ状態であることを意味する。すな
わち、陽イオン交換樹脂層２が予め水分を含んでいる場
合の他、陽イオン交換樹脂層２を水性雰囲気下、例えば
水中や高湿度の大気中においた場合も含水状態となる。

【００１８】電極体間に電位差を与えている間、変形状
態を保持するとは、電位差を与えた時、陽極方向に変形
してそれが最大値に達した後、少なくとも５秒間以上最
大値の９０％の変形を保持し続けることを言う。

【００１９】陽イオン交換樹脂層の有する−ＣＯＯＭ基
のＭ⁺ 、すなわち陽イオン（可動イオン）は、金属また
はアンモニウムイオンであるのが好ましい。特にアルカ
リ金属（Ｌｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）またはアルカリ土類金
属（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の金属イオンであ
るのが好ましい。

【００２０】これらのうちでも、アクチュエータ素子１
Ａに電位差を与え続けたときの変形状態の保持性（以下
「形状保持性」という）が特に優れている点で、金属イ
オンは、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウム
イオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バ
リウムイオンのうちの少なくとも１種が好ましい。

【００２１】陽イオン交換樹脂としては、上記のよう
に、アクチュエータ素子の変形性能が優れるという点か
ら、フッ素系陽イオン交換樹脂、なかでも、下記化３で
示す一般式Ｉ（ただし、ｍは、０または１、ｎは、１〜
５の整数、Ｍは、金属またはアンモニウムイオン）で表
される繰り返し単位を含む含フッ素共重合体からなるも
のが好ましい。

【００２２】

【化３】

【００２３】上記含フッ素共重合体は、テトラフルオロ
エチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニルなどのフッ
素化オレフィンと、下記化４で示す一般式II（ただし、
ｍ、ｎ、Ｍは上記一般式Ｉと同じ）を有するパーフルオ
ロビニルエーテルとの共重合体が好ましい。この共重合
体には、更に必要により、エチレン、プロピレン、パー
フルオロアセトンなどの第３成分を共重合させたもので
もよい。

【００２４】

【化４】

【００２５】陽イオン交換樹脂層２におけるカルボキシ
ル基の当量重量数（ＥＷ値）は、特に限定されないが、
ＥＷ値が４５０〜１７００程度であるのが好ましく、５
５０〜１１００程度であるのがより好ましい。このよう
な範囲において、特に優れた形状保持性が得られる。陽
イオン交換樹脂層２の厚さは、特に限定されないが、１
０〜１０００μm 程度とするのが好ましく、３０〜３０
０μm 程度とするのがより好ましい。

【００２６】電極体３、４としては、導電性および耐食
性を有する物質が好適に使用され、特に、その存在位置
や変形状態をＸ線透視下で確認できるように、Ｘ線不透
過性（Ｘ線造影性）を有する物質が好ましい。このよう
な物質としては、例えば、白金、金、ルテニウム、イリ
ジウム、パラジウム等の貴金属、ポリアニリン、ポリチ
オフェン、ポリピロール等の導電性高分子材料、黒鉛等
の炭素材料が挙げられるが、そのなかでも貴金属が好ま
しく、特に白金が好ましい。

【００２７】電極体３、４と陽イオン交換樹脂層２との
接合方法としては、例えば、化学めっき法（無電解めっ
き法）、電気めっき法等の各種めっき法や、イオン蒸着
薄膜形成法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオン注
入法、塗布法、圧着法、溶接法等の各種方法が挙げられ
るが、湿式条件下でめっきが可能であり、イオン交換樹
脂層２との密着度が高い電極体３、４が接合可能な化学
めっき法（無電解めっき法）が好ましく、吸着還元成長
法である化学めっき法（文献：ソーダと塩素・１９８６
年８号，１５〜２９頁）が特に好ましい。

【００２８】なお、化学めっき法による電極体３、４の
形成の容易性および電極体３、４の陽イオン交換樹脂層
２に対する密着性を向上するために、陽イオン交換樹脂
層２の電極体３、４との接合表面は、粗面化されている
のが好ましい。粗面化の方法としては、例えば、サンド
ブラスト処理、耐水研磨紙による研磨、低温プラズマ処
理等が挙げられる。

【００２９】粗面化された陽イオン交換樹脂層２の表面
に対しては、塩酸等の強酸液に浸漬する等により、粗面
化工程で生じた金属粉末を溶解除去し、洗浄するのが好
ましい（このとき、陽イオン交換樹脂のカルボキシル基
の対イオンはＨ⁺ イオンである）。

【００３０】次に、化学めっき法の一例である吸着還元
成長法を用いて陽イオン交換樹脂層２の表面に電極体を
設ける方法の一例について説明する。陽イオン交換樹脂
層２を例えば水酸化リチウム水溶液中に浸漬、洗浄する
ことにより、陽イオン交換樹脂層２中の対イオンをリチ
ウムイオンにし、次いで、例えば塩化ヘキサアンミン白
金塩水溶液中に浸漬し、リチウムイオンの一部を４価ヘ
キサアンミン白金錯イオン（［Ｐｔ（ＮＨ₃ ）₆ ］⁴⁺）
に交換吸着する。

【００３１】洗浄後、例えば水素化ホウ素ナトリウム水
溶液中に浸漬することにより、陽イオン交換樹脂層２中
に吸着されていた（［Ｐｔ（ＮＨ₃ ）₆ ］⁴⁺）が還元さ
れ、陽イオン交換樹脂層２の表面が黒色になり白金核が
析出する。再び陽イオン交換樹脂層２を、塩化ヘキサア
ンミン白金塩水溶液中に浸漬し、ｐＨ調製剤および還元
剤を添加することにより、還元過程で析出した白金核の
自己触媒作用により、陽イオン交換樹脂層２の表面に白
金層を成長、形成させる。

【００３２】このアクチュエータ素子１Ａを例えば水酸
化カリウム水溶液中に浸漬した後、中性になるまで洗浄
することにより、陽イオン交換樹脂層２中のカルボキシ
ル基の対イオンを例えばカリウムイオンに置換すること
ができる。

【００３３】以上のように、化学めっき（無電解めっ
き）法、例えば吸着還元成長法により、カルボキシル基
を有する陽イオン交換樹脂層２と、その表面に形成され
た電極体３、４からなるアクチュエータ素子１Ａを製造
することができる。

【００３４】電極体３、４には、以下に述べるような電
力供給手段１１により電力が供給され、電位差が与えら
れる。電極体３、４には、それぞれ、リード線（導電
体）１４、１５が接続されている。この場合、電極体
３、４と電源１６からのリード線（導電体）１４、１５
とが、レーザー溶接法、超音波溶接法、高周波溶接法等
により固定されているか、導電性接着剤等の導電性材料
１２、１３を介して接着固定またはろう接法により固定
されているのが好ましい。これにより、アクチュエータ
素子１Ａに、より再現性ある安定した変形性能を発現さ
せることができる。なお、電源１６は、直流電源、交流
電源のいずれでもよい。

【００３５】以上のようなアクチュエータ素子１Ａは、
両電極体３、４間にリード線を介して電位差（水の電気
分解が生じない程度の低電圧であり、例えば１．５Ｖ以
下）を与えると、電極体３、４のうちの陽極側に突出す
るように湾曲変形する。そして、前述した陽イオン交換
樹脂層２の構成から、前記電位差を与え続けている間、
アクチュエータ素子１Ａの変形状態は保持される。ま
た、電極体３、４への電位差を０にすると、アクチュエ
ータ素子１Ａは、即座に元の形状に戻る。

【００３６】図３は、本発明のアクチュエータ素子の他
の構成例を示す横断面図である。同図に示すアクチュエ
ータ素子１Ｂは、横断面が四角形の陽イオン交換樹脂５
と、この陽イオン交換樹脂５の対向する面にそれぞれ接
合された二組の電極体６ａ、６ｂおよび電極体７ａ、７
ｂとで構成されている。陽イオン交換樹脂５および電極
体６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、それぞれ、前記と同様の
材料で構成されている。

【００３７】このアクチュエータ素子１Ｂでは、図３中
の上下方向と左右方向の２方向に湾曲変形させることが
できる。すなわち、電極体６ａ、６ｂのうちの陽極側、
電極体７ａ、７ｂのうちの陽極側にそれぞれ突出するよ
うに湾曲変形する。なお、イオン交換樹脂層を介して配
置される電極体は、三組以上であってもよい。

【００３８】図４は、本発明のアクチュエータ素子の他
の構成例を示す横断面図である。同図に示すアクチュエ
ータ素子１Ｃは、横断面が円形の陽イオン交換樹脂８
と、この陽イオン交換樹脂８の表面に中心角１２０°間
隔で接合された３つの電極体９ａ、９ｂ、９ｃとで構成
されている。陽イオン交換樹脂８および電極体９ａ、９
ｂ、９ｃは、それぞれ、前記と同様の材料で構成されて
いる。

【００３９】このアクチュエータ素子１Ｃでは、例え
ば、電極体９ａ、９ｂ、９ｃのそれぞれに三相交流を印
加することにより、アクチュエータ素子１Ｃの先端部を
旋回させることができる。

【００４０】図５は、本発明のアクチュエータ素子の他
の構成例を示す縦断面図である。同図に示すアクチュエ
ータ素子１Ｄは、図１に示すアクチュエータ素子１Ａと
同様のアクチュエータ素子の表面に、水不透過性材料よ
りなる被覆層１０が形成されたものである。

【００４１】このような被覆層１０を設けることによ
り、陽イオン交換樹脂層２におけるイオン交換が阻止さ
れ、アクチュエータ素子１Ｄの使用環境にかかわらず、
陽イオン交換樹脂層２中の陽イオンを安定的に維持する
ことができる。このようなことから、アクチュエータ素
子１Ｄの変形特性や、形状保持性が一定に保たれる。な
お、このような被覆層１０は、前記アクチュエータ素子
１Ｂ、１Ｃの表面に形成することもできる。

【００４２】被覆層１０を構成する水不透過性材料とし
ては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリ
オレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミ
ド、ポリエーテルアミド、ポリウレタン、フッ素樹脂、
シリコーンゴム等が挙げられる。被覆層１０の厚さは、
特に限定されないが、０．１〜１００μm 程度とするの
が好ましく、１〜１０μm 程度とするのがより好まし
い。

【００４３】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例に基づきさらに
詳細に説明する。

【００４４】（実施例１）カルボキシル基を有する膜状
のフッ素系陽イオン交換樹脂（旭硝子社製、フレミオン
Ｃ−８００（登録商標）、ＥＷ値＝８００、湿潤時膜厚
１００μm ）の両表面を、サンドブラスターとしてサハ
ラ（積水化学工業社製）、サンドとして平均粒径約２０
０μm のガラスパウダーＧＰ１０５Ａ（東芝バロティー
ニ社製）を用いて、噴射圧２kg／cm² 、噴射距離１０cm
の条件でブラスト処理を行い、粗面化した。

【００４５】次に、超音波洗浄により、陽イオン交換樹
脂中に付着したガラスビーズを取り除き、１Ｎの塩酸に
浸漬し、サンドブラスター内壁より発生した金属粉末を
除去し、純水で洗浄した。

【００４６】得られた陽イオン交換樹脂を１Ｎの水酸化
リチウム水溶液に室温で１５時間浸漬した後、純水で中
性になるまで十分に洗浄することにより、陽イオン交換
樹脂の有するカルボキシル基の対イオン（以下、陽イオ
ンという場合がある）をリチウムイオンにした。

【００４７】さらにこの陽イオン交換樹脂を無電解めっ
き用の塩化ヘキサアンミン白金塩水溶液（石福金属興業
社製、Ｐｔ：２mg／ml）に７０℃で１５時間浸漬し、リ
チウムイオンの一部を４価ヘキサアンミン白金錯イオン
（［Ｐｔ（ＮＨ₃ ）₆ ］⁴⁺）に交換吸着した。

【００４８】この陽イオン交換樹脂膜を純水で十分に洗
浄した後、４０〜６０℃の水素化ホウ素ナトリウム水溶
液中に浸漬させることにより、陽イオン交換樹脂中に吸
着されていた４価ヘキサアンミン白金錯イオン（［Ｐｔ
（ＮＨ₃ ）₆ ］⁴⁺）が還元され、陽イオン交換樹脂の両
表面が黒色になり白金核の析出が確認された。

【００４９】続いてこの陽イオン交換樹脂を、４０〜６
０℃で前記と同様の塩化ヘキサアンミン白金塩水溶液中
に浸漬し、ｐＨ調製剤として塩化ヒドロキシルアンモニ
ウム水溶液、還元剤としてヒドラジン水溶液をそれぞれ
添加することにより、還元過程で析出した白金核の自己
触媒作用により、樹脂表面に約３mg／cm² の白金層を成
長形成させた。

【００５０】以上の吸着還元成長法である化学めっき
（無電解めっき）法により、カルボキシル基を有する陽
イオン交換樹脂層２と、その陽イオン交換樹脂層を介し
て対向配置された電極体３、４とからなるアクチュエー
タ素子１Ａを製造した。

【００５１】このアクチュエータ素子１Ａを１Ｎの水酸
化カリウム水溶液に室温で１５時間浸漬した後、純水で
中性になるまで十分に洗浄することにより、陽イオン交
換樹脂層２中の陽イオンをカリウムイオンに交換した。

【００５２】＜実験＞下記の変位測定法に従い、アクチ
ュエータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加する
と、陽極方向に約１．６mm変形して、その場において変
形状態を保持した。また、２４時間、１Ｖを印加し続け
ても、変形状態を保持していた。印加電圧を０Ｖにする
と、元の位置に戻った。同操作を数回〜数十回繰り返し
ても、同様の変形状態を保持しており、形状保持性の再
現性も確認された。

【００５３】（アクチュエータ素子の変位測定法）幅１
mm、長さ１５mmの短冊形状のアクチュエータ素子の片端
３mmを給電体である白金ブロックで挟み、３７℃の純水
中に吊り下げて保持し、ポテンシオスタット２０００
（東方技研社製）とファンクション・ジェネレータ（任
意関数発生装置）ＦＧ−０２（東方技研社製）とを用
い、方形波電圧を印加してアクチュエータ素子を湾曲変
形させ、アクチュエータ素子の固定端から１０mmの位置
の陽極方向への変位をレーザー反射式変位計ＬＣ２１０
０（キーエンス社製）で測定し、印加電圧、電流と変位
とをデジタルオシロスコープＤＬ２２４０（横河電機社
製）で同時にモニターした。

【００５４】（実施例２）実施例１におけるアクチュエ
ータ素子を１Ｎの水酸化カリウム水溶液中に浸漬して、
陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをカリウムイオンにす
る操作を、０．５Ｎの水酸化ルビジウム水溶液中に浸漬
して、陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをルビジウムイ
オンにする操作に変更した以外は、実施例１と同様にし
てアクチュエータ素子を製造した。

【００５５】＜実験＞前記変位測定法に従い、アクチュ
エータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、
陽極方向に約１．８mm変形して、その場において変形状
態を保持した。また、２４時間、１Ｖを印加し続けて
も、変形状態を保持していた。印加電圧を０Ｖにする
と、元の位置に戻った。同操作を数回〜数十回繰り返し
ても、同様の変形状態を保持しており、形状保持性の再
現性も確認された。

【００５６】（実施例３）実施例１におけるアクチュエ
ータ素子を１Ｎの水酸化カリウム水溶液中に浸漬して、
陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをカリウムイオンにす
る操作を、０．５Ｎの水酸化セシウム水溶液中に浸漬し
て、陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをセシウムイオン
にする操作に変更した以外は、実施例１と同様にしてア
クチュエータ素子を製造した。

【００５７】＜実験＞前記変位測定法に従い、アクチュ
エータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、
陽極方向に約２．０mm変形して、その場において変形状
態を保持した。また、２４時間、１Ｖを印加し続けて
も、変形状態を保持していた。印加電圧を０Ｖにする
と、元の位置に戻った。同操作を数回〜数十回繰り返し
ても、同様の変形状態を保持しており、形状保持性の再
現性も確認された。

【００５８】（実施例４）実施例１におけるアクチュエ
ータ素子を１Ｎの水酸化カリウム水溶液中に浸漬して、
陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをカリウムイオンにす
る操作を、飽和炭酸水素カルシウム水溶液中に浸漬し
て、陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをカルシウムイオ
ンにする操作に変更した以外は、実施例１と同様にして
アクチュエータ素子を製造した。

【００５９】＜実験＞前記変位測定法に従い、アクチュ
エータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、
陽極方向に約０．９mm変形して、その場において変形状
態を保持した。また、２４時間、１Ｖを印加し続けて
も、変形状態を保持していた。印加電圧を０Ｖにする
と、元の位置に戻った。同操作を数回〜数十回繰り返し
ても、同様の変形状態を保持しており、形状保持性の再
現性も確認された。

【００６０】（実施例５）実施例１におけるアクチュエ
ータ素子を１Ｎの水酸化カリウム水溶液中に浸漬して、
陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをカリウムイオンにす
る操作を、飽和水酸化バリウム水溶液中に浸漬して、陽
イオン交換樹脂層中の陽イオンをバリウムイオンにする
操作に変更した以外は、実施例１と同様にしてアクチュ
エータ素子を製造した。

【００６１】＜実験＞前記変位測定法に従い、アクチュ
エータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、
陽極方向に約０．７mm変形して、その場において変形状
態を保持した。また、２４時間、１Ｖを印加し続けて
も、変形状態を保持していた。印加電圧を０Ｖにする
と、元の位置に戻った。同操作を数回〜数十回繰り返し
ても、同様の変形状態を保持しており、形状保持性の再
現性も確認された。

【００６２】（実施例６）実施例１におけるアクチュエ
ータ素子を１Ｎの水酸化カリウム水溶液中に浸漬して、
陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをカリウムイオンにす
る操作を、飽和アンモニア水（２８％アンモニア水）中
に浸漬して、陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをアンモ
ニアイオンにする操作に変更した以外は、実施例１と同
様にしてアクチュエータ素子を製造した。

【００６３】＜実験＞前記変位測定法に従い、アクチュ
エータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、
陽極方向に約１．３mm変形して、その場において変形状
態を保持した。また、２４時間、１Ｖを印加し続けて
も、変形状態を保持していた。印加電圧を０Ｖにする
と、元の位置に戻った。同操作を数回〜数十回繰り返し
ても、同様の変形状態を保持しており、形状保持性の再
現性も確認された。

【００６４】（実施例７）実施例１で製造されたアクチ
ュエータ素子の表面を、水不透過性の接着性シリコーン
ＴＳＥ３８２−Ｃ（東芝シリコーン社製）の薄膜（膜厚
１０μm ）で被覆し、図５に示すアクチュエータ素子１
Ｄを製造した。なお、陽イオン交換樹脂層は、予め純水
で含水状態に保持しておいた。

【００６５】＜実験１＞前記と同様の変位測定法（ただ
し飽和食塩水中で測定）に従い、アクチュエータ素子の
両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、陽極方向に約
１．１mm変形して、その場において変形状態を保持し
た。また、２４時間、１Ｖを印加し続けても、変形状態
を保持していた。印加電圧を０Ｖにすると、元の位置に
戻った。同操作を数回〜数十回繰り返しても、同様の変
形状態を保持しており、形状保持性の再現性も確認され
た。

【００６６】＜実験２＞前記実験１に供されたアクチュ
エータ素子の陽イオン交換樹脂層中の陽イオンを定量す
るため、アクチュエータ素子を純水中で洗浄し、６０℃
で１５時間真空乾燥し、白金るつぼを用いて灰化した。
次いで、るつぼに６Ｎの塩酸を加え、灰分を溶解させ、
放冷後、塩酸で定溶した。これを、ＩＣＰ発光分光分析
装置ＳＰＳ１２００ＶＲ（セイコー電子工業社製）を用
い、アクチュエータ素子の陽イオン交換樹脂層中のカリ
ウムを定量したところ、陽イオン交換樹脂層中の陽イオ
ンがカリウムイオンのまま変化していないことが確認さ
れた。

【００６７】（実施例８〜１２）実施例２〜６で製造さ
れた各アクチュエータ素子の表面に実施例７と同様の被
覆層を形成して、図５に示すアクチュエータ素子１Ｄを
製造した。これらのアクチュエータ素子に対し、前記実
験１および実験２を行ったところ、いずれも、前記実施
例７と同様の結果が得られた。

【００６８】（比較例１）陽イオン交換樹脂層として、
膜状のスルホン基を有するフッ素系陽イオン交換樹脂
（デュポン社製、ナフィオン１１７（登録商標）、ＥＷ
値＝１１００、湿潤時膜厚２００μm ）を用い、さら
に、アクチュエータ素子を１Ｎの水酸化カリウム水溶液
中に浸漬して、陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをカリ
ウムイオンにする操作を、１Ｎの塩酸中に浸漬して、陽
イオン交換樹脂層中の陽イオンを水素イオンにする操作
に変更した以外は、実施例１と同様にしてアクチュエー
タ素子を製造した。

【００６９】＜実験＞前記変位測定法に従い、アクチュ
エータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、
陽極方向に瞬時に約０．１mm変形したが、１秒以内に、
変形が減衰して元の位置（形状）に戻った。同操作を数
回繰り返したが、同様の陽極方向に瞬時に変形した後に
変形が減衰して元の位置に戻る現象が生じた。

【００７０】（比較例２）アクチュエータ素子を１Ｎの
塩酸中に浸漬して、陽イオン交換樹脂層中の陽イオンを
水素イオンにする操作を、１Ｎの塩化ナトリウム水溶液
中に浸漬して、陽イオン交換樹脂層中の陽イオンをナト
リウムイオンにする操作に変更した以外は、比較例１と
同様にしてアクチュエータ素子を製造した。

【００７１】＜実験＞前記変位測定法に従い、アクチュ
エータ素子の両電極間に方形波電圧１Ｖを印加すると、
陽極方向に瞬時に約０．８mm変形したが、１秒以内に、
変形が減衰して元の位置（形状）に戻った。同操作を数
回繰り返したが、同様の陽極方向に瞬時に変形した後に
変形が減衰して元の位置に戻る現象が生じた。

【００７２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のアクチュエ
ータ素子によれば、同じ電位差を与え続けたときに、そ
の変形状態を保持することができる。

【００７３】陽イオン交換樹脂の有するカルボキシル基
の対イオン、すなわち−ＣＯＯＭ基のＭ⁺ イオンが、ア
ルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属イオンである
場合には、上記効果がより顕著に生じる。

【００７４】また、アクチュエータ素子の表面が水不透
過性材料で被覆されている場合には、使用環境にかかわ
らず、陽イオン交換樹脂中の陽イオンや水分を安定的に
維持することができ、一定の変形特性、形状保持性が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクチュエータ素子の構成例を示す斜
視図である。

【図２】図１中のII−II線での断面図である。

【図３】本発明のアクチュエータ素子の他の構成例を示
す横断面図である。

【図４】本発明のアクチュエータ素子の他の構成例を示
す横断面図である。

【図５】本発明のアクチュエータ素子の他の構成例を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｄアクチュエータ素子２陽イオン交換樹脂層３、４電極体５陽イオン交換樹脂６ａ、６ｂ電極体７ａ、７ｂ電極体８陽イオン交換樹脂９ａ〜９ｃ電極体１０被覆層１１電力供給手段１２、１３導電性材料１４、１５リード線１６電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】含水状態の陽イオン交換樹脂と、該陽イ
オン交換樹脂を介して配置された複数の電極体とからな
り、前記電極体間に電位差を与えている間、変形状態を
保持するよう作動することを特徴とするアクチュエータ
素子。
【請求項２】 −ＣＯＯＭ基（ただし、Ｍは、金属また
はアンモニウムイオン）を有する含水状態の陽イオン交
換樹脂と、該陽イオン交換樹脂を介して配置された複数
の電極体とからなることを特徴とするアクチュエータ素
子。
【請求項３】前記金属イオンは、アルカリ金属または
アルカリ土類金属の金属イオンである請求項２に記載の
アクチュエータ素子。
【請求項４】前記陽イオン交換樹脂は、下記化１で示
す一般式Ｉ（ただし、ｍは、０または１、ｎは、１〜５
の整数、Ｍは、金属またはアンモニウムイオン）で表さ
れる繰り返し単位を含む含フッ素共重合体からなるフッ
素系陽イオン交換樹脂である請求項１ないし３のいずれ
かに記載のアクチュエータ素子。【化１】
【請求項５】表面が水不透過性材料で被覆されている
請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ素
子。