イオン性液体を用いたクッションアクチュエータ、及びそれからなる車両用部品
【課題】 軽量化、省スペース化が可能であると共に、入力エネルギーを機械的な出力に変換し駆動させるアクチュエータ機能を、自動車などの内装材部品に新機能として付加し提供する。
【解決手段】 高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴とするクッションアクチュエータ。
【解決手段】 高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴とするクッションアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、モーターや油圧式、空気圧式アクチュエータのように、電気や他の入力エネルギーを機械的エネルギーに変換して駆動することのできる成分を含み、その駆動の結果、クッション体から液体等の溶媒流出を伴わずに、すばやく見かけ上の体積変化をもたらすことができるクッションアクチュエータ、およびこのようなクッションを用いた車両用部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に用いられている機械式の駆動源として、モーター、油圧・空気圧式アクチュエータ等があるが、これらは概ね金属からなるものが多く、重量、スペースを大きくとり、また必要な動力源としても多大なエネルギーを必要とするものが多い。
【０００３】
これらに鑑み、軽量、省スペースで得られる有機材料を用いたアクチュエータの例として、特許文献１に記載の導電性高分子は、電気化学的な酸化還元反応を用いて、有機材料の伸縮を上記課題に適用しようとなされたものである。しかしながら、得られる形状の具体例は、フィルム状で伸縮方向も長手方向の一例しか示されていなく、体積変化を伴わない。
【０００４】
体積変化するものの例としては、ゲルと溶媒との組合せによる特許文献２に記載の高分子アクチュエータが挙げられるが、ゲルからなる骨格内から電気刺激により溶媒を絞り出すことで、骨格材料の変形を導き出すため、変形速度も非常に緩やかで、また溶媒を溶媒槽ごとシステムとして抱えることになり、電解液漏れや、電気分解による性能低下が起こる可能性を十分に秘めている。
【特許文献１】特開２００４−１６２０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、上記の問題点を鑑みて、これらの材料をクッション形状として得る工夫をすることにより、空気中で、迅速に大きな変位で動かすことのできるクッションアクチュエータを得ることを課題としている。
【０００６】
そこで、本発明は、従来の有機アクチュエータにおける上記課題に着目してなされたものであって、軽量化、省スペース化が可能であると共に、入力エネルギーを機械的な出力に変換し駆動させるアクチュエータ機能を、自動車などの内装材部品に新機能として付加し提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴とするクッションアクチュエータにより上記目的が達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、常温、空気中で即時の駆動が可能なクッションアクチュエータを得ることができる。これらのクッションアクチュエータは、従来のクッション材料と置き換えることにより、クッション製品に新たな機能を付与することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係わるクッションアクチュエータは、高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴としている。
【００１０】
本発明のクッションアクチュエータに用いられる、高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料の形状（形態）としては、特に制限されるものではなく、一般的な多孔質クッション材料において利用されている各種形態を用いることができる。かかる高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料の実施形態につき、図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、空孔を持つ多孔質材料の代表的な一実施形態であって、空孔が独立気泡で出来ている多孔質材料の形状例を示す図面であり、図１Ａは斜視図を示し、図１Ｂは断面図を示す。図２は、空孔を持つ多孔質材料の他の実施形態であって、該空孔（気泡）が連続に繋がった多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図３は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔が、体心立方格子構造（ないし単純立方格子構造）に近い配置となるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図４は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）が立方最密充填構造（面心立方格子構造）に近い配置となるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図５は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）の大きさが不均一な多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図６は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、気泡断面が円形でない、即ち、空孔（気泡）が球形ではない変形断面形状の多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【００１２】
すなわち、図１〜６に示すように、空孔３を持つ多孔質材料１では、駆動源となるイオン性液体が含まれていない状態では、その多孔質材料１の空孔（空隙）３部分以外の骨格２が高分子材料で形成された構造となっている。具体的には、空孔３が独立気泡で出来ているもの（図１）、空孔３が連続に繋がったもの（図２）、空孔３が周期的に並んでいるもの（図３、４）、空孔３の大きさが不均一なもの（図５）、空孔３の断面が円形ではない変形断面形状のもの（図６）等がある。これらはクッションの硬さやばね定数をチューニングする手段として用いられる。但し、本発明では、空孔を持つ多孔質材料の形状（形態）はこれらに何ら制限されるものではなく、例えば、空孔が連続に繋がったもの（連続気泡）と独立気泡が混在するようなものであってもよい。このように、上記の各種形態が適当に組み合わされたものなども利用可能である。なお、図３、４では、全ての空孔が整然と配列されているように表しているが、実際にはこれに近い状態に配列することができれば、こうした周期的に並ばせたことにより、一定の硬さや、ばね定数を得られたり、均一な変形が得られるなどの効果を十分に発現することができる。また周期的な配列の一部に不規則な配列が含まれていても同様である。
【００１３】
この多孔質材料の骨格を構成する高分子材料としては、特に制限されるものではなく、一般的な多孔質クッション材料において利用されているものを用いることができる。具体的には、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリメタクリル酸エチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルホルマール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。
【００１４】
本発明の意図するところは、これらのようなクッションの静的特性の変化もさることながら、アクチュエーション等の動的な特性をも狙って、多孔質クッションの構造の工夫と材料の工夫を組合せることによって、上記機能を実現したところにある。
【００１５】
ここで言う高分子からなる多孔質材料とは、外形寸法から得られる見かけ体積よりも、材料の使用量が小さくなっているものをいい、多孔質化したことによる空隙（空孔）によりその材料単体からなる同寸法のものより見かけの密度が小さくなっているものを言う。高分子からなる多孔質材料として、一般的には、発泡スチロール、発泡ポリプロピレン、発泡ウレタン等の発泡材が挙げられる。これらの材料は、空孔が独立しているもの、連続しているものに関わらず、外形より密度が小さくなっている。本発明では、上記した一般的な高分子材料の発泡材の他にも多孔質材料の骨格を構成する高分子材料として、高分子ゲル、エラストマー等からなるものも好適であるので後に記述する。
【００１６】
独立気泡を形成させるには、予め内包物として揮発成分を含ませておいたマイクロカプセルを用いる方法や、上記連続気泡を形成させる材料でも、発泡成分量を少なくしておく方法等で作製出来る。
【００１７】
これらの多孔質材料の空隙部分とは、すなわち連続気泡のものでは空気、独立気泡のものでは発泡したガス成分、またはそれが置換された空気が含まれる部分を言う。また、骨格とは、上記空隙以外の、高分子からなるものを示している。イオン性液体は、当該骨格中に含まれていればよい。使用中にイオン性液体が外部に流出することがないように、製造段階で余分なイオン性液体は外部に流出されている。そのため、一部、空隙部分に存在しても良いが、多くの場合、空隙部分にイオン性液体は残っていないといえる。
【００１８】
これらの空隙部分の大きさは特に制限されるものではないが、数百ｎｍ程度から数ｍｍ程度の範囲で作ったものが、本発明のアクチュエートするクッションを得るには、骨格の変形を容易に得られる点で、好適である。本発明では、多孔質材料中の全ての空隙部分の大きさが上記に規定する範囲内にあるのが望ましいが、本発明の作用効果を損なわない範囲であれば、一部はずれるものが含まれていてもよい。ここで、空隙部分の大きさとは、連続、単独どちらの気泡においても、その発泡１単位毎の大きさのことを言う（図１〜図６中、符号Ｌで表した大きさ部分を参照）。よって、図２に示すように、空孔（気泡）３が連続に繋がったものでも、これら連続気泡を構成する個々の発泡１単位毎の大きさを言うものとする。また、図５に示すように、空孔（気泡）３の大きさが不均一な場合には、個々の発泡１単位毎の大きさＬが、上記に規定する範囲に入っているのが望ましい。同様に、図６に示すように、空孔３の断面が円形ではない変形断面形状のものでは、発泡１単位毎の大きさＬは、最大長さ部分をいうものとする。
【００１９】
空隙部分の大きさ、量が小さくなると相対的に高分子材料からなる骨格が太く、大きくなる傾向があり、アクチュエート量は、概ね小さくなる。空隙部分の大きさ、量が大きくなると、高分子材料からなる骨格が小さくなるため、クッション体としての形状が維持しにくくなる傾向にある。発泡倍率で言うと、数倍から５０倍程度のもの、空隙率で言うと３０〜９８％、好ましくは７５〜９７％程度ものが、容易に得られ、またクッション体、アクチュエート量を共に満足する傾向が見られるが、ここでは特に限定は行わない。
【００２０】
本発明では、この骨格中にイオン性液体を含むことにより、温度刺激や電気刺激を与えることで、本クッションアクチュエータは駆動する。
【００２１】
高分子材料からなる骨格中にイオン性液体を含ませる方法としては、（１）予め発泡体のモノマー中にイオン性液体を混合、分散させておき、発泡、ポリマー化させる際に骨格中に取り込ませる方法、（２）発泡させた後、含浸により、骨格中に含ませる方法（含浸方法）などが挙げられる。ただし、これらに制限されるものではない。イオン性液体は一般的に常温で不揮発性なので、これらの骨格中に留まる。ここで骨格に含ませるイオン性液体の量は、骨格材料の重量に対して数％から５０％程度が、実際に駆動が起き、骨格強度を維持する等の点で好ましいが、ここでは特に限定を行わない。なお、上記（１）の方法に用いるモノマーを含む組成物としては、特に制限されるものではない。上述した骨格を構成する高分子材料（更には、後述する高分子ゲル材料やエラストマー材料を含む）を形成し得るモノマー、溶媒、重合開始剤、発泡剤などの各種添加剤、イオン性液体等を適量含有するものであればよい。なお、高分子材料からなる骨格中にはイオン性液体のほか、溶媒などが含まれていても良い。例えば、高分子をゲル化させるのに、イオン性液体を用いてゲル化させてもよいし、他の適当な溶媒を用いてもよいためである。
【００２２】
本発明に用いることの出来るイオン性液体の例としては、特に限定されるものではないが、構成するカチオンまたはアニオンのうち少なくとも一つが有機物イオンであって、室温以下の融点を有する常温溶融塩である。
【００２３】
上記イオン性液体を構成するカチオンとしては、イミダゾリニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、テトラヒドロピリミジニウムカチオン、ジヒドロピリミジニウムカチオン等のアミジニウムカチオン、イミダゾリニウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、イミダゾリウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、テトラヒドロピリミジニウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、ジヒドロピリミジニウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、等のグアニジニウムカチオン、およびメチルジラウリルアンモニウム等の３級アンモニウムカチオン等が挙げられる。上記カチオンは１種単独でも、また２種以上を併用してもいずれでもよい。
【００２４】
上記イオン性液体を構成するアニオンとしては、下記の有機酸、無機酸が挙げられる。
【００２５】
有機酸としては、カルボン酸、硫酸エステル、高級アルキルエーテル硫酸エステル、スルホン酸、スルホン酸エステル、リン酸エステルなどが挙げられる。
【００２６】
無機酸としては、例えば、超強酸（例えば、ホウフッ素酸、四フッ化ホウ素酸、過塩素酸、六フッ化リン酸、六フッ化アンチモン酸および六フッ化ヒ素酸等が挙げられる。）、リン酸およびホウ酸等が挙げられる。上記アニオンは、上記有機酸および無機酸の中から１種単独でも２種以上の併用でもいずれでもよい。
【００２７】
本発明は、これらの多孔質材料とイオン性液体とを組み合わせることで、従来の材料では成し得なかった溶媒の放出を伴わない体積変化をくり返し可逆的に行うことを可能とした。この原理を図面を用いて以下に説明する。図７は、本発明に係わるクッションアクチュエータの駆動原理を示す断面模式図である。このうち、図７Ａは、本発明に係わるクッションアクチュエータの多孔質材料の形状を表した断面模式図であって、温度刺激や電気刺激を与える前の状態を表す。図７Ｂは、図７Ａの破線部分を拡大した断面模式図である。図７Ｃは、図７Ｂで拡大した部分において、温度刺激や電気刺激を与えて、係わるクッションアクチュエータを駆動（体積変化）させた状態を表す断面模式図である。図８は、本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの模式図である。このうち、図８Ａは、クッションアクチュエータの斜視図を示し、図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線の断面図を示す。本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体の状態を示す模式図である。このうち、図９Ａは、電圧未印加で、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が陽イオンと陰イオンに独立で分散している状態を示す断面模式図である。図９Ｂは、電圧印加して、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が、陽極側に陰イオン、陰極側に陽イオンが移動した状態を示す断面模式図である。図９Ｃは、図９Ｂの状態を経た後、移動した陽、陰イオンの大きさに応じて、クッションアクチュエータの変形（駆動）が起こった状態を示す断面模式図である。
【００２８】
温度刺激の場合、骨格中に含まれるイオン性液体と骨格を形成する高分子との相互作用により、見かけ上の体積変化が起こる。
【００２９】
詳しくは、図７Ｂに示すように、骨格２内でイオン性液体が陽イオン（カチオン）１０と陰イオン（アニオン）１１に独立で分散している状態から、図７Ｃに示すように、温度刺激や電気刺激を与えることで骨格２との相互作用を持ち始めると、骨格２中で静電引力（図中、双方向矢印で示した。）が発生するようになる。それに伴って骨格２も異方的な延伸を受けることになり、骨格２自体の体積は変化しないものの、見かけ体積は大きくなる。図中の破線で表される体積量を持っていた空孔３や骨格２が、多孔質材料１の上下方向に異方的な延伸を受けることになり、それぞれ実線で表される体積量まで見かけ上の体積が大きくなる。更に、相互作用を持たない温度以下では、再び図７Ｂに示すように、イオン性液体が陽イオン（カチオン）１０と陰イオン（アニオン）１１にランダムに分散した状態になるので、骨格２を張る力が働かず、相対的に縮んだ状態となり、結果として骨格２が太く、短くなって、空隙３が小さくなり、図７Ｃの破線で表される体積量まで見かけ体積が小さくなる（元に状態に戻る）。このように、本発明では、多孔質材料１の見かけ上の体積変化をくり返し可逆的に行うことができる。
【００３０】
電気刺激の場合にも、同様に見かけ体積の変化を引き起こせる。
【００３１】
この場合には、図８に示すように、クッションアクチュエータ１３の両面（対向する２面のうちの１つ）に少なくとも一対の電極１５が設置されることがより好適である。なお、クッションアクチュエータ１３の形状は、図１０、１１に示すように、使用用途により異なるので、電極を設置する面も、本発明の作用効果が効果的に得られるように配置すればよい。
【００３２】
この様に電極１５をクッションアクチュエータ１３に対して向かい合わせて設置し電圧印加することで、図９Ｂに示すように、その電極間でイオン性液体は、陽極側１５ａに陰イオン１１、陰極側１５ｂに陽イオン１０が移動する。これに伴い、移動した陽、陰イオン１０、１１の大きさに応じて、クッション（アクチュエータ１３）の変形が起こる。陽イオン１０の方が小さく、陰イオン１１が大きい場合で、陽極１５ａが上側に設置され通電した場合、陽極１５ａ付近では骨格２の太さが太くなり、陰極１５ａ付近では骨格２が細くなる。それにより、図９Ｃに示すように、陰極１５ｂ付近の骨格２は形状を維持できる力が小さくなり、結果として上下方向に体積が見かけ上を小さくできる。
【００３３】
イオン性液体の陽、陰イオン１０、１１の大きさが逆の場合や、クッション（アクチュエータ１３）への電極１５位置の配置により、動きのバリエーションを持たせることが出来る。このように、電気刺激を与えて駆動させる場合、イオン性液体の陽イオンと陰イオンの大きさが異なるものを適宜組み合わせることで、クッションアクチュエータの体積変化量（ないし変化幅）を任意にコントロールすることができる。
【００３４】
このとき印加する電圧は、通常１〜１００Ｖ程度がより好適ではあるが、クッション体として薄い形状で用いる場合には、数ｍＶから数百ｍＶでも駆動できる。また、逆に厚い場合には、数ｋＶでも駆動させることは可能であるが、ここでは特に限定は行わない。これは、自動車などの内装材部品として適用する場合には、上記に規定する範囲の電圧であれば、自動車用電源から容易に供給することができるためである。
【００３５】
これらのクッションアクチュエータの高分子材料からなる骨格へのイオン性液体の含ませ方は、先述の（２）の含浸方法が好適である。
【００３６】
かかる含浸方法としては、予め発泡させた高分子材料（発砲体）をイオン性液体中に浸漬して、概ね１〜１０日程度、イオン性液体を含浸させたのち、空隙部に入ったイオン性液体を概ね１〜５日程度放置するなどして流し出すことで得ることができる。これらの形態でも、上記と同様の原理で、クッションアクチュエータとして機能する。この時に含浸させたことによる重量増加は、先述の（１）の予め混合しておく方法と同様に、もとの骨格材料の重量に対して数％から５０％程度であることが好ましいが、特に限定は行わない。
【００３７】
なお、上記骨格に含浸させる成分としては、上記イオン性液体の他にも、本発明の作用効果を有効に発現することができる範囲内であれば、他の溶媒を含んでいてもよい。
【００３８】
また、高分子材料（発砲体）をイオン性液体（他の溶媒を含んでいてもよい。以下同様とする。）中に浸漬し含浸させた後、放置するなどして骨格中に保持し得ないものや空隙部に入ったイオン性液体を外部に流出させてしまうことで、その後、製品化されたクッションアクチュエータを固く絞っても、また後述する実施例２等のように電圧負荷により素早くかつ大きな体積変化を行っても、イオン性液体が外部に流出することはない。そのため、実際にクッションアクチュエータとして利用する際に想定される外部負荷や電圧印加による体積変化を生じさせた程度では、イオン性液体が外部に流出することはない。また、骨格中に許容可能なイオン性液体が含浸されているため、外部から骨格内に更に他の液体（溶媒）が吸収されることもないため、駆動性能を長期間安定して保持することができる。これは、先述の（１）の予め混合しておく方法においても同様に、骨格中に保持し得ないものや空隙部に入ったイオン性液体を流出させることで、製品化後にイオン性液体（他の溶媒を含んでいてもよい）が外部に流出したり、外部の液体が骨格中に吸収されるのを防ぐことができる。
【００３９】
本発明に用いる多孔質材料の骨格を構成する高分子材料としては、上述した一般的な多孔質クッション材料において利用されている、一般的な高分子材料の発泡材を用いることができるが、更に高分子ゲルからなることが好ましい。
【００４０】
高分子ゲルの例としては、ポリアクリル酸系、ポリメタクリル酸系、ポリアクリルアミド系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリロニトリル系、ポリメチルメタクリレート系、ポリウレタン系、ポリスルホン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリロキサン系などを挙げることができる。さらに具体的には、ポリアクリル酸ゲル、ポリメタクリル酸ゲル、ポリ（アクリルアミド−アクリル酸）共重合体ゲル、ポリ（アクリルアミド−メタクリル酸）共重合体ゲル、ポリ（アクリルアミド−トリメチル（Ｎ−アクリロイル−３−アミノプロピル）アンモニウムアイオダイド）共重合体ゲルの４級化ゲル、ポリアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ゲル、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸複合体ゲル、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸−メタクリル酸−２−ヒドロキシルエチル）共重合体ゲル、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸−７クリ口ニトリル）共重合体ゲル、アルギン酸塩ゲル、コラーゲンゲル等が挙げられる。その他、天然物を素にするものでは、タンパク質や多糖類等の天然高分子を素にする角膜、水晶体、卵白、豆腐、こんにゃく、ゼラチンの様なゲルも挙げられる。
【００４１】
上記の高分子ゲルの中には、架橋点を持たない物理ゲルも含まれるが、より好ましくは、化学結合による架橋点を持つ化学ゲルが形状維持の観点から好ましい。
【００４２】
また、本発明に用いる多孔質材料の骨格を構成する高分子材料としては、上述したものの他にエラストマーも好適であり、その例としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等のゴム材料や、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル等のポリマーとゴム材料とのランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体等が挙げられる。本発明で言うエラストマーは、最も公義に解釈されるべきものであり、上記に例示したとおり、ゴム、熱可塑性エラストマーの双方を含むものである。
【００４３】
次に、本発明のクッションアクチュエータでは、その多孔質材料中の空孔が、独立しているもの、連続しているもの、独立したものと連続したものが混在したもののいずれの形態であってもよい。使用用途に応じて、適宜、最適な空孔形態となるように、高分子材料の種類、マイクロカプセルなどの発砲剤の種類や添加量（発砲倍率）や製造条件（温度、圧力等）などを適宜調整すればよい。
【００４４】
上記多孔質材料中の空孔が、連続した空孔である場合には、下記の点で好ましい。
【００４５】
即ち、独立気泡であると、その空隙中の内包物（蒸発した発泡剤や空気）が駆動により圧縮を受ける。つまりは、圧縮のための力が余計に必要になるため、駆動量が小さくなる傾向にある。連続気泡であれば、図９Ａ→図９Ｂ→図９Ｃに示すように、気泡部分が小さくなったとしても、その部分の空気は、外部に流出することが出来、また、図９Ｃ→図９Ｂ→図９Ａに示すように、気泡部分が大きくなった場合にも、外部から空気をすばやく吸入することが出来る。これにより、駆動量も大きくなり、且つ駆動速度も大幅に速くなる。
【００４６】
ここで言う、駆動速度とは、駆動をさせるための刺激（温度、電気）を与えてから、変形完了までの間の最高の速度を言い、特に本発明で得られるクッションアクチュエータは、１０分／ｍｍの変形速度を持ち、すばやい変形をもたらすことができる。
【００４７】
一方、上記多孔質材料中の空孔が、独立した空孔である場合には、下記の点で好ましい。即ち、独立気泡であると、駆動量が小さくなる反面、気泡内部に空気は圧縮された状態で残るため、優れた反発力（エアスプリング効果によるクッション性）を発現することができる。そのため、自動車用部品として利用する場合には、乗員に快適な乗り心地を提供することができる。また、独立気泡であるがゆえに気泡が残ることが明らかで、それにより変形量の推定が容易になり、ひいてはクッション設計も容易になる。
【００４８】
更に上記多孔質材料中の空孔が、独立した空孔と連続した空孔とが混在している場合には、混在比率を調整することで、双方の特徴（利点）を持たせることができる。
【００４９】
次に、先述の様にクッションアクチュエータ両面に少なくとも一対の電極が設置することは、電気刺激で駆動させる場合には特に有効である。
【００５０】
電極を設置する方法としては、一般的に用いられる導電体を塗布する方法や、蒸着する方法等を適宜用いることが出来る。
【００５１】
次に本発明のクッションアクチチュエータの高分子は、空隙を持つことはもちろんであるが、その空隙を持たせる方法として、発泡体から得ることが、製法上から好ましい。
【００５２】
ここまでに記述している各種の材料を、公知の気泡発生手段、例えば、熱分解型発泡剤を用いた気泡発生手段、揮発性溶剤を用いた気泡発生手段、あるいは高圧下で不活性ガスを高分子中に吸収させ、常圧で発泡させる気泡発生手段などを用いて発泡成形することが出来る。
【００５３】
ここで得られたクッションアクチュエータを車両用部品、例えば、車両の内装材に用いられるクッション材料と置換することで、乗員の座り心地やクッションの動きによる乗り心地の改善、車両から乗員へ信号を伝達する手段等に用いるのは、先述の課題を解決する手段の中では、従来持たない機能を付与する技術であるために、新たなスペースや重量の増加を伴わず、大変好適である。
【００５４】
例えば、車両のシートクッションに使用した場合の図を図１０、１１に示す。図１０は、本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である一人用の座席シートの側面模式図である。このうち、図１０Ａは、乗員の体格等に合わせて、シート座面に用いたクッションアクチュエータを下降させるように収縮（駆動）させた状態を表す側面模式図であり、図１０Ｂは、図１０Ａのクッションアクチュエータを上昇させるように伸長（駆動）させた状態を表す側面模式図である。図１１は、本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である多人数用のシートの正面模式図である。このうち、図１１Ａは、乗員が使用していないときのフラットな状態のシートを表す正面模式図である。図１１Ｂは、乗員人数に合わせて２名の乗員が座る部分のクッションアクチュエータを凹ませ、乗員と乗員の間の部分のクッションアクチュエータを膨らませるように伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。図１１Ｃは、乗員人数に合わせて３名の乗員が座る部分のクッションアクチュエータを、乗員と乗員の間の部分のクッションアクチュエータを膨らませるように伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。
【００５５】
図１０では、乗員１名ごとのシート３０の場合、乗員（図示せず）の体格等に合わせて、シート座面３１の上昇や下降を、メカニカルな機構を持たずに行うことができる。同様に図１１では、多人数用のシート３２の場合、乗員３３の数に合わせて、例えば、図１１Ａのようにフラットな状態のシート３０を、乗員２名の場合には図１１Ｂに示すように、乗員３名の場合には図１１Ｃに示すように、座り心地を高め適度なホールド感を得るために、座面の必要な部分だけ凹ませたり（乗員が座る部分３２ａ）、膨らませたり（乗員と乗員の間の部分３２ｂ）させることが出来る。両例ともにメカニカルな機構を持たない為、本発明による機構を追加しても、大きな重量増を招かず、燃費の悪化を防ぐことが出来る。また、図１０では、座席シートの座面部にクッションアクチュエータを用いた例を示したが、背もたれ部分３４に用いてもよいし、双方に適用してもよい。同様のことが図１１の多人数用のシートにおいても言えるものである。このように本発明のクッションアクチュエータの用途としては、座席シート、シートバック、ヘッドレスト、ステアリング、ドアクッション、肘掛、インパネ表皮材などとして、車両（自動車、電車や新幹線などの鉄道車両）用部品に限られるものではなく、他の輸送機器（船舶、航空機）用部品、家庭用部品（家具、寝具など）などにも幅広く適用することができるものである。
【００５６】
なお、多人数用のシート３２での乗員人数に応じて必要な部分だけ駆動させる方法としては、特に制限されるものではなく、上記したような車両から乗員へ信号を伝達する手段等を用いることができる。例えば、シート３２全体に配置したクッションアクチュエータの多孔質材料の上下両面に設ける電極を細分化し、独立して通電できるようにすることができる。即ち、乗員が座った際の負荷を感知する感圧センサ等を配置しておき、一定以上の負荷が感知された部分の電極にのみ通電できるようにすれば、乗員が座った部分のみを凹ませることができる。ただし、本発明はこれらの駆動方法に何ら制限されるものではない。
【実施例】
【００５７】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００５８】
（実施例１）
架橋剤としてのＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてのアクリルアミドと、開始剤としての過硫酸カリウムとを含む水溶液に、熱分解型発泡剤として炭酸水素ナトリウムを用い、５０℃環境下で緩やかに発泡させつつ、架橋を行い、多孔質材料を得た。得られた多孔質材料の空隙（空孔）の大きさは概ね直径５００μｍであり、発泡倍率は２０倍程度（空隙率９５％）で、気泡（空孔）は連続気泡となった。
【００５９】
次にこの多孔質材料を乾燥し、水分を取り除いた後、１ｃｍ角のサイコロ状に切り出し、駆動源となるイオン性液体である、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム−ビス（トリフロロメタンスルフォン）イミド（以下、ＥＭＩＴＦＳＩともいう）中に１０日間浸漬した。取り出した後、５日間放置し、空隙部中のＥＭＩＴＦＳＩを取り除き、クッションアクチュエータを得た。含浸前に０．０５８ｇであった重量は、０．０６７ｇとなった。
【００６０】
このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。なお、変位量は下記に示す変位量試験によって測定した（以下の実施例及び比較例の変位量につきても同様にして測定した。）。
【００６１】
詳しくは、２５℃の低温槽にクッションアクチュエータが体積変化しない状態で安定するまで静置した（この段階で基準となる体積量を測定した）後、７０℃の高温槽にクッションアクチュエータを移動し、クッションアクチュエータの温度変化と体積変化とを測定し、クッションアクチュエータが７０℃に達し体積変化しない状態で安定するまでの時間を測定した。その後、同様にして２５℃の低温槽に移して、温度変化と体積変化とを測定した。こうした環境を変化させることを１０回繰り返して行った。なお、クッションアクチュエータの温度は、各温度槽間の移動後短時間３０秒程度で槽内温度に安定した。
【００６２】
その結果、環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。このことから、実施例２等に示す電気刺激を付与する場合に比して、温度変化に対する体積変化の追従性には、ある程度時間的なずれがある（時間差がある）ことがわかった。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００６３】
（実施例２）
実施例１と同様にして、１ｃｍ角のクッションアクチュエータを得て、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。
【００６４】
このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、電極間の距離が０．２ｍｍ程度縮む様子が観察された。
【００６５】
電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された（図１２参照）。また、クッションアクチュエータの評価試験において、電圧印加、未印加の変化させることで繰り返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに電気刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００６６】
（実施例３）
３０倍発泡（連続気泡、空隙率９７％、空隙径約１ｍｍ）のウレタンクッションを１ｃｍ角のサイコロ状に切り出し、ＥＭＩＴＦＳＩ中に１０日間浸漬して、イオン性液体を含浸させた。含浸前に０．０４１ｇであった重量は、０．０５２ｇとなった。
【００６７】
このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。詳しい計測の内容は、実施例１で説明した通りである。
【００６８】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００６９】
（実施例４）
実施例３と同様にして、１ｃｍ角のクッションアクチュエータを得て、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、電極間の距離が０．１ｍｍ程度縮む様子が観察された。
【００７０】
電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が１０Ｈｚ程度でも観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、電圧印加、未印加の変化させることで繰り返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに電気刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７１】
（実施例５）
実施例１と同様の発泡前の材料に、ＥＭＩＴＦＳＩを体積比で１０％混合し、５０℃で発泡、架橋を行った。得られたクッション体の空隙の大きさは概ね直径５００μｍ、発泡倍率は１５倍程度（空隙率９３％）、気泡は連続気泡となった。次にこの多孔質材料を乾燥し、水分を取り除いた後、１ｃｍ角のサイコロ状に切り出した。このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。
【００７２】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７３】
（実施例６）
ウレタン樹脂の発泡前に、ＥＭＩＴＦＳＩを体積比で１０％混合し、１０ｋＶの電界をかけながら型内で発泡させた。得られたウレタンは２５倍程度の発泡倍率で、連続気泡、空隙率９６％、空隙径約１ｍｍで１ｃｍ角に切り出すと重量は０．０４９ｇであった。このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。
【００７４】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、電圧印加、未印加の変化させることで繰り返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに電気刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７５】
（実施例７）
架橋剤としてのＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてのアクリルアミドと、開始剤としての過硫酸カリウムとを含む水溶液に、独立気泡を得るためのマイクロカプセル（松本油脂製マイクロスフィアーＦ−８０ＥＤ）を体積比で１９００％、ＥＭＩＴＦＳＩを体積比で１０％混合し、５０℃環境下で架橋を行い、クッション体（クッションアクチュエータ）を得た。得られたクッション体の空隙の大きさは概ね直径１００μｍ、発泡倍率は２５倍程度（空隙率９３％）、気泡は独立気泡となった。
【００７６】
このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。
【００７７】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７８】
（比較例１）
３０倍発泡（連続気泡、空隙率９７％、空隙径約１ｍｍ）のウレタンを１ｃｍ角に切り出し、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加したが、電極間の距離の変化は見られなかった。
【００７９】
また、このサンプルを環境温度５℃〜８０℃まで変化させ、変位を測定していたが変化は見られなかった。
【００８０】
（比較例２）
架橋剤としてのＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてのアクリルアミドと、開始剤としての過硫酸カリウムとを含む水溶液に、熱分解型発泡剤として炭酸水素ナトリウムを用い、５０℃環境下で緩やかに発泡させつつ、架橋を行い、多孔質材料を得た。空隙の大きさは概ね直径５００μｍ、発泡倍率は２０倍程度（空隙率９５％）、気泡は連続気泡となった。
【００８１】
この多孔質材料をクッションアクチュエータとして１ｃｍ角に切り出し、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加したが、電極間の距離の変化は見られなかった。
【００８２】
また、このサンプルを環境温度５℃〜８０℃まで変化させ、変位を測定していたところ、高温側で１時間程度の経過後、体積が収縮し０．１ｍｍ程度縮んでいる様子が観察されたが、低温に戻しても数時間の間は変化が見られなかった。
【００８３】
〔評価試験〕変位量試験
上記実施例１〜７および比較例１〜２によって得られたクッションアクチュエータに対して、レーザー変位計（キーエンス株式会社製ＬＢ−５０００）を用いて、恒温槽中で温度条件を適宜設定して評価した。
【００８４】
なお、変位量試験に用いた装置を図１２に示す。すなわち、図１２は、本発明に係るクッションアクチュエータの評価方法を実施する装置の模式図である。
【００８５】
この装置は恒温槽４０とレーザー変位計４１とから構成される。恒温槽４０内には測定ヘッド４２が設けられている。測定ヘッド４２は二つの測定用ヘッド４２Ａ、４２Ｂが対向して配置されて成り、一方の測定用ヘッド４２Ａから他方の測定ヘッド４２Ｂに向けて測定用レーザー４３が照射される。測定用ヘッド４２Ａと４２Ｂとの間には、試料となるクッションアクチュエータ１が介在され、その高さ４４が測定される。クッションアクチュエータ１の高さ４４は、測定用ヘッド４２Ａから照射された測定用レーザー４３がどの程度の高さまで測定用ヘッド４２Ｂによって受光されたかを認識することによって求められる。測定用ヘッド４２Ａ、４２Ｂにはレーザー変位計４１が接続されているが、クッションアクチュエータ１の高さ４４は、このレーザー変位計４１によって求められる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１Ａ】図１は、本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の代表的な一実施形態であって、空孔が独立気泡で出来ている多孔質材料の形状例を示す図面である。このうち、図１Ａは、斜視図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線の断面図を示す。
【図２】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の他の実施形態であって、該空孔（気泡）が連続に繋がった多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図３】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔が立方格子充填構造をとるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図４】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）が最密充填構造をとるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図５】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）の大きさが不均一な多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図６】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、気泡断面が球形ではない変形断面形状の多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図７Ａ】図７は、本発明に係わるクッションアクチュエータの駆動原理を示す断面模式図である。このうち、図７Ａは、本発明に係わるクッションアクチュエータの多孔質材料の形状を表した断面模式図であって、温度刺激や電気刺激を与える前の状態を表す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの破線部分を拡大した断面模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ｂで拡大した部分において、温度刺激や電気刺激を与えて、係わるクッションアクチュエータを駆動（体積変化）させた状態を表す断面模式図である。
【図８Ａ】本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの模式図である。このうち、図８Ａは、電極を設置したクッションアクチュエータの斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。
【図９Ａ】図９は、本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体の状態を示す模式図である。このうち、図９Ａは、電圧未印加で、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が陽イオンと陰イオンに独立で分散している状態を示す断面模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、電圧印加して、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が、陽極側に陰イオン、陰極側に陽イオンが移動した状態を示す断面模式図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ｂの状態を経た後、移動した陽、陰イオンの大きさに応じて、クッションアクチュエータの変形（駆動）が起こった状態を示す断面模式図である。
【００８７】
【図１０】本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である一人用の座席シートの側面模式図である。このうち、図１０Ａは、乗員の体格等に合わせて、シート座面に用いたクッションアクチュエータを下降させるように収縮（駆動）させた状態を表す側面模式図であり、図１０Ｂは、図１０Ａのクッションアクチュエータを上昇させるように伸長（駆動）させた状態を表す側面模式図である。
【図１１Ａ】図１１は、本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である多人数用のシートの正面模式図である。このうち、図１１Ａは、乗員が使用していないときのフラットな状態のシートを表す正面模式図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、乗員２名に合わせて、座面の必要な部分だけクッションアクチュエータを凹ませたり膨らませたりして伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、乗員３名に合わせて、座面の必要な部分だけクッションアクチュエータを凹ませたり膨らませたりして伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。
【図１２】本発明に係るクッションアクチュエータの評価方法を実施する装置の模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 多孔質材料、
２ 高分子材料からなる骨格、
３ 空孔（気泡、空隙部分、発泡１単位）、
１０ イオン性液体の陽イオン（カチオン）、
１１ イオン性液体の陰イオン（アニオン）、
１３ クッションアクチュエータ、
１５ 電極、
１５ａ 陽極、
１５ｂ 陰極、
３０ 乗員１名用シート、
３１ シート座面、
３２ ベンチシート、
３２ａ 乗員が座る部分、
３２ｂ 乗員と乗員の間の部分、
３３ 乗員、
３４ 背もたれ部分、
４０ 恒温槽、
４１ レーザー変位計、
４２ 測定ヘッド、
４３ 測定用レーザー、
４４ サンプルの変位測定方向。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、モーターや油圧式、空気圧式アクチュエータのように、電気や他の入力エネルギーを機械的エネルギーに変換して駆動することのできる成分を含み、その駆動の結果、クッション体から液体等の溶媒流出を伴わずに、すばやく見かけ上の体積変化をもたらすことができるクッションアクチュエータ、およびこのようなクッションを用いた車両用部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に用いられている機械式の駆動源として、モーター、油圧・空気圧式アクチュエータ等があるが、これらは概ね金属からなるものが多く、重量、スペースを大きくとり、また必要な動力源としても多大なエネルギーを必要とするものが多い。
【０００３】
これらに鑑み、軽量、省スペースで得られる有機材料を用いたアクチュエータの例として、特許文献１に記載の導電性高分子は、電気化学的な酸化還元反応を用いて、有機材料の伸縮を上記課題に適用しようとなされたものである。しかしながら、得られる形状の具体例は、フィルム状で伸縮方向も長手方向の一例しか示されていなく、体積変化を伴わない。
【０００４】
体積変化するものの例としては、ゲルと溶媒との組合せによる特許文献２に記載の高分子アクチュエータが挙げられるが、ゲルからなる骨格内から電気刺激により溶媒を絞り出すことで、骨格材料の変形を導き出すため、変形速度も非常に緩やかで、また溶媒を溶媒槽ごとシステムとして抱えることになり、電解液漏れや、電気分解による性能低下が起こる可能性を十分に秘めている。
【特許文献１】特開２００４−１６２０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、上記の問題点を鑑みて、これらの材料をクッション形状として得る工夫をすることにより、空気中で、迅速に大きな変位で動かすことのできるクッションアクチュエータを得ることを課題としている。
【０００６】
そこで、本発明は、従来の有機アクチュエータにおける上記課題に着目してなされたものであって、軽量化、省スペース化が可能であると共に、入力エネルギーを機械的な出力に変換し駆動させるアクチュエータ機能を、自動車などの内装材部品に新機能として付加し提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴とするクッションアクチュエータにより上記目的が達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、常温、空気中で即時の駆動が可能なクッションアクチュエータを得ることができる。これらのクッションアクチュエータは、従来のクッション材料と置き換えることにより、クッション製品に新たな機能を付与することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係わるクッションアクチュエータは、高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴としている。
【００１０】
本発明のクッションアクチュエータに用いられる、高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料の形状（形態）としては、特に制限されるものではなく、一般的な多孔質クッション材料において利用されている各種形態を用いることができる。かかる高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料の実施形態につき、図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、空孔を持つ多孔質材料の代表的な一実施形態であって、空孔が独立気泡で出来ている多孔質材料の形状例を示す図面であり、図１Ａは斜視図を示し、図１Ｂは断面図を示す。図２は、空孔を持つ多孔質材料の他の実施形態であって、該空孔（気泡）が連続に繋がった多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図３は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔が、体心立方格子構造（ないし単純立方格子構造）に近い配置となるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図４は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）が立方最密充填構造（面心立方格子構造）に近い配置となるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図５は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）の大きさが不均一な多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。図６は、空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、気泡断面が円形でない、即ち、空孔（気泡）が球形ではない変形断面形状の多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【００１２】
すなわち、図１〜６に示すように、空孔３を持つ多孔質材料１では、駆動源となるイオン性液体が含まれていない状態では、その多孔質材料１の空孔（空隙）３部分以外の骨格２が高分子材料で形成された構造となっている。具体的には、空孔３が独立気泡で出来ているもの（図１）、空孔３が連続に繋がったもの（図２）、空孔３が周期的に並んでいるもの（図３、４）、空孔３の大きさが不均一なもの（図５）、空孔３の断面が円形ではない変形断面形状のもの（図６）等がある。これらはクッションの硬さやばね定数をチューニングする手段として用いられる。但し、本発明では、空孔を持つ多孔質材料の形状（形態）はこれらに何ら制限されるものではなく、例えば、空孔が連続に繋がったもの（連続気泡）と独立気泡が混在するようなものであってもよい。このように、上記の各種形態が適当に組み合わされたものなども利用可能である。なお、図３、４では、全ての空孔が整然と配列されているように表しているが、実際にはこれに近い状態に配列することができれば、こうした周期的に並ばせたことにより、一定の硬さや、ばね定数を得られたり、均一な変形が得られるなどの効果を十分に発現することができる。また周期的な配列の一部に不規則な配列が含まれていても同様である。
【００１３】
この多孔質材料の骨格を構成する高分子材料としては、特に制限されるものではなく、一般的な多孔質クッション材料において利用されているものを用いることができる。具体的には、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリメタクリル酸エチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルホルマール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。
【００１４】
本発明の意図するところは、これらのようなクッションの静的特性の変化もさることながら、アクチュエーション等の動的な特性をも狙って、多孔質クッションの構造の工夫と材料の工夫を組合せることによって、上記機能を実現したところにある。
【００１５】
ここで言う高分子からなる多孔質材料とは、外形寸法から得られる見かけ体積よりも、材料の使用量が小さくなっているものをいい、多孔質化したことによる空隙（空孔）によりその材料単体からなる同寸法のものより見かけの密度が小さくなっているものを言う。高分子からなる多孔質材料として、一般的には、発泡スチロール、発泡ポリプロピレン、発泡ウレタン等の発泡材が挙げられる。これらの材料は、空孔が独立しているもの、連続しているものに関わらず、外形より密度が小さくなっている。本発明では、上記した一般的な高分子材料の発泡材の他にも多孔質材料の骨格を構成する高分子材料として、高分子ゲル、エラストマー等からなるものも好適であるので後に記述する。
【００１６】
独立気泡を形成させるには、予め内包物として揮発成分を含ませておいたマイクロカプセルを用いる方法や、上記連続気泡を形成させる材料でも、発泡成分量を少なくしておく方法等で作製出来る。
【００１７】
これらの多孔質材料の空隙部分とは、すなわち連続気泡のものでは空気、独立気泡のものでは発泡したガス成分、またはそれが置換された空気が含まれる部分を言う。また、骨格とは、上記空隙以外の、高分子からなるものを示している。イオン性液体は、当該骨格中に含まれていればよい。使用中にイオン性液体が外部に流出することがないように、製造段階で余分なイオン性液体は外部に流出されている。そのため、一部、空隙部分に存在しても良いが、多くの場合、空隙部分にイオン性液体は残っていないといえる。
【００１８】
これらの空隙部分の大きさは特に制限されるものではないが、数百ｎｍ程度から数ｍｍ程度の範囲で作ったものが、本発明のアクチュエートするクッションを得るには、骨格の変形を容易に得られる点で、好適である。本発明では、多孔質材料中の全ての空隙部分の大きさが上記に規定する範囲内にあるのが望ましいが、本発明の作用効果を損なわない範囲であれば、一部はずれるものが含まれていてもよい。ここで、空隙部分の大きさとは、連続、単独どちらの気泡においても、その発泡１単位毎の大きさのことを言う（図１〜図６中、符号Ｌで表した大きさ部分を参照）。よって、図２に示すように、空孔（気泡）３が連続に繋がったものでも、これら連続気泡を構成する個々の発泡１単位毎の大きさを言うものとする。また、図５に示すように、空孔（気泡）３の大きさが不均一な場合には、個々の発泡１単位毎の大きさＬが、上記に規定する範囲に入っているのが望ましい。同様に、図６に示すように、空孔３の断面が円形ではない変形断面形状のものでは、発泡１単位毎の大きさＬは、最大長さ部分をいうものとする。
【００１９】
空隙部分の大きさ、量が小さくなると相対的に高分子材料からなる骨格が太く、大きくなる傾向があり、アクチュエート量は、概ね小さくなる。空隙部分の大きさ、量が大きくなると、高分子材料からなる骨格が小さくなるため、クッション体としての形状が維持しにくくなる傾向にある。発泡倍率で言うと、数倍から５０倍程度のもの、空隙率で言うと３０〜９８％、好ましくは７５〜９７％程度ものが、容易に得られ、またクッション体、アクチュエート量を共に満足する傾向が見られるが、ここでは特に限定は行わない。
【００２０】
本発明では、この骨格中にイオン性液体を含むことにより、温度刺激や電気刺激を与えることで、本クッションアクチュエータは駆動する。
【００２１】
高分子材料からなる骨格中にイオン性液体を含ませる方法としては、（１）予め発泡体のモノマー中にイオン性液体を混合、分散させておき、発泡、ポリマー化させる際に骨格中に取り込ませる方法、（２）発泡させた後、含浸により、骨格中に含ませる方法（含浸方法）などが挙げられる。ただし、これらに制限されるものではない。イオン性液体は一般的に常温で不揮発性なので、これらの骨格中に留まる。ここで骨格に含ませるイオン性液体の量は、骨格材料の重量に対して数％から５０％程度が、実際に駆動が起き、骨格強度を維持する等の点で好ましいが、ここでは特に限定を行わない。なお、上記（１）の方法に用いるモノマーを含む組成物としては、特に制限されるものではない。上述した骨格を構成する高分子材料（更には、後述する高分子ゲル材料やエラストマー材料を含む）を形成し得るモノマー、溶媒、重合開始剤、発泡剤などの各種添加剤、イオン性液体等を適量含有するものであればよい。なお、高分子材料からなる骨格中にはイオン性液体のほか、溶媒などが含まれていても良い。例えば、高分子をゲル化させるのに、イオン性液体を用いてゲル化させてもよいし、他の適当な溶媒を用いてもよいためである。
【００２２】
本発明に用いることの出来るイオン性液体の例としては、特に限定されるものではないが、構成するカチオンまたはアニオンのうち少なくとも一つが有機物イオンであって、室温以下の融点を有する常温溶融塩である。
【００２３】
上記イオン性液体を構成するカチオンとしては、イミダゾリニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、テトラヒドロピリミジニウムカチオン、ジヒドロピリミジニウムカチオン等のアミジニウムカチオン、イミダゾリニウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、イミダゾリウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、テトラヒドロピリミジニウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、ジヒドロピリミジニウム骨格を有するグアニジニウムカチオン、等のグアニジニウムカチオン、およびメチルジラウリルアンモニウム等の３級アンモニウムカチオン等が挙げられる。上記カチオンは１種単独でも、また２種以上を併用してもいずれでもよい。
【００２４】
上記イオン性液体を構成するアニオンとしては、下記の有機酸、無機酸が挙げられる。
【００２５】
有機酸としては、カルボン酸、硫酸エステル、高級アルキルエーテル硫酸エステル、スルホン酸、スルホン酸エステル、リン酸エステルなどが挙げられる。
【００２６】
無機酸としては、例えば、超強酸（例えば、ホウフッ素酸、四フッ化ホウ素酸、過塩素酸、六フッ化リン酸、六フッ化アンチモン酸および六フッ化ヒ素酸等が挙げられる。）、リン酸およびホウ酸等が挙げられる。上記アニオンは、上記有機酸および無機酸の中から１種単独でも２種以上の併用でもいずれでもよい。
【００２７】
本発明は、これらの多孔質材料とイオン性液体とを組み合わせることで、従来の材料では成し得なかった溶媒の放出を伴わない体積変化をくり返し可逆的に行うことを可能とした。この原理を図面を用いて以下に説明する。図７は、本発明に係わるクッションアクチュエータの駆動原理を示す断面模式図である。このうち、図７Ａは、本発明に係わるクッションアクチュエータの多孔質材料の形状を表した断面模式図であって、温度刺激や電気刺激を与える前の状態を表す。図７Ｂは、図７Ａの破線部分を拡大した断面模式図である。図７Ｃは、図７Ｂで拡大した部分において、温度刺激や電気刺激を与えて、係わるクッションアクチュエータを駆動（体積変化）させた状態を表す断面模式図である。図８は、本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの模式図である。このうち、図８Ａは、クッションアクチュエータの斜視図を示し、図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線の断面図を示す。本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体の状態を示す模式図である。このうち、図９Ａは、電圧未印加で、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が陽イオンと陰イオンに独立で分散している状態を示す断面模式図である。図９Ｂは、電圧印加して、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が、陽極側に陰イオン、陰極側に陽イオンが移動した状態を示す断面模式図である。図９Ｃは、図９Ｂの状態を経た後、移動した陽、陰イオンの大きさに応じて、クッションアクチュエータの変形（駆動）が起こった状態を示す断面模式図である。
【００２８】
温度刺激の場合、骨格中に含まれるイオン性液体と骨格を形成する高分子との相互作用により、見かけ上の体積変化が起こる。
【００２９】
詳しくは、図７Ｂに示すように、骨格２内でイオン性液体が陽イオン（カチオン）１０と陰イオン（アニオン）１１に独立で分散している状態から、図７Ｃに示すように、温度刺激や電気刺激を与えることで骨格２との相互作用を持ち始めると、骨格２中で静電引力（図中、双方向矢印で示した。）が発生するようになる。それに伴って骨格２も異方的な延伸を受けることになり、骨格２自体の体積は変化しないものの、見かけ体積は大きくなる。図中の破線で表される体積量を持っていた空孔３や骨格２が、多孔質材料１の上下方向に異方的な延伸を受けることになり、それぞれ実線で表される体積量まで見かけ上の体積が大きくなる。更に、相互作用を持たない温度以下では、再び図７Ｂに示すように、イオン性液体が陽イオン（カチオン）１０と陰イオン（アニオン）１１にランダムに分散した状態になるので、骨格２を張る力が働かず、相対的に縮んだ状態となり、結果として骨格２が太く、短くなって、空隙３が小さくなり、図７Ｃの破線で表される体積量まで見かけ体積が小さくなる（元に状態に戻る）。このように、本発明では、多孔質材料１の見かけ上の体積変化をくり返し可逆的に行うことができる。
【００３０】
電気刺激の場合にも、同様に見かけ体積の変化を引き起こせる。
【００３１】
この場合には、図８に示すように、クッションアクチュエータ１３の両面（対向する２面のうちの１つ）に少なくとも一対の電極１５が設置されることがより好適である。なお、クッションアクチュエータ１３の形状は、図１０、１１に示すように、使用用途により異なるので、電極を設置する面も、本発明の作用効果が効果的に得られるように配置すればよい。
【００３２】
この様に電極１５をクッションアクチュエータ１３に対して向かい合わせて設置し電圧印加することで、図９Ｂに示すように、その電極間でイオン性液体は、陽極側１５ａに陰イオン１１、陰極側１５ｂに陽イオン１０が移動する。これに伴い、移動した陽、陰イオン１０、１１の大きさに応じて、クッション（アクチュエータ１３）の変形が起こる。陽イオン１０の方が小さく、陰イオン１１が大きい場合で、陽極１５ａが上側に設置され通電した場合、陽極１５ａ付近では骨格２の太さが太くなり、陰極１５ａ付近では骨格２が細くなる。それにより、図９Ｃに示すように、陰極１５ｂ付近の骨格２は形状を維持できる力が小さくなり、結果として上下方向に体積が見かけ上を小さくできる。
【００３３】
イオン性液体の陽、陰イオン１０、１１の大きさが逆の場合や、クッション（アクチュエータ１３）への電極１５位置の配置により、動きのバリエーションを持たせることが出来る。このように、電気刺激を与えて駆動させる場合、イオン性液体の陽イオンと陰イオンの大きさが異なるものを適宜組み合わせることで、クッションアクチュエータの体積変化量（ないし変化幅）を任意にコントロールすることができる。
【００３４】
このとき印加する電圧は、通常１〜１００Ｖ程度がより好適ではあるが、クッション体として薄い形状で用いる場合には、数ｍＶから数百ｍＶでも駆動できる。また、逆に厚い場合には、数ｋＶでも駆動させることは可能であるが、ここでは特に限定は行わない。これは、自動車などの内装材部品として適用する場合には、上記に規定する範囲の電圧であれば、自動車用電源から容易に供給することができるためである。
【００３５】
これらのクッションアクチュエータの高分子材料からなる骨格へのイオン性液体の含ませ方は、先述の（２）の含浸方法が好適である。
【００３６】
かかる含浸方法としては、予め発泡させた高分子材料（発砲体）をイオン性液体中に浸漬して、概ね１〜１０日程度、イオン性液体を含浸させたのち、空隙部に入ったイオン性液体を概ね１〜５日程度放置するなどして流し出すことで得ることができる。これらの形態でも、上記と同様の原理で、クッションアクチュエータとして機能する。この時に含浸させたことによる重量増加は、先述の（１）の予め混合しておく方法と同様に、もとの骨格材料の重量に対して数％から５０％程度であることが好ましいが、特に限定は行わない。
【００３７】
なお、上記骨格に含浸させる成分としては、上記イオン性液体の他にも、本発明の作用効果を有効に発現することができる範囲内であれば、他の溶媒を含んでいてもよい。
【００３８】
また、高分子材料（発砲体）をイオン性液体（他の溶媒を含んでいてもよい。以下同様とする。）中に浸漬し含浸させた後、放置するなどして骨格中に保持し得ないものや空隙部に入ったイオン性液体を外部に流出させてしまうことで、その後、製品化されたクッションアクチュエータを固く絞っても、また後述する実施例２等のように電圧負荷により素早くかつ大きな体積変化を行っても、イオン性液体が外部に流出することはない。そのため、実際にクッションアクチュエータとして利用する際に想定される外部負荷や電圧印加による体積変化を生じさせた程度では、イオン性液体が外部に流出することはない。また、骨格中に許容可能なイオン性液体が含浸されているため、外部から骨格内に更に他の液体（溶媒）が吸収されることもないため、駆動性能を長期間安定して保持することができる。これは、先述の（１）の予め混合しておく方法においても同様に、骨格中に保持し得ないものや空隙部に入ったイオン性液体を流出させることで、製品化後にイオン性液体（他の溶媒を含んでいてもよい）が外部に流出したり、外部の液体が骨格中に吸収されるのを防ぐことができる。
【００３９】
本発明に用いる多孔質材料の骨格を構成する高分子材料としては、上述した一般的な多孔質クッション材料において利用されている、一般的な高分子材料の発泡材を用いることができるが、更に高分子ゲルからなることが好ましい。
【００４０】
高分子ゲルの例としては、ポリアクリル酸系、ポリメタクリル酸系、ポリアクリルアミド系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリロニトリル系、ポリメチルメタクリレート系、ポリウレタン系、ポリスルホン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリロキサン系などを挙げることができる。さらに具体的には、ポリアクリル酸ゲル、ポリメタクリル酸ゲル、ポリ（アクリルアミド−アクリル酸）共重合体ゲル、ポリ（アクリルアミド−メタクリル酸）共重合体ゲル、ポリ（アクリルアミド−トリメチル（Ｎ−アクリロイル−３−アミノプロピル）アンモニウムアイオダイド）共重合体ゲルの４級化ゲル、ポリアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ゲル、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸複合体ゲル、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸−メタクリル酸−２−ヒドロキシルエチル）共重合体ゲル、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸−７クリ口ニトリル）共重合体ゲル、アルギン酸塩ゲル、コラーゲンゲル等が挙げられる。その他、天然物を素にするものでは、タンパク質や多糖類等の天然高分子を素にする角膜、水晶体、卵白、豆腐、こんにゃく、ゼラチンの様なゲルも挙げられる。
【００４１】
上記の高分子ゲルの中には、架橋点を持たない物理ゲルも含まれるが、より好ましくは、化学結合による架橋点を持つ化学ゲルが形状維持の観点から好ましい。
【００４２】
また、本発明に用いる多孔質材料の骨格を構成する高分子材料としては、上述したものの他にエラストマーも好適であり、その例としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等のゴム材料や、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル等のポリマーとゴム材料とのランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体等が挙げられる。本発明で言うエラストマーは、最も公義に解釈されるべきものであり、上記に例示したとおり、ゴム、熱可塑性エラストマーの双方を含むものである。
【００４３】
次に、本発明のクッションアクチュエータでは、その多孔質材料中の空孔が、独立しているもの、連続しているもの、独立したものと連続したものが混在したもののいずれの形態であってもよい。使用用途に応じて、適宜、最適な空孔形態となるように、高分子材料の種類、マイクロカプセルなどの発砲剤の種類や添加量（発砲倍率）や製造条件（温度、圧力等）などを適宜調整すればよい。
【００４４】
上記多孔質材料中の空孔が、連続した空孔である場合には、下記の点で好ましい。
【００４５】
即ち、独立気泡であると、その空隙中の内包物（蒸発した発泡剤や空気）が駆動により圧縮を受ける。つまりは、圧縮のための力が余計に必要になるため、駆動量が小さくなる傾向にある。連続気泡であれば、図９Ａ→図９Ｂ→図９Ｃに示すように、気泡部分が小さくなったとしても、その部分の空気は、外部に流出することが出来、また、図９Ｃ→図９Ｂ→図９Ａに示すように、気泡部分が大きくなった場合にも、外部から空気をすばやく吸入することが出来る。これにより、駆動量も大きくなり、且つ駆動速度も大幅に速くなる。
【００４６】
ここで言う、駆動速度とは、駆動をさせるための刺激（温度、電気）を与えてから、変形完了までの間の最高の速度を言い、特に本発明で得られるクッションアクチュエータは、１０分／ｍｍの変形速度を持ち、すばやい変形をもたらすことができる。
【００４７】
一方、上記多孔質材料中の空孔が、独立した空孔である場合には、下記の点で好ましい。即ち、独立気泡であると、駆動量が小さくなる反面、気泡内部に空気は圧縮された状態で残るため、優れた反発力（エアスプリング効果によるクッション性）を発現することができる。そのため、自動車用部品として利用する場合には、乗員に快適な乗り心地を提供することができる。また、独立気泡であるがゆえに気泡が残ることが明らかで、それにより変形量の推定が容易になり、ひいてはクッション設計も容易になる。
【００４８】
更に上記多孔質材料中の空孔が、独立した空孔と連続した空孔とが混在している場合には、混在比率を調整することで、双方の特徴（利点）を持たせることができる。
【００４９】
次に、先述の様にクッションアクチュエータ両面に少なくとも一対の電極が設置することは、電気刺激で駆動させる場合には特に有効である。
【００５０】
電極を設置する方法としては、一般的に用いられる導電体を塗布する方法や、蒸着する方法等を適宜用いることが出来る。
【００５１】
次に本発明のクッションアクチチュエータの高分子は、空隙を持つことはもちろんであるが、その空隙を持たせる方法として、発泡体から得ることが、製法上から好ましい。
【００５２】
ここまでに記述している各種の材料を、公知の気泡発生手段、例えば、熱分解型発泡剤を用いた気泡発生手段、揮発性溶剤を用いた気泡発生手段、あるいは高圧下で不活性ガスを高分子中に吸収させ、常圧で発泡させる気泡発生手段などを用いて発泡成形することが出来る。
【００５３】
ここで得られたクッションアクチュエータを車両用部品、例えば、車両の内装材に用いられるクッション材料と置換することで、乗員の座り心地やクッションの動きによる乗り心地の改善、車両から乗員へ信号を伝達する手段等に用いるのは、先述の課題を解決する手段の中では、従来持たない機能を付与する技術であるために、新たなスペースや重量の増加を伴わず、大変好適である。
【００５４】
例えば、車両のシートクッションに使用した場合の図を図１０、１１に示す。図１０は、本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である一人用の座席シートの側面模式図である。このうち、図１０Ａは、乗員の体格等に合わせて、シート座面に用いたクッションアクチュエータを下降させるように収縮（駆動）させた状態を表す側面模式図であり、図１０Ｂは、図１０Ａのクッションアクチュエータを上昇させるように伸長（駆動）させた状態を表す側面模式図である。図１１は、本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である多人数用のシートの正面模式図である。このうち、図１１Ａは、乗員が使用していないときのフラットな状態のシートを表す正面模式図である。図１１Ｂは、乗員人数に合わせて２名の乗員が座る部分のクッションアクチュエータを凹ませ、乗員と乗員の間の部分のクッションアクチュエータを膨らませるように伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。図１１Ｃは、乗員人数に合わせて３名の乗員が座る部分のクッションアクチュエータを、乗員と乗員の間の部分のクッションアクチュエータを膨らませるように伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。
【００５５】
図１０では、乗員１名ごとのシート３０の場合、乗員（図示せず）の体格等に合わせて、シート座面３１の上昇や下降を、メカニカルな機構を持たずに行うことができる。同様に図１１では、多人数用のシート３２の場合、乗員３３の数に合わせて、例えば、図１１Ａのようにフラットな状態のシート３０を、乗員２名の場合には図１１Ｂに示すように、乗員３名の場合には図１１Ｃに示すように、座り心地を高め適度なホールド感を得るために、座面の必要な部分だけ凹ませたり（乗員が座る部分３２ａ）、膨らませたり（乗員と乗員の間の部分３２ｂ）させることが出来る。両例ともにメカニカルな機構を持たない為、本発明による機構を追加しても、大きな重量増を招かず、燃費の悪化を防ぐことが出来る。また、図１０では、座席シートの座面部にクッションアクチュエータを用いた例を示したが、背もたれ部分３４に用いてもよいし、双方に適用してもよい。同様のことが図１１の多人数用のシートにおいても言えるものである。このように本発明のクッションアクチュエータの用途としては、座席シート、シートバック、ヘッドレスト、ステアリング、ドアクッション、肘掛、インパネ表皮材などとして、車両（自動車、電車や新幹線などの鉄道車両）用部品に限られるものではなく、他の輸送機器（船舶、航空機）用部品、家庭用部品（家具、寝具など）などにも幅広く適用することができるものである。
【００５６】
なお、多人数用のシート３２での乗員人数に応じて必要な部分だけ駆動させる方法としては、特に制限されるものではなく、上記したような車両から乗員へ信号を伝達する手段等を用いることができる。例えば、シート３２全体に配置したクッションアクチュエータの多孔質材料の上下両面に設ける電極を細分化し、独立して通電できるようにすることができる。即ち、乗員が座った際の負荷を感知する感圧センサ等を配置しておき、一定以上の負荷が感知された部分の電極にのみ通電できるようにすれば、乗員が座った部分のみを凹ませることができる。ただし、本発明はこれらの駆動方法に何ら制限されるものではない。
【実施例】
【００５７】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００５８】
（実施例１）
架橋剤としてのＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてのアクリルアミドと、開始剤としての過硫酸カリウムとを含む水溶液に、熱分解型発泡剤として炭酸水素ナトリウムを用い、５０℃環境下で緩やかに発泡させつつ、架橋を行い、多孔質材料を得た。得られた多孔質材料の空隙（空孔）の大きさは概ね直径５００μｍであり、発泡倍率は２０倍程度（空隙率９５％）で、気泡（空孔）は連続気泡となった。
【００５９】
次にこの多孔質材料を乾燥し、水分を取り除いた後、１ｃｍ角のサイコロ状に切り出し、駆動源となるイオン性液体である、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム−ビス（トリフロロメタンスルフォン）イミド（以下、ＥＭＩＴＦＳＩともいう）中に１０日間浸漬した。取り出した後、５日間放置し、空隙部中のＥＭＩＴＦＳＩを取り除き、クッションアクチュエータを得た。含浸前に０．０５８ｇであった重量は、０．０６７ｇとなった。
【００６０】
このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。なお、変位量は下記に示す変位量試験によって測定した（以下の実施例及び比較例の変位量につきても同様にして測定した。）。
【００６１】
詳しくは、２５℃の低温槽にクッションアクチュエータが体積変化しない状態で安定するまで静置した（この段階で基準となる体積量を測定した）後、７０℃の高温槽にクッションアクチュエータを移動し、クッションアクチュエータの温度変化と体積変化とを測定し、クッションアクチュエータが７０℃に達し体積変化しない状態で安定するまでの時間を測定した。その後、同様にして２５℃の低温槽に移して、温度変化と体積変化とを測定した。こうした環境を変化させることを１０回繰り返して行った。なお、クッションアクチュエータの温度は、各温度槽間の移動後短時間３０秒程度で槽内温度に安定した。
【００６２】
その結果、環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。このことから、実施例２等に示す電気刺激を付与する場合に比して、温度変化に対する体積変化の追従性には、ある程度時間的なずれがある（時間差がある）ことがわかった。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００６３】
（実施例２）
実施例１と同様にして、１ｃｍ角のクッションアクチュエータを得て、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。
【００６４】
このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、電極間の距離が０．２ｍｍ程度縮む様子が観察された。
【００６５】
電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が、１０Ｈｚ程度でも観察された（図１２参照）。また、クッションアクチュエータの評価試験において、電圧印加、未印加の変化させることで繰り返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに電気刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００６６】
（実施例３）
３０倍発泡（連続気泡、空隙率９７％、空隙径約１ｍｍ）のウレタンクッションを１ｃｍ角のサイコロ状に切り出し、ＥＭＩＴＦＳＩ中に１０日間浸漬して、イオン性液体を含浸させた。含浸前に０．０４１ｇであった重量は、０．０５２ｇとなった。
【００６７】
このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。詳しい計測の内容は、実施例１で説明した通りである。
【００６８】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００６９】
（実施例４）
実施例３と同様にして、１ｃｍ角のクッションアクチュエータを得て、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加すると、電極間の距離が０．１ｍｍ程度縮む様子が観察された。
【００７０】
電圧印加、未印加の変化させることでのくり返しの伸縮が１０Ｈｚ程度でも観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、電圧印加、未印加の変化させることで繰り返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに電気刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７１】
（実施例５）
実施例１と同様の発泡前の材料に、ＥＭＩＴＦＳＩを体積比で１０％混合し、５０℃で発泡、架橋を行った。得られたクッション体の空隙の大きさは概ね直径５００μｍ、発泡倍率は１５倍程度（空隙率９３％）、気泡は連続気泡となった。次にこの多孔質材料を乾燥し、水分を取り除いた後、１ｃｍ角のサイコロ状に切り出した。このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。
【００７２】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７３】
（実施例６）
ウレタン樹脂の発泡前に、ＥＭＩＴＦＳＩを体積比で１０％混合し、１０ｋＶの電界をかけながら型内で発泡させた。得られたウレタンは２５倍程度の発泡倍率で、連続気泡、空隙率９６％、空隙径約１ｍｍで１ｃｍ角に切り出すと重量は０．０４９ｇであった。このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。
【００７４】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、電圧印加、未印加の変化させることで繰り返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに電気刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７５】
（実施例７）
架橋剤としてのＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてのアクリルアミドと、開始剤としての過硫酸カリウムとを含む水溶液に、独立気泡を得るためのマイクロカプセル（松本油脂製マイクロスフィアーＦ−８０ＥＤ）を体積比で１９００％、ＥＭＩＴＦＳＩを体積比で１０％混合し、５０℃環境下で架橋を行い、クッション体（クッションアクチュエータ）を得た。得られたクッション体の空隙の大きさは概ね直径１００μｍ、発泡倍率は２５倍程度（空隙率９３％）、気泡は独立気泡となった。
【００７６】
このクッションアクチュエータは、低温側で縮んだ状態、高温にするほど連続的に伸びる状態を示した。このとき低温側を２５℃、高温側を７０℃としたときには、０．１ｍｍ程度伸びた。
【００７７】
環境を変化させることでのくり返しの伸縮が１分以内に観察された。また、クッションアクチュエータの評価試験において、２５〜７０℃の範囲で温度環境を変化させることでくり返し伸縮させても重量変化は認められなかった。このことから、クッションアクチュエータに温度刺激を与えて駆動（伸縮）させても、溶媒（イオン性液体）の流出、吸収（空気中の水分や汗などの液体吸収）を伴わないことが確認された。
【００７８】
（比較例１）
３０倍発泡（連続気泡、空隙率９７％、空隙径約１ｍｍ）のウレタンを１ｃｍ角に切り出し、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加したが、電極間の距離の変化は見られなかった。
【００７９】
また、このサンプルを環境温度５℃〜８０℃まで変化させ、変位を測定していたが変化は見られなかった。
【００８０】
（比較例２）
架橋剤としてのＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてのアクリルアミドと、開始剤としての過硫酸カリウムとを含む水溶液に、熱分解型発泡剤として炭酸水素ナトリウムを用い、５０℃環境下で緩やかに発泡させつつ、架橋を行い、多孔質材料を得た。空隙の大きさは概ね直径５００μｍ、発泡倍率は２０倍程度（空隙率９５％）、気泡は連続気泡となった。
【００８１】
この多孔質材料をクッションアクチュエータとして１ｃｍ角に切り出し、これの１対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電線として０．０５ｍｍ径の銅線を合わせて接着した。このクッションアクチュエータに２５℃環境下で１０Ｖの直流電圧を印加したが、電極間の距離の変化は見られなかった。
【００８２】
また、このサンプルを環境温度５℃〜８０℃まで変化させ、変位を測定していたところ、高温側で１時間程度の経過後、体積が収縮し０．１ｍｍ程度縮んでいる様子が観察されたが、低温に戻しても数時間の間は変化が見られなかった。
【００８３】
〔評価試験〕変位量試験
上記実施例１〜７および比較例１〜２によって得られたクッションアクチュエータに対して、レーザー変位計（キーエンス株式会社製ＬＢ−５０００）を用いて、恒温槽中で温度条件を適宜設定して評価した。
【００８４】
なお、変位量試験に用いた装置を図１２に示す。すなわち、図１２は、本発明に係るクッションアクチュエータの評価方法を実施する装置の模式図である。
【００８５】
この装置は恒温槽４０とレーザー変位計４１とから構成される。恒温槽４０内には測定ヘッド４２が設けられている。測定ヘッド４２は二つの測定用ヘッド４２Ａ、４２Ｂが対向して配置されて成り、一方の測定用ヘッド４２Ａから他方の測定ヘッド４２Ｂに向けて測定用レーザー４３が照射される。測定用ヘッド４２Ａと４２Ｂとの間には、試料となるクッションアクチュエータ１が介在され、その高さ４４が測定される。クッションアクチュエータ１の高さ４４は、測定用ヘッド４２Ａから照射された測定用レーザー４３がどの程度の高さまで測定用ヘッド４２Ｂによって受光されたかを認識することによって求められる。測定用ヘッド４２Ａ、４２Ｂにはレーザー変位計４１が接続されているが、クッションアクチュエータ１の高さ４４は、このレーザー変位計４１によって求められる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１Ａ】図１は、本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の代表的な一実施形態であって、空孔が独立気泡で出来ている多孔質材料の形状例を示す図面である。このうち、図１Ａは、斜視図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線の断面図を示す。
【図２】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の他の実施形態であって、該空孔（気泡）が連続に繋がった多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図３】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔が立方格子充填構造をとるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図４】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）が最密充填構造をとるように周期的に並んでいる多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図５】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、空孔（気泡）の大きさが不均一な多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図６】本発明のクッションアクチュエータに用いることのできる空孔を持つ多孔質材料の更に他の実施形態であって、気泡断面が球形ではない変形断面形状の多孔質材料の形状例を示す断面図を示す。
【図７Ａ】図７は、本発明に係わるクッションアクチュエータの駆動原理を示す断面模式図である。このうち、図７Ａは、本発明に係わるクッションアクチュエータの多孔質材料の形状を表した断面模式図であって、温度刺激や電気刺激を与える前の状態を表す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの破線部分を拡大した断面模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ｂで拡大した部分において、温度刺激や電気刺激を与えて、係わるクッションアクチュエータを駆動（体積変化）させた状態を表す断面模式図である。
【図８Ａ】本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの模式図である。このうち、図８Ａは、電極を設置したクッションアクチュエータの斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。
【図９Ａ】図９は、本発明に係わる電極を設置したクッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体の状態を示す模式図である。このうち、図９Ａは、電圧未印加で、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が陽イオンと陰イオンに独立で分散している状態を示す断面模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、電圧印加して、クッションアクチュエータの骨格内におけるイオン性液体が、陽極側に陰イオン、陰極側に陽イオンが移動した状態を示す断面模式図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ｂの状態を経た後、移動した陽、陰イオンの大きさに応じて、クッションアクチュエータの変形（駆動）が起こった状態を示す断面模式図である。
【００８７】
【図１０】本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である一人用の座席シートの側面模式図である。このうち、図１０Ａは、乗員の体格等に合わせて、シート座面に用いたクッションアクチュエータを下降させるように収縮（駆動）させた状態を表す側面模式図であり、図１０Ｂは、図１０Ａのクッションアクチュエータを上昇させるように伸長（駆動）させた状態を表す側面模式図である。
【図１１Ａ】図１１は、本発明に係わるクッションアクチュエータを用いた車両用部品の１種である多人数用のシートの正面模式図である。このうち、図１１Ａは、乗員が使用していないときのフラットな状態のシートを表す正面模式図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、乗員２名に合わせて、座面の必要な部分だけクッションアクチュエータを凹ませたり膨らませたりして伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、乗員３名に合わせて、座面の必要な部分だけクッションアクチュエータを凹ませたり膨らませたりして伸縮（駆動）させた状態を表す正面模式図である。
【図１２】本発明に係るクッションアクチュエータの評価方法を実施する装置の模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 多孔質材料、
２ 高分子材料からなる骨格、
３ 空孔（気泡、空隙部分、発泡１単位）、
１０ イオン性液体の陽イオン（カチオン）、
１１ イオン性液体の陰イオン（アニオン）、
１３ クッションアクチュエータ、
１５ 電極、
１５ａ 陽極、
１５ｂ 陰極、
３０ 乗員１名用シート、
３１ シート座面、
３２ ベンチシート、
３２ａ 乗員が座る部分、
３２ｂ 乗員と乗員の間の部分、
３３ 乗員、
３４ 背もたれ部分、
４０ 恒温槽、
４１ レーザー変位計、
４２ 測定ヘッド、
４３ 測定用レーザー、
４４ サンプルの変位測定方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、
その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴とするクッションアクチュエータ。
【請求項２】
前記多孔質材料が高分子ゲルからなり、その骨格中にイオン性液体が含浸されていることを特徴とする請求項１に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項３】
前記多孔質材料中の空孔が、連続した空孔であることを特徴とする請求項１または２に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項４】
前記多孔質材料中の空孔が、独立した空孔であることを特徴とする請求項１または２に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のクッションアクチュエータは、その両面に少なくとも一対の電極が設置されることを特徴とするクッションアクチュエータ。
【請求項６】
前記クッションアクチュエータの駆動速度は、１０分／ｍｍ以下で、且つ溶媒流出、吸収を伴わないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項７】
前記高分子が、発泡体からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７に記載のクッションアクチュエータを用いた車両用部品。
【請求項１】
高分子からなり、空孔を持つ多孔質材料において、
その多孔質材料の空隙部分以外の骨格中に駆動源となるイオン性液体が含まれることを特徴とするクッションアクチュエータ。
【請求項２】
前記多孔質材料が高分子ゲルからなり、その骨格中にイオン性液体が含浸されていることを特徴とする請求項１に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項３】
前記多孔質材料中の空孔が、連続した空孔であることを特徴とする請求項１または２に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項４】
前記多孔質材料中の空孔が、独立した空孔であることを特徴とする請求項１または２に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のクッションアクチュエータは、その両面に少なくとも一対の電極が設置されることを特徴とするクッションアクチュエータ。
【請求項６】
前記クッションアクチュエータの駆動速度は、１０分／ｍｍ以下で、且つ溶媒流出、吸収を伴わないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項７】
前記高分子が、発泡体からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のクッションアクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７に記載のクッションアクチュエータを用いた車両用部品。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−３４８０８５（Ｐ２００６−３４８０８５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７３０１６（Ｐ２００５−１７３０１６）
【出願日】平成１７年６月１３日（２００５．６．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１３日（２００５．６．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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