可動導電性高分子樹脂体およびその製造方法
【課題】吸着性樹脂体の表面粗さを制御することにより、従来の導電性高分子アクチュエータに対して、新たな機能として、通常の雰囲気場で駆動する可動導電性高分子樹脂体その製造方法を得る。
【解決手段】水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体の対抗する２つの表面おいて、平均表面粗さが異なる可動導電性高分子樹脂体を提供する。
【解決手段】水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体の対抗する２つの表面おいて、平均表面粗さが異なる可動導電性高分子樹脂体を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着性樹脂体の製造方法、およびそれにより得られる吸着性樹脂体に関する。詳細には、水の吸脱着による膨潤の差で変位する吸着性樹脂体、及びその製造方法に関する。さらに詳細には、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んだ可動導電性高分子樹脂体およびその製造方法に関する。
【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などがあるが、これらは概ね金属からなるものが多く、質量、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】
従来用いられている金属製のものとは異なり、刺激に応答するピロール系高分子を用いた材料の通電による水の吸脱着による変形を利用したアクチュエータが検討されている（例えば、特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５９４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水の吸脱着を基本とした変形であるので、そのままでは大きな変形は期待できなかった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、吸着性樹脂体の表面粗さを制御することにより、従来の導電性高分子アクチュエータに対して、新たな機能として、通常の雰囲気場で駆動する可動導電性高分子樹脂体、及びその製造方法を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体の対抗する２つの表面おいて、平均表面粗さが異なることを特徴とする可動導電性高分子樹脂体、に関する。
【０００７】
また、本発明は、算術平均粗さＲａを制御した基材上に、導電性高分子樹脂を流延塗布することを特徴とする可動導電性高分子樹脂体の製造方法、に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、可動導電性高分子樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、任意の形状に変形でき、かつ、変形の程度を改良することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（吸着性樹脂体、及び可動導電性高分子樹脂体について）
本発明の吸着性樹脂体は、高分子樹脂体の短軸方向をｘ、長軸方向をｙ、断面に垂直な方向をｚとしたときｘ−ｙ面、ｘ−ｚ面、ｙ−ｚ面の中で、最も面積大なる２面において、２面の表面粗さが異なることを特徴としている。ここで、「吸着」とは気相中の物質が、その相と、それに接する固相との界面付近で、相内部とは異なる濃度を保っている現象をいう。前記吸着性樹脂体とは、例えばフィルム状、板状、繊維状などを指す。なお、本発明におけるメカニズムは明確ではないが、化学結合力による化学的吸着と、ファン・デル・ワールス力などの物理的な力による物理的吸着の両者を含んでいると考える。これにより、吸着性樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、挙動することができる。
【００１０】
前記吸着性樹脂体は、導電性高分子樹脂体であることを特徴とする。これにより、吸着性樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、任意の形状、かつ変形を発現することができる。
【００１１】
水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体において、ｘ−ｙ面、ｘ−ｚ面、ｙ−ｚ面の中で、最も面積大なる２面において、一方の面１の算術平均粗さをＲａ１、他方の面２の算術平均粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１とＲａ２が異なることを特徴とする。吸着性樹脂体の一例として、導電性高分子樹脂体を取り上げて説明するが、特にこれに限定されるものではない。
【００１２】
すなわち、本発明の可動導電性高分子樹脂体は、水分の吸収・放出作用により可動性を有する導電性高分子樹脂体の対抗する２つ面の表面おいて、平均表面粗さが異なることを特徴とする。
【００１３】
本発明の内容について図に基づき具体的に説明する。
【００１４】
図１はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（導電性高分子樹脂体）のＲａ１とＲａ２との関係を示す。可動導電性高分子樹脂体１を製造する際に、空気などの雰囲気と接する面の算術平均粗さをＲａ１、他方、基材３と接するその他の面の算術平均粗さをＲａ２と称する。ここで、「算術平均粗さ」は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に規定されており、具体的には、平均線から絶対値偏差の平均値を計算したものである。この様な方法で得られた可動導電性高分子樹脂体を、細片とする。所定の雰囲気下で、図２に示されるように、可動導電性高分子樹脂体１の細片を設置し、例えば、水蒸気を導入してその雰囲気の湿度を変化させると、該樹脂体１が大きく湾曲して変位するものがある（図３）。ここで、強制的に、該樹脂体の片面にのみに湿度差を与えるのではなく、両面に与える。なお、変位の方向は、説明のために記載したものであり、限定するものではない。
【００１５】
この結果をまとめたものが図４で、Ｒａ２と水蒸気吸着量の関係を示している。図４では、Ｒａ１の値はほぼ一定値であることをから、Ｒａ２を横軸とした。図４から、表面粗さＲａ２の値が小さい場合には吸着量が少なく、その後表面粗さの増加に伴って吸着量も増加するが、Ｒａ２がある表面粗さで最大となり、その後は逆に吸着量は小さくなる。このように、水蒸気吸着量とＲａ２の関係には最大値があることがわかる。
【００１６】
しかしながら、Ｒａ２の大小に基づいて、なぜ吸着量に差異が生じるのかは現時点では必ずしも明らかではないが、概ね次ぎのように考えられる。該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の表面粗さが小さい場合は、見かけ上該表面は鏡面に近い状態であり、水蒸気の吸着サイトと考えている極性基（スルホン酸基）が表面に露出する確率が小さく、それ故水蒸気を吸着しづらい。一方、表面粗さが大きい場合は、該極性基がランダムな配置となる確率が大きくなるため、この場合にも水蒸気を吸着しづらくすると考えられる。なお、表面粗さが所定の範囲では（最適値、及びその近傍）、該極性基が表面に露出する確率が大きくなり、水蒸気を取り込み易い方向に配向する傾向が強くなるため、吸着量も大きくなると考えられる。
【００１７】
次に、横軸を｜Ｒａ１−Ｒａ２｜とし、縦軸を変位割合（Ｌ／Ｌ０）として図５のグラフを得た。図５において、Ｒａ１とＲａ２との差が小さいときには変位割合も小さいが、その後、その差が大きくなるに従って変位割合も大きくなり、あるところで変位割合は最大になり、その後、変位割合が小さくなる。この場合にも、最大値を有する。
【００１８】
上記の結果から、変位割合は、該樹脂体の両面の水蒸気吸着量の差によることが示唆される。図４も、図５と同様に、横軸を｜Ｒａ１−Ｒａ２｜とすることができる。
【００１９】
変位量または変位割合は、該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の両面の水蒸気の吸着量の相違によって起こるものであり、該吸着量の相違は、該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の表面粗さに起因すると考えることができる。したがって、該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の表面粗さを調節することによって、水蒸気の吸着量を制御できる。
【００２０】
可動導電性高分子樹脂体の対向する２面の平均表面粗さが異なることにより、吸着性樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、任意の形状、かつ大きな変形を発現することができる。
【００２１】
さらに、本発明者らは、算術平均粗さの差｜Ｒａ１−Ｒａ２｜を３ｎｍ以上とすることにより、変位を制御できることを見出した。｜Ｒａ１−Ｒａ２｜は３ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ未満では変位がみられない虞がある。これにより、具体的な表面粗さの差を規定すると共に、積極的に水分や揮発性ガス等のガスを吸収・放出できる。また、｜Ｒａ１−Ｒａ２｜は１５ｎｍ以上、２５ｎｍ以下、かつ、Ｒａ１は１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下が好ましい。この範囲内で、表面粗さの差により、変位を制御することができると共に、最適値をとることができる。これにより、具体的な表面粗さの差を規定すると共に、より一層積極的に水分や揮発性ガス等のガスを吸収・放出できる。
【００２２】
前記可動導電性高分子樹脂体は、フィルム体とすることが好ましい。これにより、可動導電性高分子樹脂体が、外部刺激の下でより任意に可動できるようになる。
【００２３】
前記可動導電性高分子樹脂体は、水を主成分とし、導電性共役系高分子、界面活性剤及び／又はアルコールからなる溶液により形成された可動導電性高分子樹脂体であることが好ましい。これにより、容易に可動導電性高分子樹脂体を作製することができる。
【００２４】
（自立型導電性高分子樹脂体）
自立型導電性高分子樹脂体とは、自立した樹脂体（フィルム、バルク、繊維状など）であり、可溶性のある塗布液をスピンコートや、グラビヤ印刷や、キャスティングなどで薄膜を作成して基盤から剥がしたり、金型や木枠に流し込んで成型したりしてもよい。繊維状の樹脂体を製造する場合、溶融樹脂を成形させることが一般的であり、その場合、口金内壁の対向面上の表面粗さを変化させることにより、対向する二面の表面粗さの異なった繊維を作製することができる。なお、断面が真円の繊維状の樹脂体の場合でも、口金内壁の対向面の表面粗さを帰ることにより、表面粗さの異なった繊維を作製することができる。ここで、「自立型」とは、導電性高分子樹脂体が、機能をそのまま発揮できることをいう。
【００２５】
具体的な自立型導電性高分子樹脂体としては、その扱い易さからチオフェン系高分子のポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリ４−スチレンサルフォン酸（ＰＳＳ）をドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリアニリン、ポリピロールなどが挙げられる。その厚さは、１０μｍ以上が強度の面から好ましく、一方その変位量を大きくとることから１００μｍ以下が好ましい。１５〜５０μｍの範囲とすることが、スムーズな挙動という観点から好ましい。
【００２６】
自立型導電性高分子樹脂体を用いることにより、可動導電性高分子樹脂体が外部刺激の下で、ある形状で任意に可動できるようになる。
【００２７】
（吸着性樹脂体の製造方法）
本発明の可動導電性高分子樹脂体の製造方法は、算術平均粗さＲａを制御した基材上に、導電性高分子樹脂を流延塗布することを特徴とする。これにより、容易に表裏で算術平均粗さを制御した、可動導電性高分子樹脂体を安定に得ることができる。
【００２８】
一例として、キャスティングフィルムの作製方法を記載するが、特にこれに限定されるものではない。
【００２９】
本発明に係る可動導電性高分子樹脂体の製造方法は、次の方法で得られる。たとえば、実験室的な方法では、導電性高分子、界面活性剤および／またはアルコールを含む混合溶液を、テフロン製のシャーレや、ガラス板等にテフロンシートを貼った基材上や、シリコンウエハー上でキャスティングフィルムを作製することにより得られる。このとき用いるテフロンシャーレやテフロンシートは、様々な表面粗さのものを用いることにより、積極的に基材側の算術平均粗さを制御することができる。また、各種エッチング法や、落砂法によっても、積極的に基材の表面粗さを調節することが可能である。用いる混合溶液は、導電性高分子溶液に、添加物として界面活性剤および／またはアルコールを注ぎ入れて添加し、約５〜１５分撹拌した溶液を用いる。
【００３０】
本発明で用いる導電性高分子、界面活性剤および／またはアルコールを含む混合溶液は、前記溶質を例えば水あるいは有機溶剤などに溶解したものである。
【００３１】
この溶液をキャスティングフィルムの作製に用いることにより、フィルム化された導電性高分子樹脂体は３次元的なネットワークを形成し、従来の添加物を用いないフィルムに比較して、非常に良好な導電性を示す可動導電性高分子樹脂体が安定して得られる。また、導電性が向上することにより、アクチュエート性能も合わせて大きく向上する。
【００３２】
本発明に用いる混合溶液中の導電性高分子は、導電性を示す高分子であれば特に制限されることはない。例えば、アセチレン系、複素５員環系（モノマーとして、ピロールの他、３−メチルピロール、３−エチルピロール、３−ドデシルピロールなどの３−アルキルピロール；３，４−ジメチルピロール、３−メチル−４−ドデシルピロールなどの３，４−ジアルキルピロール；Ｎ−メチルピロール、Ｎ−ドデシルピロールなどのＮ−アルキルピロール；Ｎ−メチル−３−メチルピロール、Ｎ−エチル−３−ドデシルピロールなどのＮ−アルキル−３−アルキルピロール；３−カルボキシピロールなどを重合して得られたピロール系高分子、チオフェン系高分子、イソチアナフテン系高分子など）、フェニレン系、アニリン系の各導電性高分子やこれらの共重合体、誘導体から選択された少なくとも１つが挙げられる。
【００３３】
なかでも、安定性や信頼性が高く、入手も容易であることから、ピロール系高分子またはチオフェン系高分子が好適に用いられる。
【００３４】
さらに、導電性高分子に、ドーパントを加えることによってその導電性に劇的な効果を与える。ここで用いられるドーパントとしては、塩化物イオン、臭化物イオンなどのハロゲン化物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロ硼酸イオン、六フッ化ヒ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、六フッ化ケイ酸イオン、燐酸イオン、フェニル燐酸イオン、六フッ化燐酸イオンなどの燐酸系イオン、トリフルオロ酢酸イオン、トシレートイオン、エチルベンゼンスルホン酸イオン、ドデシルベンゼンスルホン酸イオンなどのアルキルベンゼンスルホン酸イオン、メチルスルホン酸イオン、エチルスルホン酸イオンなどのアルキルスルホン酸イオン、ポリアクリル酸イオン、ポリビニルスルホン酸イオン、ポリスチレンスルホン酸イオン、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）イオンなどの高分子イオンのうち、少なくとも一種のイオンが使用される。なかでも、高い導電性を容易に調整できることから、ポリスチレンスルホン酸イオンが好ましい。
【００３５】
前記ドーパントの添加量は、導電性に効果を与える量であれば特に制限はされないが、通常、導電性高分子１００質量部に対し、３〜５０質量部、好ましくは１０〜３０質量部の範囲である。
【００３６】
これらの材料のうち、特に導電性高分子樹脂体として得やすい材料としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Ｂａｙｅｒ社、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ（登録））、ポリ（イソチアナルテンスルホン酸）、ポリ（チオフェンアルカンスルホン酸）、ポリ（ピロールアルカンスルホン酸）、ポリ（アニリンスルホン酸）、ポリ（カルバゾール−Ｎ−アルカンスルホン酸）、ポリ（フェニレン−オキシアルカンスルホン酸）などの自己ドープ型導電性高分子樹脂体が挙げられる。
【００３７】
自己ドープ型導電性高分子樹脂体を用いることにより、水分吸脱着性に優れた可動導電性高分子樹脂体を作製することができる。
【００３８】
前記界面活性剤としては、例えばアルキル硫酸またはそのエステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸またはそのエステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはそのホルマリン縮合物及びこれらの誘導体から選択された少なくとも一つが挙げられる。なかでも、化学的安定性から、アルキルベンゼンスルホン酸が好ましい。
【００３９】
本発明で用いる界面活性剤の種類は、特に限定されなく、公知のカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤あるいはこれらの２種以上の混合物から選択された少なくとも１つの界面活性剤を用いることができる。
【００４０】
前記カチオン性界面活性剤としては、例えば第４級アルキルアンモニウム塩、ハロゲン化アルキルピリジニウムなどを挙げることができる。
【００４１】
前記アニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキル硫酸またはそのエステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸またはその塩、脂肪酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはそのホルマリン縮合物などを挙げることができる。
【００４２】
前記両性界面活性剤としては、例えば、アルキルベタイン、アミンオキサイド、加水分解コラ−ゲンなどを挙げることができる。
【００４３】
前記非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン硬化ひまし油、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、あるいはこれらの誘導体などを挙げることができる。
【００４４】
これらの界面活性剤の中でも、長鎖アルキルベンゼンスルホン酸が、可動導電性高分子樹脂体中の３次元的なネットワーク形成が向上するため特に好ましく使用できる。
【００４５】
本発明で用いるアルコールは、特に限定されなく、公知の１価アルコールおよび多価アルコールあるいはこれらの２種以上の混合物から選択された少なくとも１つのアルコールを用いることができる。
【００４６】
前記１価アルコールとしては、例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどの分枝状あるいは直鎖状アルコール、環状アルコール、ポリマー状アルコールあるいはこれらの２種以上の混合物などを挙げることができる。
【００４７】
前記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類、グリセリン、エリスリトール、キシリトール、ソルビト−ルなどの鎖状多価アルコール、グルコース、スクロールなどの環状多価アルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールなどのポリマー状多価アルコールあるいはこれらの２種以上の混合物などを挙げることができる。
【００４８】
本発明において界面活性剤とアルコールは、単独で使用することができるが、両者を任意の割合で組み合わせて使用することもできる。ここで、両者の比率は、特に限定されない。
【００４９】
これらのアルコールの中でも、特に炭素数３以上もしくは、多価アルコールであることが好ましい。その例としては、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ポリエチレングリコールが好ましく使用できる。なかでも多価アルコールであるエチレングリコールやポリエチレングリコールは次の理由から好適である。エチレングリコールは、低濃度でも、可動導電性高分子樹脂体の３次元的なネットワークを形成させる効果があり、また、揮発性がないため、特に好ましく使用できる。
【００５０】
また、ポリエチレングリコールの分子量は、特に限定されないが、分子量４００のものより分子量１０００のものの方が、添加量が少なくても３次元的なネットワークを形成能が高いので好ましい。
【００５１】
なお、これらの添加物は、本製造方法中で樹脂体中に留まることで、導電性能を向上させるものではなく、樹脂体中に残留すると、逆に導電性能の悪化を招く。
【００５２】
この意味からも、上記製造方法で得られた樹脂体を脱溶媒液中から引上げ、真空乾燥を行なうことは、これらの添加物を可動導電性高分子樹脂体中から除去するために好ましく、この真空乾燥工程により、導電性能、アクチュエート性能は、より向上する。
【００５３】
本発明の可動導電性高分子樹脂体中には、この製造方法で用いる添加物の痕跡を熱重量−質量分析（ＴＧ−ＭＳ）により、確認することができる。
【００５４】
例えば、エチレングリコールを用いた場合には、１００〜２５０℃付近にエチレングリコール（沸点１９８℃）の蒸発による質量減少が確認される。
【００５５】
次に、これらの界面活性剤および／またはアルコールは、上記混合溶液中の組成で、導電性高分子樹脂体に対し質量比で、６０：１〜１：６０であることが好ましい。混合溶液の組成をこの範囲内とすることで、抵抗を下げることができる。添加物の量がこの範囲より小さくなると、もはや３次元ネットワークを形成するための分子鎖拡張効果は得られない虞がある。また、この範囲より大きくなると、今度は混合溶液のゲル化が起こり始める虞がある。
【００５６】
本発明の製造方法により、容易に可動導電性高分子樹脂体を作製することができる。
【００５７】
（電圧かけることによる変位のさせかた）
本発明の可動導電性高分子樹脂体は、さらに、可動導電性高分子樹脂体に少なくとも一対の電極を設け、その一対の電極間への電圧のＯＮ／ＯＦＦにより、水分の放出・吸収を制御することを特徴とする。これにより、通電して発生するジュール熱により強制的に水分や揮発性ガス等のガスを吸収・放出することができ、電源のＯＮ／ＯＦＦで任意に変形させることができる。
【００５８】
本発明では、湿度変化を与えることにより変位させられる。図６に示すように、クリップ５に取り付けられた可動導電性高分子樹脂体１の細片に一対の電極７ａ、７ｂを設け、銅線９ａ，９ｂを経由して電圧をかけることによっても、前記樹脂体に変位を与えることができる。電圧をかけることにより、ジュール熱が発生し、水分が蒸発することにより変位が得られる。
【００５９】
（車両用部材）
本発明の可動導電性高分子樹脂体は、自動車などの車両用部材として用いることが好ましい。これにより、自動車などの内装材に適用可能な導電性高分子アクチュエータや、センサーなど幅広い用途へ適用できる。
【００６０】
本発明の可動導電性高分子樹脂体を用いたセンサーやアクチュエータのように、ここで得られた該樹脂体を自動車に用いられる繊維材料と置換することで、自動車から乗員へ信号を伝達する手段や、繊維の動きにより乗り心地を改善する手段に用いるのは好適である。
【００６１】
アクチュエート機能を中心に用いることで、シート、ステアリング、シフトノブ、内装壁面などから、運転手や乗員への情報伝達手段として用いることもできる。図７に示すように、自動車のステアリングに巻きつけて用いることができる。
【００６２】
また、シートに用いた例では、座面圧測定により、乗員の姿勢や体重などを検知し、アクチュエータとしてフィードバックをかけることで乗り心地を改善したり、エアバックなどの作動位置を設定したりすることに用いることができる。図８に示すように、自動車のシート座面に用いることができる。
【実施例】
【００６３】
以下に、本発明で用いた測定方法について説明する。
【００６４】
（算術平均粗さの測定）
算術平均粗さは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定した。
【００６５】
・装置名：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製 ＮａｎｏｓｃｏｐｅＩＩＩａ＋Ｄ３１００
・前処理条件：試料を支持台に固定し、測定を行った
・測定領域：２μｍ×２μｍ
（変位量の測定方法）
本発明では、次に示す方法で変位量を測定した。任意の厚さのＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体を、長さ１５ｍｍ、幅１０ｍｍに切り出し、図２に示すように、該樹脂体１上端５ｍｍを鉄製のクリップ５にチャックし、吊り下げて固定した。この状態で、湿度が５％ＲＨ以下のグローブボックス内に１時間静置し、その後グローブボックスから出して任意のその場雰囲気の湿度にさらし、その時の変位の様子をビデオカメラで撮影した。撮影後にその画像を解析し（ｗｉｎｄｏｗｓ ムービーメーカーを用いて）、変位の経時変化を観察した。変位量は、図３に示すように、水蒸気の吸着前の長さをＬ０とし、水蒸気の吸着後に湾曲したときの長さをＬ（変位量）として示す。
【００６６】
この時の変位は、従来技術のように樹脂体の両面に強制的に湿度差を与えて変位させるものではなく、樹脂体の両面の算術平均粗さ差を制御することにより、その場雰囲気で変位させられることを特徴としている。
【００６７】
（水蒸気吸着量の測定方法）
変位量の測定方法で用いたサンプルを、クリップから外してグローブボックス内に１時間静置した後、グローブボックスから取り出して該サンプルの質量を測定し、任意のその場雰囲気の湿度にさらし、吸着後の質量を精密天秤で秤量した。そのデータをパソコンに取り込み、吸着量を計算した。
【００６８】
以下に、本発明の実施例を示すが、特にこれに限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
導電性高分子樹脂体成分としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（スタルク製Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ（登録）、溶質量１．３％質量部）を１７ｇ、添加物としてエチレングリコール（関東化学製：製品番号１４１１４−０１）１．８９ｇをサンプル瓶に取った。該サンプル瓶をスターラー上で１０分間撹拌して混合溶液を得た。混合溶液を直径８ｃｍのテフロンシャーレ（算術平均粗さ：６．７ｎｍ）に取り、シャーレの底面に均一に広げ、６０℃のオーブンで５時間乾燥した後、１６０℃の温度で１時間真空乾燥し、キャストフィルムを得た。乾燥後、シャーレの底面に付着したキャストフィルムをピンセットで剥がしとり、直径８ｃｍの自立型の可動導電性高分子樹脂体を得た。
得られた自立型の可動導電性高分子樹脂体の膜厚を膜厚計で測定し、また、その表面の算術平均粗さ（Ｒａ１、Ｒａ２）をＡＦＭで測定した。
得られたフィルムを、前記変位量の測定方法により測定した（その場雰囲気は５０％ＲＨ、２０℃）。次いで、得られたフィルムを前記水分吸収量の測定方法により測定した（その場雰囲気は５０％ＲＨ）。
測定した結果（Ｒａ１、Ｒａ２、変位量、水分吸収量）を表１に示す。
【００７０】
（実施例２）
導電性高分子樹脂体成分としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（スタルク製Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ（登録）、溶質量１．３％質量部）を３２ｇ、添加物としてエチレングリコール（関東化学製：製品番号１４１１４−０１）３．５６ｇをサンプル瓶に取った。該サンプル瓶をスターラー上で１０分間撹拌して混合溶液を得た。混合溶液を攪拌しながら８０℃で１時間程度加熱して、溶液の粘度をゲルにならない程度に高めた。基材としてシリコンウエハー（算術平均粗さ：１ｎｍ）を用いた。その粘度の高い溶液を基材上に移し、テフロンシートで覆ったガラス板を被せて薄くのばした。この時、スペーサーを同時に挟んで厚さを調節し、２時間程度６０℃で加熱し、上から被せたガラス板をはずし、次いで６０℃で２時間程度風乾することでゲル状のフィルムを得た。更に、１６０℃で１時間真空乾燥し、基材から剥がすことで、およそ１００ｍｍ角のキャストフィルムを得た。
得られたフィルムを実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
【００７１】
（実施例３）
基材としてテフロン基板（算術平均粗さ：１８ｎｍ）を用いた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７２】
（実施例４）
基材としてテフロンシート（算術平均粗さ：３６ｎｍ）を用いた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７３】
（実施例５）
テフロンシートで覆ったガラス板を被せる時のスペーサーの厚さを変えた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７４】
（実施例６）
変位量と、吸着量を評価するときのその場雰囲気が７０％（２０℃）であった以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７５】
（実施例７）
変位量と、吸着量を評価するときのその場雰囲気が２０％（２０℃）であった以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７６】
（実施例８）
導電性高分子樹脂体成分としてポリアニリン（日東電工製、高導電率タイプ、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）分散タイプ）を２０ｇ取り、直径８ｃｍのシャーレ（表面粗さ１０ｎｍ）の底面に均一に広げた。そのシャーレを６０℃のオーブンで１０時間乾燥した後、１００℃の温度で１時間真空乾燥し、キャストフィルムを得た。乾燥後、シャーレの底面に付着したキャストフィルムをピンセットで剥がしとり、直径８ｃｍの自立型の可動導電性高分子樹脂体を得た。
得られたフィルムは請求項１と同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７７】
（比較例１）
基材としてテフロンシャーレ（算術平均粗さ：５ｎｍ）を用いた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７８】
（比較例２）
基材としてテフロンシャーレ（算術平均粗さ：５ｎｍ）を用いた以外は、実施例８と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】Ｒａ１とＲａ２の関係を示す図面。
【図２】変位量の測定方法（変位前）を現す図面。
【図３】変位量の測定方法（変位後）を現す図面。
【図４】Ｒａ２と水分吸収量の関係の一例を示す図面。
【図５】｜Ｒａ１−Ｒａ２｜と変位量の関係の一例を示す図面。
【図６】一対の電極を設け、電圧をかけることによる変位のさせ方を説明する図面。
【図７】ステアリングに本発明の可動導電性高分子樹脂体を設置した概略図。
【図８】シートに本発明の可動導電性高分子樹脂体を設置した概略図。
【符号の説明】
【００８１】
１ 可動導電性高分子樹脂体、
３ 基材、
５ クリップ、
７ 電極、
９ 銅線、
１１ ステアリング、
１３ シート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着性樹脂体の製造方法、およびそれにより得られる吸着性樹脂体に関する。詳細には、水の吸脱着による膨潤の差で変位する吸着性樹脂体、及びその製造方法に関する。さらに詳細には、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んだ可動導電性高分子樹脂体およびその製造方法に関する。
【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などがあるが、これらは概ね金属からなるものが多く、質量、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】
従来用いられている金属製のものとは異なり、刺激に応答するピロール系高分子を用いた材料の通電による水の吸脱着による変形を利用したアクチュエータが検討されている（例えば、特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５９４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水の吸脱着を基本とした変形であるので、そのままでは大きな変形は期待できなかった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、吸着性樹脂体の表面粗さを制御することにより、従来の導電性高分子アクチュエータに対して、新たな機能として、通常の雰囲気場で駆動する可動導電性高分子樹脂体、及びその製造方法を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体の対抗する２つの表面おいて、平均表面粗さが異なることを特徴とする可動導電性高分子樹脂体、に関する。
【０００７】
また、本発明は、算術平均粗さＲａを制御した基材上に、導電性高分子樹脂を流延塗布することを特徴とする可動導電性高分子樹脂体の製造方法、に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、可動導電性高分子樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、任意の形状に変形でき、かつ、変形の程度を改良することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（吸着性樹脂体、及び可動導電性高分子樹脂体について）
本発明の吸着性樹脂体は、高分子樹脂体の短軸方向をｘ、長軸方向をｙ、断面に垂直な方向をｚとしたときｘ−ｙ面、ｘ−ｚ面、ｙ−ｚ面の中で、最も面積大なる２面において、２面の表面粗さが異なることを特徴としている。ここで、「吸着」とは気相中の物質が、その相と、それに接する固相との界面付近で、相内部とは異なる濃度を保っている現象をいう。前記吸着性樹脂体とは、例えばフィルム状、板状、繊維状などを指す。なお、本発明におけるメカニズムは明確ではないが、化学結合力による化学的吸着と、ファン・デル・ワールス力などの物理的な力による物理的吸着の両者を含んでいると考える。これにより、吸着性樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、挙動することができる。
【００１０】
前記吸着性樹脂体は、導電性高分子樹脂体であることを特徴とする。これにより、吸着性樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、任意の形状、かつ変形を発現することができる。
【００１１】
水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体において、ｘ−ｙ面、ｘ−ｚ面、ｙ−ｚ面の中で、最も面積大なる２面において、一方の面１の算術平均粗さをＲａ１、他方の面２の算術平均粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１とＲａ２が異なることを特徴とする。吸着性樹脂体の一例として、導電性高分子樹脂体を取り上げて説明するが、特にこれに限定されるものではない。
【００１２】
すなわち、本発明の可動導電性高分子樹脂体は、水分の吸収・放出作用により可動性を有する導電性高分子樹脂体の対抗する２つ面の表面おいて、平均表面粗さが異なることを特徴とする。
【００１３】
本発明の内容について図に基づき具体的に説明する。
【００１４】
図１はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（導電性高分子樹脂体）のＲａ１とＲａ２との関係を示す。可動導電性高分子樹脂体１を製造する際に、空気などの雰囲気と接する面の算術平均粗さをＲａ１、他方、基材３と接するその他の面の算術平均粗さをＲａ２と称する。ここで、「算術平均粗さ」は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に規定されており、具体的には、平均線から絶対値偏差の平均値を計算したものである。この様な方法で得られた可動導電性高分子樹脂体を、細片とする。所定の雰囲気下で、図２に示されるように、可動導電性高分子樹脂体１の細片を設置し、例えば、水蒸気を導入してその雰囲気の湿度を変化させると、該樹脂体１が大きく湾曲して変位するものがある（図３）。ここで、強制的に、該樹脂体の片面にのみに湿度差を与えるのではなく、両面に与える。なお、変位の方向は、説明のために記載したものであり、限定するものではない。
【００１５】
この結果をまとめたものが図４で、Ｒａ２と水蒸気吸着量の関係を示している。図４では、Ｒａ１の値はほぼ一定値であることをから、Ｒａ２を横軸とした。図４から、表面粗さＲａ２の値が小さい場合には吸着量が少なく、その後表面粗さの増加に伴って吸着量も増加するが、Ｒａ２がある表面粗さで最大となり、その後は逆に吸着量は小さくなる。このように、水蒸気吸着量とＲａ２の関係には最大値があることがわかる。
【００１６】
しかしながら、Ｒａ２の大小に基づいて、なぜ吸着量に差異が生じるのかは現時点では必ずしも明らかではないが、概ね次ぎのように考えられる。該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の表面粗さが小さい場合は、見かけ上該表面は鏡面に近い状態であり、水蒸気の吸着サイトと考えている極性基（スルホン酸基）が表面に露出する確率が小さく、それ故水蒸気を吸着しづらい。一方、表面粗さが大きい場合は、該極性基がランダムな配置となる確率が大きくなるため、この場合にも水蒸気を吸着しづらくすると考えられる。なお、表面粗さが所定の範囲では（最適値、及びその近傍）、該極性基が表面に露出する確率が大きくなり、水蒸気を取り込み易い方向に配向する傾向が強くなるため、吸着量も大きくなると考えられる。
【００１７】
次に、横軸を｜Ｒａ１−Ｒａ２｜とし、縦軸を変位割合（Ｌ／Ｌ０）として図５のグラフを得た。図５において、Ｒａ１とＲａ２との差が小さいときには変位割合も小さいが、その後、その差が大きくなるに従って変位割合も大きくなり、あるところで変位割合は最大になり、その後、変位割合が小さくなる。この場合にも、最大値を有する。
【００１８】
上記の結果から、変位割合は、該樹脂体の両面の水蒸気吸着量の差によることが示唆される。図４も、図５と同様に、横軸を｜Ｒａ１−Ｒａ２｜とすることができる。
【００１９】
変位量または変位割合は、該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の両面の水蒸気の吸着量の相違によって起こるものであり、該吸着量の相違は、該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の表面粗さに起因すると考えることができる。したがって、該ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体の表面粗さを調節することによって、水蒸気の吸着量を制御できる。
【００２０】
可動導電性高分子樹脂体の対向する２面の平均表面粗さが異なることにより、吸着性樹脂体が、外部刺激としての湿度や揮発性ガスの変化等に対し、任意の形状、かつ大きな変形を発現することができる。
【００２１】
さらに、本発明者らは、算術平均粗さの差｜Ｒａ１−Ｒａ２｜を３ｎｍ以上とすることにより、変位を制御できることを見出した。｜Ｒａ１−Ｒａ２｜は３ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ未満では変位がみられない虞がある。これにより、具体的な表面粗さの差を規定すると共に、積極的に水分や揮発性ガス等のガスを吸収・放出できる。また、｜Ｒａ１−Ｒａ２｜は１５ｎｍ以上、２５ｎｍ以下、かつ、Ｒａ１は１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下が好ましい。この範囲内で、表面粗さの差により、変位を制御することができると共に、最適値をとることができる。これにより、具体的な表面粗さの差を規定すると共に、より一層積極的に水分や揮発性ガス等のガスを吸収・放出できる。
【００２２】
前記可動導電性高分子樹脂体は、フィルム体とすることが好ましい。これにより、可動導電性高分子樹脂体が、外部刺激の下でより任意に可動できるようになる。
【００２３】
前記可動導電性高分子樹脂体は、水を主成分とし、導電性共役系高分子、界面活性剤及び／又はアルコールからなる溶液により形成された可動導電性高分子樹脂体であることが好ましい。これにより、容易に可動導電性高分子樹脂体を作製することができる。
【００２４】
（自立型導電性高分子樹脂体）
自立型導電性高分子樹脂体とは、自立した樹脂体（フィルム、バルク、繊維状など）であり、可溶性のある塗布液をスピンコートや、グラビヤ印刷や、キャスティングなどで薄膜を作成して基盤から剥がしたり、金型や木枠に流し込んで成型したりしてもよい。繊維状の樹脂体を製造する場合、溶融樹脂を成形させることが一般的であり、その場合、口金内壁の対向面上の表面粗さを変化させることにより、対向する二面の表面粗さの異なった繊維を作製することができる。なお、断面が真円の繊維状の樹脂体の場合でも、口金内壁の対向面の表面粗さを帰ることにより、表面粗さの異なった繊維を作製することができる。ここで、「自立型」とは、導電性高分子樹脂体が、機能をそのまま発揮できることをいう。
【００２５】
具体的な自立型導電性高分子樹脂体としては、その扱い易さからチオフェン系高分子のポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリ４−スチレンサルフォン酸（ＰＳＳ）をドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリアニリン、ポリピロールなどが挙げられる。その厚さは、１０μｍ以上が強度の面から好ましく、一方その変位量を大きくとることから１００μｍ以下が好ましい。１５〜５０μｍの範囲とすることが、スムーズな挙動という観点から好ましい。
【００２６】
自立型導電性高分子樹脂体を用いることにより、可動導電性高分子樹脂体が外部刺激の下で、ある形状で任意に可動できるようになる。
【００２７】
（吸着性樹脂体の製造方法）
本発明の可動導電性高分子樹脂体の製造方法は、算術平均粗さＲａを制御した基材上に、導電性高分子樹脂を流延塗布することを特徴とする。これにより、容易に表裏で算術平均粗さを制御した、可動導電性高分子樹脂体を安定に得ることができる。
【００２８】
一例として、キャスティングフィルムの作製方法を記載するが、特にこれに限定されるものではない。
【００２９】
本発明に係る可動導電性高分子樹脂体の製造方法は、次の方法で得られる。たとえば、実験室的な方法では、導電性高分子、界面活性剤および／またはアルコールを含む混合溶液を、テフロン製のシャーレや、ガラス板等にテフロンシートを貼った基材上や、シリコンウエハー上でキャスティングフィルムを作製することにより得られる。このとき用いるテフロンシャーレやテフロンシートは、様々な表面粗さのものを用いることにより、積極的に基材側の算術平均粗さを制御することができる。また、各種エッチング法や、落砂法によっても、積極的に基材の表面粗さを調節することが可能である。用いる混合溶液は、導電性高分子溶液に、添加物として界面活性剤および／またはアルコールを注ぎ入れて添加し、約５〜１５分撹拌した溶液を用いる。
【００３０】
本発明で用いる導電性高分子、界面活性剤および／またはアルコールを含む混合溶液は、前記溶質を例えば水あるいは有機溶剤などに溶解したものである。
【００３１】
この溶液をキャスティングフィルムの作製に用いることにより、フィルム化された導電性高分子樹脂体は３次元的なネットワークを形成し、従来の添加物を用いないフィルムに比較して、非常に良好な導電性を示す可動導電性高分子樹脂体が安定して得られる。また、導電性が向上することにより、アクチュエート性能も合わせて大きく向上する。
【００３２】
本発明に用いる混合溶液中の導電性高分子は、導電性を示す高分子であれば特に制限されることはない。例えば、アセチレン系、複素５員環系（モノマーとして、ピロールの他、３−メチルピロール、３−エチルピロール、３−ドデシルピロールなどの３−アルキルピロール；３，４−ジメチルピロール、３−メチル−４−ドデシルピロールなどの３，４−ジアルキルピロール；Ｎ−メチルピロール、Ｎ−ドデシルピロールなどのＮ−アルキルピロール；Ｎ−メチル−３−メチルピロール、Ｎ−エチル−３−ドデシルピロールなどのＮ−アルキル−３−アルキルピロール；３−カルボキシピロールなどを重合して得られたピロール系高分子、チオフェン系高分子、イソチアナフテン系高分子など）、フェニレン系、アニリン系の各導電性高分子やこれらの共重合体、誘導体から選択された少なくとも１つが挙げられる。
【００３３】
なかでも、安定性や信頼性が高く、入手も容易であることから、ピロール系高分子またはチオフェン系高分子が好適に用いられる。
【００３４】
さらに、導電性高分子に、ドーパントを加えることによってその導電性に劇的な効果を与える。ここで用いられるドーパントとしては、塩化物イオン、臭化物イオンなどのハロゲン化物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロ硼酸イオン、六フッ化ヒ酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、六フッ化ケイ酸イオン、燐酸イオン、フェニル燐酸イオン、六フッ化燐酸イオンなどの燐酸系イオン、トリフルオロ酢酸イオン、トシレートイオン、エチルベンゼンスルホン酸イオン、ドデシルベンゼンスルホン酸イオンなどのアルキルベンゼンスルホン酸イオン、メチルスルホン酸イオン、エチルスルホン酸イオンなどのアルキルスルホン酸イオン、ポリアクリル酸イオン、ポリビニルスルホン酸イオン、ポリスチレンスルホン酸イオン、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）イオンなどの高分子イオンのうち、少なくとも一種のイオンが使用される。なかでも、高い導電性を容易に調整できることから、ポリスチレンスルホン酸イオンが好ましい。
【００３５】
前記ドーパントの添加量は、導電性に効果を与える量であれば特に制限はされないが、通常、導電性高分子１００質量部に対し、３〜５０質量部、好ましくは１０〜３０質量部の範囲である。
【００３６】
これらの材料のうち、特に導電性高分子樹脂体として得やすい材料としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Ｂａｙｅｒ社、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ（登録））、ポリ（イソチアナルテンスルホン酸）、ポリ（チオフェンアルカンスルホン酸）、ポリ（ピロールアルカンスルホン酸）、ポリ（アニリンスルホン酸）、ポリ（カルバゾール−Ｎ−アルカンスルホン酸）、ポリ（フェニレン−オキシアルカンスルホン酸）などの自己ドープ型導電性高分子樹脂体が挙げられる。
【００３７】
自己ドープ型導電性高分子樹脂体を用いることにより、水分吸脱着性に優れた可動導電性高分子樹脂体を作製することができる。
【００３８】
前記界面活性剤としては、例えばアルキル硫酸またはそのエステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸またはそのエステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはそのホルマリン縮合物及びこれらの誘導体から選択された少なくとも一つが挙げられる。なかでも、化学的安定性から、アルキルベンゼンスルホン酸が好ましい。
【００３９】
本発明で用いる界面活性剤の種類は、特に限定されなく、公知のカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤あるいはこれらの２種以上の混合物から選択された少なくとも１つの界面活性剤を用いることができる。
【００４０】
前記カチオン性界面活性剤としては、例えば第４級アルキルアンモニウム塩、ハロゲン化アルキルピリジニウムなどを挙げることができる。
【００４１】
前記アニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキル硫酸またはそのエステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸またはその塩、脂肪酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはそのホルマリン縮合物などを挙げることができる。
【００４２】
前記両性界面活性剤としては、例えば、アルキルベタイン、アミンオキサイド、加水分解コラ−ゲンなどを挙げることができる。
【００４３】
前記非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン硬化ひまし油、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、あるいはこれらの誘導体などを挙げることができる。
【００４４】
これらの界面活性剤の中でも、長鎖アルキルベンゼンスルホン酸が、可動導電性高分子樹脂体中の３次元的なネットワーク形成が向上するため特に好ましく使用できる。
【００４５】
本発明で用いるアルコールは、特に限定されなく、公知の１価アルコールおよび多価アルコールあるいはこれらの２種以上の混合物から選択された少なくとも１つのアルコールを用いることができる。
【００４６】
前記１価アルコールとしては、例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどの分枝状あるいは直鎖状アルコール、環状アルコール、ポリマー状アルコールあるいはこれらの２種以上の混合物などを挙げることができる。
【００４７】
前記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類、グリセリン、エリスリトール、キシリトール、ソルビト−ルなどの鎖状多価アルコール、グルコース、スクロールなどの環状多価アルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールなどのポリマー状多価アルコールあるいはこれらの２種以上の混合物などを挙げることができる。
【００４８】
本発明において界面活性剤とアルコールは、単独で使用することができるが、両者を任意の割合で組み合わせて使用することもできる。ここで、両者の比率は、特に限定されない。
【００４９】
これらのアルコールの中でも、特に炭素数３以上もしくは、多価アルコールであることが好ましい。その例としては、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ポリエチレングリコールが好ましく使用できる。なかでも多価アルコールであるエチレングリコールやポリエチレングリコールは次の理由から好適である。エチレングリコールは、低濃度でも、可動導電性高分子樹脂体の３次元的なネットワークを形成させる効果があり、また、揮発性がないため、特に好ましく使用できる。
【００５０】
また、ポリエチレングリコールの分子量は、特に限定されないが、分子量４００のものより分子量１０００のものの方が、添加量が少なくても３次元的なネットワークを形成能が高いので好ましい。
【００５１】
なお、これらの添加物は、本製造方法中で樹脂体中に留まることで、導電性能を向上させるものではなく、樹脂体中に残留すると、逆に導電性能の悪化を招く。
【００５２】
この意味からも、上記製造方法で得られた樹脂体を脱溶媒液中から引上げ、真空乾燥を行なうことは、これらの添加物を可動導電性高分子樹脂体中から除去するために好ましく、この真空乾燥工程により、導電性能、アクチュエート性能は、より向上する。
【００５３】
本発明の可動導電性高分子樹脂体中には、この製造方法で用いる添加物の痕跡を熱重量−質量分析（ＴＧ−ＭＳ）により、確認することができる。
【００５４】
例えば、エチレングリコールを用いた場合には、１００〜２５０℃付近にエチレングリコール（沸点１９８℃）の蒸発による質量減少が確認される。
【００５５】
次に、これらの界面活性剤および／またはアルコールは、上記混合溶液中の組成で、導電性高分子樹脂体に対し質量比で、６０：１〜１：６０であることが好ましい。混合溶液の組成をこの範囲内とすることで、抵抗を下げることができる。添加物の量がこの範囲より小さくなると、もはや３次元ネットワークを形成するための分子鎖拡張効果は得られない虞がある。また、この範囲より大きくなると、今度は混合溶液のゲル化が起こり始める虞がある。
【００５６】
本発明の製造方法により、容易に可動導電性高分子樹脂体を作製することができる。
【００５７】
（電圧かけることによる変位のさせかた）
本発明の可動導電性高分子樹脂体は、さらに、可動導電性高分子樹脂体に少なくとも一対の電極を設け、その一対の電極間への電圧のＯＮ／ＯＦＦにより、水分の放出・吸収を制御することを特徴とする。これにより、通電して発生するジュール熱により強制的に水分や揮発性ガス等のガスを吸収・放出することができ、電源のＯＮ／ＯＦＦで任意に変形させることができる。
【００５８】
本発明では、湿度変化を与えることにより変位させられる。図６に示すように、クリップ５に取り付けられた可動導電性高分子樹脂体１の細片に一対の電極７ａ、７ｂを設け、銅線９ａ，９ｂを経由して電圧をかけることによっても、前記樹脂体に変位を与えることができる。電圧をかけることにより、ジュール熱が発生し、水分が蒸発することにより変位が得られる。
【００５９】
（車両用部材）
本発明の可動導電性高分子樹脂体は、自動車などの車両用部材として用いることが好ましい。これにより、自動車などの内装材に適用可能な導電性高分子アクチュエータや、センサーなど幅広い用途へ適用できる。
【００６０】
本発明の可動導電性高分子樹脂体を用いたセンサーやアクチュエータのように、ここで得られた該樹脂体を自動車に用いられる繊維材料と置換することで、自動車から乗員へ信号を伝達する手段や、繊維の動きにより乗り心地を改善する手段に用いるのは好適である。
【００６１】
アクチュエート機能を中心に用いることで、シート、ステアリング、シフトノブ、内装壁面などから、運転手や乗員への情報伝達手段として用いることもできる。図７に示すように、自動車のステアリングに巻きつけて用いることができる。
【００６２】
また、シートに用いた例では、座面圧測定により、乗員の姿勢や体重などを検知し、アクチュエータとしてフィードバックをかけることで乗り心地を改善したり、エアバックなどの作動位置を設定したりすることに用いることができる。図８に示すように、自動車のシート座面に用いることができる。
【実施例】
【００６３】
以下に、本発明で用いた測定方法について説明する。
【００６４】
（算術平均粗さの測定）
算術平均粗さは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定した。
【００６５】
・装置名：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製 ＮａｎｏｓｃｏｐｅＩＩＩａ＋Ｄ３１００
・前処理条件：試料を支持台に固定し、測定を行った
・測定領域：２μｍ×２μｍ
（変位量の測定方法）
本発明では、次に示す方法で変位量を測定した。任意の厚さのＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ樹脂体を、長さ１５ｍｍ、幅１０ｍｍに切り出し、図２に示すように、該樹脂体１上端５ｍｍを鉄製のクリップ５にチャックし、吊り下げて固定した。この状態で、湿度が５％ＲＨ以下のグローブボックス内に１時間静置し、その後グローブボックスから出して任意のその場雰囲気の湿度にさらし、その時の変位の様子をビデオカメラで撮影した。撮影後にその画像を解析し（ｗｉｎｄｏｗｓ ムービーメーカーを用いて）、変位の経時変化を観察した。変位量は、図３に示すように、水蒸気の吸着前の長さをＬ０とし、水蒸気の吸着後に湾曲したときの長さをＬ（変位量）として示す。
【００６６】
この時の変位は、従来技術のように樹脂体の両面に強制的に湿度差を与えて変位させるものではなく、樹脂体の両面の算術平均粗さ差を制御することにより、その場雰囲気で変位させられることを特徴としている。
【００６７】
（水蒸気吸着量の測定方法）
変位量の測定方法で用いたサンプルを、クリップから外してグローブボックス内に１時間静置した後、グローブボックスから取り出して該サンプルの質量を測定し、任意のその場雰囲気の湿度にさらし、吸着後の質量を精密天秤で秤量した。そのデータをパソコンに取り込み、吸着量を計算した。
【００６８】
以下に、本発明の実施例を示すが、特にこれに限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
導電性高分子樹脂体成分としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（スタルク製Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ（登録）、溶質量１．３％質量部）を１７ｇ、添加物としてエチレングリコール（関東化学製：製品番号１４１１４−０１）１．８９ｇをサンプル瓶に取った。該サンプル瓶をスターラー上で１０分間撹拌して混合溶液を得た。混合溶液を直径８ｃｍのテフロンシャーレ（算術平均粗さ：６．７ｎｍ）に取り、シャーレの底面に均一に広げ、６０℃のオーブンで５時間乾燥した後、１６０℃の温度で１時間真空乾燥し、キャストフィルムを得た。乾燥後、シャーレの底面に付着したキャストフィルムをピンセットで剥がしとり、直径８ｃｍの自立型の可動導電性高分子樹脂体を得た。
得られた自立型の可動導電性高分子樹脂体の膜厚を膜厚計で測定し、また、その表面の算術平均粗さ（Ｒａ１、Ｒａ２）をＡＦＭで測定した。
得られたフィルムを、前記変位量の測定方法により測定した（その場雰囲気は５０％ＲＨ、２０℃）。次いで、得られたフィルムを前記水分吸収量の測定方法により測定した（その場雰囲気は５０％ＲＨ）。
測定した結果（Ｒａ１、Ｒａ２、変位量、水分吸収量）を表１に示す。
【００７０】
（実施例２）
導電性高分子樹脂体成分としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（スタルク製Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ（登録）、溶質量１．３％質量部）を３２ｇ、添加物としてエチレングリコール（関東化学製：製品番号１４１１４−０１）３．５６ｇをサンプル瓶に取った。該サンプル瓶をスターラー上で１０分間撹拌して混合溶液を得た。混合溶液を攪拌しながら８０℃で１時間程度加熱して、溶液の粘度をゲルにならない程度に高めた。基材としてシリコンウエハー（算術平均粗さ：１ｎｍ）を用いた。その粘度の高い溶液を基材上に移し、テフロンシートで覆ったガラス板を被せて薄くのばした。この時、スペーサーを同時に挟んで厚さを調節し、２時間程度６０℃で加熱し、上から被せたガラス板をはずし、次いで６０℃で２時間程度風乾することでゲル状のフィルムを得た。更に、１６０℃で１時間真空乾燥し、基材から剥がすことで、およそ１００ｍｍ角のキャストフィルムを得た。
得られたフィルムを実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
【００７１】
（実施例３）
基材としてテフロン基板（算術平均粗さ：１８ｎｍ）を用いた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７２】
（実施例４）
基材としてテフロンシート（算術平均粗さ：３６ｎｍ）を用いた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７３】
（実施例５）
テフロンシートで覆ったガラス板を被せる時のスペーサーの厚さを変えた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７４】
（実施例６）
変位量と、吸着量を評価するときのその場雰囲気が７０％（２０℃）であった以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７５】
（実施例７）
変位量と、吸着量を評価するときのその場雰囲気が２０％（２０℃）であった以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７６】
（実施例８）
導電性高分子樹脂体成分としてポリアニリン（日東電工製、高導電率タイプ、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）分散タイプ）を２０ｇ取り、直径８ｃｍのシャーレ（表面粗さ１０ｎｍ）の底面に均一に広げた。そのシャーレを６０℃のオーブンで１０時間乾燥した後、１００℃の温度で１時間真空乾燥し、キャストフィルムを得た。乾燥後、シャーレの底面に付着したキャストフィルムをピンセットで剥がしとり、直径８ｃｍの自立型の可動導電性高分子樹脂体を得た。
得られたフィルムは請求項１と同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７７】
（比較例１）
基材としてテフロンシャーレ（算術平均粗さ：５ｎｍ）を用いた以外は、実施例２と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７８】
（比較例２）
基材としてテフロンシャーレ（算術平均粗さ：５ｎｍ）を用いた以外は、実施例８と同様の操作を行い、フィルムを得て同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】Ｒａ１とＲａ２の関係を示す図面。
【図２】変位量の測定方法（変位前）を現す図面。
【図３】変位量の測定方法（変位後）を現す図面。
【図４】Ｒａ２と水分吸収量の関係の一例を示す図面。
【図５】｜Ｒａ１−Ｒａ２｜と変位量の関係の一例を示す図面。
【図６】一対の電極を設け、電圧をかけることによる変位のさせ方を説明する図面。
【図７】ステアリングに本発明の可動導電性高分子樹脂体を設置した概略図。
【図８】シートに本発明の可動導電性高分子樹脂体を設置した概略図。
【符号の説明】
【００８１】
１ 可動導電性高分子樹脂体、
３ 基材、
５ クリップ、
７ 電極、
９ 銅線、
１１ ステアリング、
１３ シート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体の対抗する２つの表面おいて、平均表面粗さが異なることを特徴とする可動導電性高分子樹脂体。
【請求項２】
一方の面１の算術平均粗さをＲａ１、他方の面２の算術平均粗さをＲａ２としたとき、両者の差｜Ｒａ１−Ｒａ２｜が、３ｎｍ≦｜Ｒａ１−Ｒａ２｜であることを特徴とする請求項１に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項３】
一方の面１の算術平均粗さをＲａ１、他方の面２の算術平均粗さをＲａ２としたとき、両者の差｜Ｒａ１−Ｒａ２｜が、１５ｎｍ≦｜Ｒａ１−Ｒａ２｜≦２５ｎｍであり、かつ、１ｎｍ≦Ｒａ１≦５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項４】
前記導電性高分子樹脂体は、自立型導電性高分子樹脂体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項５】
前記可動導電性高分子樹脂体は、フィルム体であることを特徴とする請求項４記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項６】
前記導電性高分子樹脂体は、自己ドープ型導電性高分子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項７】
前記自己ドープ型導電性高分子は、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）とからなることを特徴とする請求項６に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項８】
前記可動導電性高分子樹脂体は、水を主成分とし、導電性共役系高分子、界面活性剤及び／又はアルコールからなる溶液により形成されてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体に、少なくとも一対の電極を設け、該一対の電極間への電圧のＯＮ／ＯＦＦにより、水分の放出・吸収を制御することを特徴とする可動導電性高分子樹脂体。
【請求項１０】
算術平均粗さＲａを制御した基材上に、導電性高分子樹脂を流延塗布することを特徴とする可動導電性高分子樹脂体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体を用いた車両用部材。
【請求項１】
水分の吸収・放出作用により可動する導電性高分子樹脂体の対抗する２つの表面おいて、平均表面粗さが異なることを特徴とする可動導電性高分子樹脂体。
【請求項２】
一方の面１の算術平均粗さをＲａ１、他方の面２の算術平均粗さをＲａ２としたとき、両者の差｜Ｒａ１−Ｒａ２｜が、３ｎｍ≦｜Ｒａ１−Ｒａ２｜であることを特徴とする請求項１に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項３】
一方の面１の算術平均粗さをＲａ１、他方の面２の算術平均粗さをＲａ２としたとき、両者の差｜Ｒａ１−Ｒａ２｜が、１５ｎｍ≦｜Ｒａ１−Ｒａ２｜≦２５ｎｍであり、かつ、１ｎｍ≦Ｒａ１≦５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項４】
前記導電性高分子樹脂体は、自立型導電性高分子樹脂体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項５】
前記可動導電性高分子樹脂体は、フィルム体であることを特徴とする請求項４記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項６】
前記導電性高分子樹脂体は、自己ドープ型導電性高分子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項７】
前記自己ドープ型導電性高分子は、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）とからなることを特徴とする請求項６に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項８】
前記可動導電性高分子樹脂体は、水を主成分とし、導電性共役系高分子、界面活性剤及び／又はアルコールからなる溶液により形成されてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体に、少なくとも一対の電極を設け、該一対の電極間への電圧のＯＮ／ＯＦＦにより、水分の放出・吸収を制御することを特徴とする可動導電性高分子樹脂体。
【請求項１０】
算術平均粗さＲａを制御した基材上に、導電性高分子樹脂を流延塗布することを特徴とする可動導電性高分子樹脂体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の可動導電性高分子樹脂体を用いた車両用部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１１１０３（Ｐ２００９−１１１０３Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７１２１９（Ｐ２００７−１７１２１９）
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
２．ＷＩＮＤＯＷＳ
【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２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
２．ＷＩＮＤＯＷＳ
【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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