專利名稱：致動器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種致動器及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，在醫(yī)療領(lǐng)域或微機(jī)械領(lǐng)域等中，小型致動器的必要性正在提高。這樣的小型的致動器在要求小型的同時(shí)，還要求以低電壓驅(qū)動。為了實(shí)現(xiàn)這樣的低電壓化而進(jìn)行了各種嘗試(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。目前公知的小型致動器，主流采用通過離子的移動而使得材料收縮/膨潤的離子交換膜。在這樣的致動器中，當(dāng)為了增大位移量而增大離子交換膜的厚度時(shí)，由于通過離子的擴(kuò)散速度來支配動作，所以存在無法得到高速響應(yīng)性的問題。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開平9-79129號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方式提供一種小型、高速響應(yīng)性優(yōu)越、可較大位移的致動器。另外，提供一種可容易制造這樣的致動器的制造方法。本發(fā)明的一方式的致動器包括第一陽離子交換樹脂膜和第一陰離子交換樹脂膜，所述第一陽離子交換樹脂膜和所述第一陰離子交換樹脂膜在第一方向上層疊，對所述第一陽離子交換樹脂膜在所述第一方向上施加第一極性的第一電壓，對所述第一陰離子交換樹脂膜在所述第一方向上施加第二極性的第二電壓。通過該結(jié)構(gòu)，提供一種小型、高速響應(yīng)性優(yōu)越且能夠較大位移的致動器。本發(fā)明的一方式的致動器的制造方法，其特征在于，包括以使多個(gè)陽離子交換樹脂膜的各自的第一端部側(cè)的厚度比第二端部側(cè)的厚度薄的方式進(jìn)行成形的工序；以使多個(gè)陰離子交換樹脂膜的各自的第三端部側(cè)的厚度比第四端部側(cè)的厚度薄的方式進(jìn)行成形的工序；在所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜的各自的所述第一面以及所述第三面、所述第二面以及所述第四面上分別形成第一電極、第二電極的工序；在所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜的各自的所述第五面以及第七面、所述第六面以及所述第八面上分別形成第三電極、第四電極的工序；將所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜中的一個(gè)陽離子交換樹脂膜和所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜中的一個(gè)陰離子交換樹脂膜以所述第四面和所述第七面隔著所述第二電極和所述第三電極的方式接合的工序；在所述第二面和所述第五面之間的所述第二電極和所述第三電極之間插入第五電極的工序。通過該結(jié)構(gòu)，能夠提供一種小型、高速響應(yīng)性優(yōu)越且能夠較大位移的致動器的制造方法。上述的本發(fā)明的致動器的特征在于，其由多個(gè)電極、多個(gè)陽離子交換樹脂膜、多個(gè)陰離子交換樹脂膜的層疊體構(gòu)成，所述陽離子交換樹脂膜和所述陰離子交換樹脂膜交替層疊，所述陽離子交換樹脂膜以及所述陰離子交換樹脂膜分別被兩個(gè)所述電極夾持，相鄰的所述陽離子交換樹脂膜和所述陰離子交換樹脂膜之間的所述電極被施加電壓，使得成為相同的極性。通過該結(jié)構(gòu)，提供一種小型、高速響應(yīng)性優(yōu)越且能夠較大位移的致動器。在上述的本發(fā)明的致動器中，優(yōu)選所述陽離子交換樹脂膜的厚度為20μπι以上1000 μ m 以下。通過該結(jié)構(gòu)，能夠在使致動器的響應(yīng)速度更快的同時(shí)，進(jìn)一步增大位移量。在上述的本發(fā)明的致動器中，優(yōu)選所述陰離子交換樹脂膜的厚度為20μπι以上1000 μ m 以下。通過該結(jié)構(gòu)，能夠在使致動器的響應(yīng)速度更快的同時(shí)，進(jìn)一步增大位移量。在上述的本發(fā)明的致動器中，優(yōu)選所述陽離子交換樹脂膜由氟系離子交換樹脂構(gòu)成。通過該結(jié)構(gòu)，能夠使致動器的響應(yīng)速度更快。在上述的本發(fā)明的致動器中，優(yōu)選所述陰離子交換樹脂膜由碳系離子交換樹脂構(gòu)成。由此，能夠使響應(yīng)速度更快。在上述的本發(fā)明的致動器優(yōu)選由被覆膜覆蓋。通過該結(jié)構(gòu),能夠進(jìn)一步提高致動器的耐久性。在上述的本發(fā)明的致動器中，優(yōu)選所述被覆膜的厚度為O.1 μ m以上100 μ m以下。通過該結(jié)構(gòu)，能夠在不妨礙致動器的響應(yīng)性的情況下，進(jìn)一步提高致動器的耐久性。在上述的本發(fā)明的致動器中，優(yōu)選所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜分別包括第一端部、第二端部、所述第一端部的一側(cè)的在厚度方向上相對的第一面以及第二面、所述第二端部的一側(cè)的在厚度方向上相對的第三面以及第四面，所述第一面與所述第二面的間隔比所述第三面與所述第四面的間隔短，所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜分別包括第三端部、第四端部、所述第三端部的一側(cè)的在厚度方向上相對的第五面以及第六面、所述第四端部的一側(cè)的在厚度方向上相對的第七面以及第八面，所述第五面與所述第六面的間隔比所述第七面與所述第八面的間隔短，所述多個(gè)電極之中的第一電極被配置于所述第一面以及所述第三面，所述多個(gè)電極之中的第二電極被配置于所述第二面以及所述第四面，所述多個(gè)電極之中的第三電極被配置于所述第五面以及所述第七面，所述多個(gè)電極之中的第四電極被配置于所述第六面以及所述第八面，所述第二電極和所述第三電極在所述第二端部以及所述第四端部的一側(cè)相接，所述多個(gè)電極之中的第五電極在所述第一端部以及所述第三端部的一側(cè)被配置于所述第二電極和所述第三電極之間。通過該結(jié)構(gòu)，提供一種進(jìn)一步小型、高速響應(yīng)性優(yōu)越且能夠較大位移的致動器。上述的本發(fā)明的致動器的制造方法的特征在于，包括以使所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜的各自的所述第一端部側(cè)的厚度比所述第二端部側(cè)的厚度薄的方式進(jìn)行成形的工序；以使所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜的各 自的所述第三端部側(cè)的厚度比所述第四端部側(cè)的厚度薄的方式進(jìn)行成形的工序；在所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜的各自的所述第一面以及所述第三面、所述第二面以及所述第四面上分別形成第一電極、第二電極的工序；在所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜的各自的所述第五面以及第七面、所述第六面以及所述第八面上分別形成第三電極、第四電極的工序；將所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜的每個(gè)陽離子交換樹脂膜和所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜的每個(gè)陰離子交換樹脂膜，交替地并且以所述第三面和所述第八面隔著所述第一電極和所述第四電極相接、所述第四面和所述第七面隔著所述第二電極和所述第三電極相接的方式進(jìn)行接合的工序；在所述第一端部和所述第三端部的一側(cè)的、所述第一電極和所述第四電極之間以及所述第二電極和所述第三電極之間分別插入第五電極的工序。通過該結(jié)構(gòu)，提供一種進(jìn)一步小型、高速響應(yīng)性優(yōu)越且能夠較大位移的致動器。


圖1是表示本發(fā)明的致動器的第一實(shí)施方式的剖視圖。圖2是表示第一實(shí)施方式的致動器的驅(qū)動狀態(tài)的模式圖。 圖3是表示本發(fā)明的致動器的第二實(shí)施方式的剖視圖。圖4是表示本發(fā)明的致動器的制造方法的一例的工序圖。符號說明1...致動器Γ...致動器11...電極12...陽離子交換樹脂膜13...陰離子交換樹脂膜14...端子(第五電極)
具體實(shí)施例方式以下，詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式?！吨聞悠鞯牡谝粚?shí)施方式》首先，對本發(fā)明的致動器的第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的致動器的第一實(shí)施方式的剖視圖，圖2是表示第一實(shí)施方式的致動器的驅(qū)動狀態(tài)的模式圖。致動器I是由將多個(gè)電極11、多個(gè)陽離子交換樹脂膜12、多個(gè)陰離子交換樹脂膜13層疊的層疊體構(gòu)成的。在本實(shí)施方式中，如圖1所示，由四個(gè)陽離子交換樹脂膜12、三個(gè)陰離子交換樹脂膜13、八個(gè)電極11構(gòu)成。如圖1所示，致動器I交替層疊有陽離子交換樹脂膜12和陰離子交換樹脂膜13。而且，在陽離子交換樹脂膜12和陰離子交換樹脂膜13之間配置有一個(gè)電極11。另外，陽離子交換樹脂膜12以及陰離子交換樹脂膜13各被兩個(gè)電極11夾持。換言之，致動器I按照電極11、陽離子交換樹脂膜12、電極11、陰離子交換樹脂膜
13、電極11、陽離子交換樹脂膜12、電極11.....陰離子交換樹脂膜13、電極11的順序進(jìn)行層置。電極11與電源連接，并具有對陽離子交換樹脂膜12、陰離子交換樹脂膜13施加電壓的功能。作為構(gòu)成電極11的材料，比如有金、鉬、銥、鈀、釕等金屬，碳纖維，各種導(dǎo)電性高分子等。陽離子交換樹脂膜12通過施加電壓，向與電源的正極側(cè)連接的電極11側(cè)彎曲。這是通過在陽離子交換樹脂膜12中，伴隨著陽離子向負(fù)極側(cè)的移動水分子也移動，負(fù)極側(cè)膨潤正極側(cè)收縮而產(chǎn)生的。作為構(gòu)成陽離子交換樹脂膜12的陽離子交換樹脂，沒有特別的限定，但優(yōu)選使用氟系離子交換樹脂。由此，能夠使響應(yīng)速度更快，同時(shí)進(jìn)一步增大位移量。 作為氟系離子交換樹脂，例如可以舉出=Nafion (杜邦公司的商品名)、Flemion (旭硝子公司的商品名)等。這樣的陽離子交換樹脂膜12的厚度優(yōu)選為20 μ m以上1000 μ m以下，更優(yōu)選為100 μ m以上500 μ m以下。由此，能夠在使響應(yīng)速度更快的同時(shí)，進(jìn)一步增大位移量。陰離子交換樹脂膜13通過施加電壓而向與電源的負(fù)極側(cè)連接的電極11側(cè)彎曲。 這是通過在陰離子交換樹脂膜13中，伴隨著陰離子向正極側(cè)的移動水分子也移動，正極側(cè)膨潤負(fù)極側(cè)收縮而產(chǎn)生的。作為構(gòu)成陰離子交換樹脂膜13的陰離子交換樹脂，沒有特別的限定，但優(yōu)選使用碳系離子交換樹脂。由此，能夠在使響應(yīng)速度更快的同時(shí)，進(jìn)一步增大位移量。作為碳系離子交換樹脂，例如可以舉出AcipleX(旭化成公司的商品名)等。這樣的陰離子交換樹脂膜13的厚度優(yōu)選為20 μ m以上1000 μ m以下，更優(yōu)選為100 μ m以上500 μ m以下。通過該結(jié)構(gòu)，能夠在使致動器的響應(yīng)速度更快的同時(shí)，進(jìn)一步增大位移量。另外，致動器I優(yōu)選整體由被覆膜覆蓋。通過該結(jié)構(gòu)，能夠防止各離子交換樹脂膜內(nèi)的水分的蒸發(fā)，能夠進(jìn)一步提高致動器I的耐久性。作為構(gòu)成被覆膜的材料，并不特別限定，例如，可以舉出聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烴，聚氯乙烯，聚酯，聚酰胺，聚醚酰胺，聚氨酯，氟樹脂，硅酮橡膠等。這樣的被覆膜的厚度優(yōu)選為O.1 μ m以上100 μ m以下，更優(yōu)選為I μ m以上10 μ m以下。由此，能夠在不妨礙致動器的響應(yīng)性的情況下，進(jìn)一步提高致動器的耐久性。在這樣構(gòu)成的致動器I中，當(dāng)對電極施加電壓時(shí)，陽離子交換樹脂膜12以及陰離子交換樹脂膜13向相同方向彎曲(圖2的實(shí)線)，致動器I整體較大彎曲。另外，由于使用薄的離子交換樹脂，所以能夠防止離子的移動速度產(chǎn)生降低，能夠加快響應(yīng)速度。另外，通過切換電源的正負(fù)，如圖2所示，致動器I可使彎曲方向變化。以上，對本實(shí)施方式的致動器I進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的致動器不限于此。例如，在上述說明中，說明了致動器I由四個(gè)陽離子交換樹脂膜12、三個(gè)陰離子交換樹脂膜13、八個(gè)電極11構(gòu)成，但是陽離子交換樹脂膜12、陰離子交換樹脂膜13、電極11只要有多個(gè)即可，其數(shù)量并不限定。《致動器的第二實(shí)施方式》下面，對本發(fā)明的致動器的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖3是表示本發(fā)明的致動器的第二實(shí)施方式的剖視圖。本實(shí)施方式的致動器I’與前述的實(shí)施方式同樣，是由將多個(gè)電極11、多個(gè)陽離子交換樹脂膜12、多個(gè)陰離子交換樹脂膜13層疊的層疊體構(gòu)成的。在本實(shí)施方式中，如圖3所示，由四個(gè)陽離子交換樹脂膜12、三個(gè)陰離子交換樹脂膜13、十四個(gè)電極11構(gòu)成。致動器I’與前述的實(shí)施方式同樣，交替層疊有陽離子交換樹脂膜12和陰離子交換樹脂膜13。
而且，在陽離子交換樹脂膜12和陰離子交換樹脂膜13之間配置有兩個(gè)電極11，這與前述的實(shí)施方式不同。S卩，致動器I’是交替層疊被兩個(gè)電極11夾持的陽離子交換樹脂膜12和被兩個(gè)電極11夾持的陰離子交換樹脂膜13的結(jié)構(gòu)。通過形成這樣的結(jié)構(gòu)，能夠提供一種高速響應(yīng)性優(yōu)越，可較大位移的致動器I’，并且可以容易制造這樣的致動器I’?！吨聞悠鱅’的制造方法》下面，對上述致動器I’的制造方法的一例進(jìn)行說明。圖4是表示致動器的制造方法的一例的工序圖。首先，準(zhǔn)備四個(gè)陽離子交換樹脂膜12和三個(gè)陰離子交換樹脂膜13。圖中，將陽離·子交換樹脂膜12的上方稱為第一端部，將陽離子交換樹脂膜12的下方稱為第二端部，將陰離子交換樹脂膜13的上方稱為第三端部，將陰離子交換樹脂膜13的下方稱為第四端部。另夕卜，將第一端部的左面稱為第一面，將第一端部的右面稱為第二面，將第二端部的左面稱為第三面，將第二端部的右面稱為第四面，進(jìn)而將第三端部的左面稱為第五面，將第三端部的右面稱為第六面，將第四端部的左面稱為第七面，將第四端部的右面稱為第八面。接著，如圖4(a)所示，通過沖壓成形等對各膜的一方的端部(第一端部以及第三端部)進(jìn)行成型，使得其一部分的厚度變薄。接著，在四個(gè)陽離子交換樹脂膜12和三個(gè)陰離子交換樹脂膜13的兩面形成一對電極11 (圖4(b))。圖中，將在第一面以及第三面配置的電極11稱為第一電極，將在第二面以及第四面配置的電極11稱為第二電極，將在第五面以及第七面配置的電極11稱為第三電極，將在第六面以及第八面配置的電極11稱為第四電極。在使用Nafion(杜邦公司的商品名)來作為陽離子交換樹脂膜12的情況下，例如，可以如以下那樣形成電極11 (鍍金)。在作為金的絡(luò)合物的二氯菲啰啉金的水溶液中，將如上述那樣成型了端部的一部分的Nafion (陽離子交換樹脂膜12)浸潰12小時(shí)左右，通過離子交換，使金絡(luò)合物離子吸附在I吳中。之后，在60 C的亞硫Ife納水溶液中浸潰5小時(shí)左右，通過還原作用在各I吳表面鍛金，形成電極11。另一方面，在使用Aciplex(旭化成公司的商品名)來作為陰離子交換樹脂膜13的情況下，例如，可以如以下那樣形成電極11 (鍍金)。在作為金的絡(luò)合物的四氯金(III)酸(HAuCl4)的水溶液中將Aciplex膜(陰離子交換樹脂膜13)浸潰12小時(shí)左右，通過離子交換，使金絡(luò)合物離子吸附于膜中。之后，在60°C的抗壞血酸鈉(sodium ascorbate)水溶液中浸潰5小時(shí)左右,通過還原作用在膜表面鍍金，形成電極11。接著，如圖4(c)所示，將兩面形成有電極11的陽離子交換樹脂膜12以及陰離子交換樹脂膜13交替接合。即，第三面和第八面隔著第一電極和第四電極相接，第四面和第七面隔著第二電極和第三電極相接。此時(shí)，在由如上所述成型的陽離子交換樹脂膜12以及陰離子交換樹脂膜13的一部分形成的空間中，插入用于連接電極11和電源的端子14(第五電極)。即，在第一端部和第三端部的一側(cè)的第一電極和第四電極之間以及在第二電極和第三電極之間分別插入第五電極。
需要說明的是，陽離子交換樹脂膜12以及陰離子交換樹脂膜13的接合例如可以采用公知的導(dǎo)電性粘結(jié)劑來進(jìn)行。之后，根據(jù)需要用被覆膜覆蓋，然后將電源和端子14(第五電極)電連接，由此得到致動器I’。以上，對于本發(fā)明，基于最佳實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限定于此。
權(quán)利要求
1.一種致動器，其特征在于，包括第一陽離子交換樹脂膜和第一陰離子交換樹脂膜，所述第一陽離子交換樹脂膜和所述第一陰離子交換樹脂膜在第一方向上層疊，對所述第一陽離子交換樹脂膜在所述第一方向上施加第一極性的第一電壓，對所述第一陰離子交換樹脂膜在所述第一方向上施加第二極性的第二電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，所述第一陽離子交換樹脂膜被第一電極和第二電極夾著，所述第一陰離子交換樹脂膜被第三電極和第四電極夾著。
3.如權(quán)利要求2所述的致動器，其特征在于，所述第二電極兼為所述第三電極。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的致動器，其特征在于，所述致動器還包括第二陽離子交換樹脂膜和第二陰離子交換樹脂膜，所述第二陽離子交換樹脂膜和所述第二陰離子交換樹脂膜沿所述第一方向?qū)盈B在所述第一陰離子交換樹脂膜上。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的致動器，其特征在于，所述陽離子交換樹脂膜的厚度為20 μ m以上1000 μ m以下。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的致動器，其特征在于，所述陰離子交換樹脂膜的厚度為20 μ m以上1000 μ m以下。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的致動器，其特征在于，所述陽離子交換樹脂膜包含氟系離子交換樹脂。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的致動器，其特征在于，所述陰離子交換樹脂膜包含碳系離子交換樹脂。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的致動器，其特征在于，所述致動器由被覆膜覆蓋。
10.如權(quán)利要求9所述的致動器，其特征在于，所述被覆膜的厚度為O.1 μ m以上100 μ m以下。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的致動器，其特征在于，所述第一陽離子交換樹脂膜及所述第二陽離子交換樹脂膜分別包括第一端部、第二端部、所述第一端部的一側(cè)的在所述第一方向上相對的第一面以及第二面、所述第二端部的一側(cè)的在所述第一方向上相對的第三面以及第四面，所述第一面與所述第二面的間隔比所述第三面與所述第四面的間隔短，所述第一陰離子交換樹脂膜及所述第二陰離子交換樹脂膜分別包括第三端部、第四端部、所述第三端部的一側(cè)的在所述第一方向上相對的第五面以及第六面、所述第四端部的一側(cè)的在所述第一方向上相對的第七面以及第八面，所述第五面與所述第六面的間隔比所述第七面與所述第八面的間隔短，所述第一電極配置于所述第一面以及所述第三面，所述第二電極配置于所述第二面以及所述第四面，所述第三電極配置于所述第五面以及所述第七面，所述第四電極配置于所述第六面以及所述第八面，所述第二電極和所述第三電極在所述第二端部以及所述第四端部的一側(cè)相接，第五電極在所述第一端部以及所述第三端部的一側(cè)配置在所述第二電極和所述第三電極之間。
12.—種致動器的制造方法，其特征在于，包括以使多個(gè)陽離子交換樹脂膜的各自的第一端部側(cè)的厚度比第二端部側(cè)的厚度薄的方式進(jìn)行成形的工序；以使多個(gè)陰離子交換樹脂膜的各自的第三端部側(cè)的厚度比第四端部側(cè)的厚度薄的方式進(jìn)行成形的工序；在所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜的各自的所述第一面以及所述第三面、所述第二面以及所述第四面上分別形成第一電極、第二電極的工序；在所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜的各自的所述第五面以及第七面、所述第六面以及所述第八面上分別形成第三電極、第四電極的工序；將所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜中的一個(gè)陽離子交換樹脂膜和所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜中的一個(gè)陰離子交換樹脂膜以所述第四面和所述第七面隔著所述第二電極和所述第三電極的方式接合的工序；在所述第二面和所述第五面之間的所述第二電極和所述第三電極之間插入第五電極的工序。
13.如權(quán)利要求12所述的致動器的制造方法，其特征在于，還包括將所述多個(gè)陽離子交換樹脂膜中的另外一個(gè)陽離子交換樹脂膜和所述多個(gè)陰離子交換樹脂膜中的所述一個(gè)陰離子交換樹脂膜以所述第三面和所述第八面隔著所述第一電極和所述第四電極的方式接合的工序；在所述第一面和所述第六面之間的所述第一電極和所述第四電極之間插入第六電極的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種小型、高速響應(yīng)性優(yōu)越且能夠較大位移的致動器，并提供一種能夠容易制造這樣的致動器的制造方法。本發(fā)明的致動器的特征在于，其由多個(gè)電極(11)、多個(gè)陽離子交換樹脂膜(12)、多個(gè)陰離子交換樹脂膜(13)的層疊體構(gòu)成，陽離子交換樹脂膜(12)和陰離子交換樹脂膜(13)交替層疊，陽離子交換樹脂膜(12)及陰離子交換樹脂膜(13)分別被兩個(gè)電極(11)夾持，對相鄰的陽離子交換樹脂膜(12)和陰離子交換樹脂膜(13)之間的電極(11)施加電壓，使得成為相同的極性。
文檔編號B81C99/00GK102992257SQ201210313060
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者田中英樹 申請人:精工愛普生株式會社