特許 6601217 イオン伝導膜、ポリマー素子、電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6601217

(24)【登録日】2019年10月18日

(45)【発行日】2019年11月6日

(54)【発明の名称】イオン伝導膜、ポリマー素子、電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/22 20060101AFI20191028BHJP

   H01B 1/06 20060101ALI20191028BHJP

   G02B 7/04 20060101ALI20191028BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20191028BHJP

   H01G 11/48 20130101ALI20191028BHJP

   H01M 4/137 20100101ALI20191028BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/22

   H01B1/06 A

   G02B7/04 E

   H04N5/225 300

   H01G11/48

   H01M4/137

【請求項の数】16

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-551454(P2015-551454)

(86)(22)【出願日】2014年11月19日

(86)【国際出願番号】JP2014080600

(87)【国際公開番号】WO2015083545

(87)【国際公開日】20150611

【審査請求日】2017年9月11日

(31)【優先権主張番号】特願2013-249052(P2013-249052)

(32)【優先日】2013年12月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000224

【氏名又は名称】特許業務法人田治米国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 武久

(72)【発明者】

【氏名】関 晃輔

(72)【発明者】

【氏名】永井 信之

(72)【発明者】

【氏名】加藤 祐作

【審査官】 芦原 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０４７２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３９５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４２５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１８８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８３９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４８４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３５５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４２５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１９１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９１１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３８２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２５６１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２５２９５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｊ ５／２０−２２

Ｃ０８Ｌ

Ｃ０８Ｋ

Ｈ０１Ｂ １／０６

Ｇ０２Ｂ ７／０４

Ｇ０３Ｂ １７／０２

Ｈ０２Ｎ １１／００

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０１Ｇ １１／４８

Ｈ０１Ｍ ４／１３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン伝導性高分子材料と、
カーボン材料と、
前記カーボン材料とは異なる導電性材料と
を含むイオン伝導膜であって、
前記導電性材料が、当該イオン伝導膜の厚み方向に延在している繊維状の金属材料である、イオン伝導膜。

【請求項2】

前記カーボン材料はカーボン粒子であり、
前記カーボン粒子の間隙に前記導電性材料を有する
請求項１記載のイオン伝導膜。

【請求項3】

前記導電性材料の電気抵抗率は、前記カーボン材料の電気抵抗率よりも低い
請求項１記載のイオン伝導膜。

【請求項4】

前記導電性材料は金または白金である
請求項１記載のイオン伝導膜。

【請求項5】

前記導電性材料は、１００ｎｍ以下の繊維径と４以上のアスペクト比とを有する請求項１記載のイオン伝導膜。

【請求項6】

前記導電性材料が、イオン伝導膜中に、カーボン材料とイオン伝導性高分子材料との合計１００重量部に対し０．０１重量部以上１０重量部以下の割合で含有されている請求項１記載のイオン伝導膜。

【請求項7】

一対の電極層と、
前記一対の電極層の間の高分子層とを備えたポリマー素子であって、
前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、
イオン伝導性高分子材料と、
カーボン材料と、
前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含み、
前記導電性材料が、当該電極層の厚み方向に延在している繊維状の金属材料である
ポリマー素子。

【請求項8】

前記一対の電極層の前記高分子層と反対の面には、金属層が設けられている
請求項７記載のポリマー素子。

【請求項9】

一端が固定されると共に他端が前記一端に対して変位し、
前記一端の前記導電性材料の濃度は、他の部分の前記導電性材料の濃度に比べて高い
請求項７記載のポリマー素子。

【請求項10】

ポリマーアクチュエータ素子として構成されている
請求項７記載のポリマー素子。

【請求項11】

ポリマーセンサ素子として構成されている
請求項７記載のポリマー素子。

【請求項12】

電気二重層キャパシタとして構成されている
請求項７記載のポリマー素子。

【請求項13】

電池として構成されている
請求項７記載のポリマー素子。

【請求項14】

一対の電極層と、
前記一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備えた電子機器であって、
前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、
イオン伝導性高分子材料と、
カーボン材料と、
前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含み、
前記導電性材料が、当該電極層の厚み方向に延在している繊維状の金属材料である
電子機器。

【請求項15】

レンズと、
ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備えたカメラモジュールであって、
前記ポリマー素子は、
一対の電極層と、
前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、
前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、
イオン伝導性高分子材料と、
カーボン材料と、
前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含み、
前記導電性材料が、当該電極層の厚み方向に延在している繊維状の金属材料である
カメラモジュール。

【請求項16】

レンズと、
前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、
ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置と
を備えた撮像装置であって、
前記ポリマー素子は、
一対の電極層と、
前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、
前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、
イオン伝導性高分子材料と、
カーボン材料と、
前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含み、
前記導電性材料が、当該電極層の厚み方向に延在している繊維状の金属材料である
撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、ポリマーアクチュエータ素子やポリマーセンサ素子等のポリマー素子に好適なイオン伝導膜、並びに、そのイオン伝導膜を用いたポリマー素子、電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、例えば携帯電話やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、あるいはＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯型電子機器の高機能化が著しく進んでおり、カメラモジュールを搭載することにより撮像機能を備えたものが一般的となっている。このような携帯型電子機器においては、カメラモジュール内のレンズをその光軸方向へ移動させることにより、フォーカシングやズーミングが行われる。

【0003】

従来、カメラモジュール内のレンズの移動は、ボイスコイルモータやステッピングモータなどを駆動部として行う方法が一般的であった。一方で、最近では、コンパクト化の観点から、所定のアクチュエータ素子を駆動部として利用したものが開発されている。そのようなアクチュエータ素子としては、例えば、ポリマーアクチュエータ素子が挙げられる。ポリマーアクチュエータ素子は、例えば一対の電極層間にイオン導電性高分子層（以下、単に高分子層という）を挟むようにしたものである。この高分子層には、例えば水、イオン液体あるいは高沸点有機溶媒が含まれている。このようなポリマーアクチュエータ素子では、一対の電極層間に電界をかけることにより、高分子層中のイオンが移動し、変位が生じるようになっている。このため、変位量および応答速度等のポリマーアクチュエータ素子の動作特性は、イオンの伝導環境に大きく左右される。このように、ポリマーアクチュエータ素子として用いられるほか、ポリマー素子はポリマーセンサ素子、電気二重層キャパシタおよび二次電池等にも用いられている。

【0004】

ポリマー素子の電極層は、例えばカーボン粒子およびイオン伝導性樹脂材料により構成されている（例えば、特許文献１等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−１４３３００号公報

【発明の概要】

【0006】

カーボン粒子は多孔質性であり、比表面積が大きい。このため、カーボン粒子のイオン吸着性は高く、この点においてカーボン粒子はポリマー素子の電極層に好適である。しかしながら、カーボン粒子は金属材料等の他の導電材料に比べて電気抵抗が高い。電気抵抗の高い電極層をポリマー素子に用いると、その特性が低下する。例えば、ポリマーアクチュエータ素子では、カーボン粒子を電極層に用いると、変位量は向上するものの、充電の時定数ＣＲが大きくなり、応答速度が低下する。

【0007】

したがって、イオン吸着性を維持しつつ、電気抵抗の上昇を抑えたイオン伝導膜を提供することが望ましい。また、このイオン伝導膜を用いることにより、特性を向上させることが可能なポリマー素子、電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置を提供することが望ましい。

【0008】

本技術の一実施の形態のイオン伝導膜は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むものである。

【0009】

本技術の一実施の形態のポリマー素子は、一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを備え、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むものである。

【0010】

本技術の一実施の形態の電子機器は、一対の電極層と一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むものである。

【0011】

本技術の一実施の形態のカメラモジュールは、レンズと、ポリマー素子を用いて構成され、レンズを駆動する駆動装置とを備え、ポリマー素子は、一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを有し、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むものである。

【0012】

本技術の一実施の形態の撮像装置は、レンズと、レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、ポリマー素子を用いて構成され、レンズまたは撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、ポリマー素子は、一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを有し、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むものである。

【0013】

本技術の一実施の形態のイオン伝導膜では、カーボン材料の他に、導電性材料が含まれているので、導電性材料としてカーボン材料のみを含む場合の電気抵抗の値に比べて、その値が変化する。即ち、電気抵抗を下げることが可能となる。本技術の一実施の形態のポリマー素子、電子機器、カメラモジュールまたは撮像装置では、上記本技術の一実施の形態のイオン伝導膜を用いているので、同様に、電極層の電気抵抗の値が変化し、電気抵抗を下げることが可能となる。

【0014】

本技術の一実施の形態のイオン伝導膜によれば、カーボン材料と共に導電性材料を含むようにしたので、イオン吸着性を維持しつつ、電気抵抗の上昇を抑えることが可能になる。本技術の一実施の形態のポリマー素子、電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置によれば、上記本技術の一実施の形態のイオン交換膜を用いているので、電極層の電気抵抗を低くし、その特性を向上させることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本技術の一実施の形態に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。

【図2A】図１に示した電極層の構成を表す平面図である。

【図2B】図２Ａに示した電極層の他の例を表す平面図である。

【図3A】電圧無印加時の図１に示したポリマー素子を表す断面図である。

【図3B】電圧印加時の図１に示したポリマー素子の動作を表す断面模式図である。

【図4】変形例１に係るポリマー素子の電極層の構成を表す平面図である。

【図5A】変形例２に係るポリマー素子の電極層の構成を表す断面図である。

【図5B】図５Ａの一部の拡大図である。

【図6】変形例３に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。

【図7】変形例４に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。

【図8】図１等に示したポリマー素子を適用した電子機器の構成例を表す斜視図である。

【図9】図８に示した電子機器を異なる方向から表した斜視図である。

【図10】図９に示した撮像装置の要部構成を表す斜視図である。

【図11】図１０に示したカメラモジュールを表す分解斜視図である。

【図12A】図１０に示したカメラモジュールの動作前の状態を表す側面模式図である。

【図12B】図１２Ａに示したカメラモジュールの動作後の状態を表す断面模式図である。

【図13】図９に示した撮像装置の他の例を表す断面図である。

【図14A】図１３に示した撮像装置の動作前の状態を表す側面模式図である。

【図14B】図１４Ａに示した撮像装置の動作後の状態を表す断面模式図である。

【図15A】図１等に示したポリマー素子を適用した電子機器の構成の一例を表す模式図である。

【図15B】図１５Ａに示した電子機器の他の例を表す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本技術の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（ポリマー素子：導電性物質の形状が繊維状の例）
２．変形例１（導電性物質の形状が粒状の例）
３．変形例２（導電性物質がカーボン粒子の表面を覆っている例）
４．変形例３（電極層に接して金属膜を有する例）
５．変形例４（二次電池として機能する例）
６．適用例
適用例１（レンズを駆動する駆動装置を備えた撮像装置への適用例）
適用例２（撮像素子を駆動する駆動装置を備えた撮像装置への適用例）
その他の適用例

【0017】

＜実施の形態＞
［ポリマー素子１の構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係るポリマー素子（ポリマー素子１）の断面構成例（Ｚ−Ｘ断面構成例）を表したものである。このポリマー素子１は、一対の電極層１２Ａ，１２Ｂの間に高分子層１１を有しており、例えばポリマーアクチュエータ素子またはポリマーセンサ素子等に適用されるものである。高分子層１１および電極層１２Ａ，１２Ｂの平面形状(図１のＺ方向から見た平面形状)は、例えば矩形状（例えば図１のＸ方向が長手方向）であり、その短手断面（例えば図１のＹ方向から見た断面）が略円孤状に変形するようになっている。ポリマー素子１の周囲を、絶縁性の保護膜により覆うようにしてもよい。絶縁性の保護膜は、例えば、高弾性を有する材料（例えば、ポリウレタンなど）により構成することが可能である。

【0018】

（高分子層１１）
高分子層１１は、例えばイオン物質が含浸されたイオン伝導性高分子化合物膜により構成されている。ここで言う「イオン物質」とは、高分子層１１内を伝導することが可能なイオン全般を指している。具体的には水素イオンや金属イオン単体、またはそれら陽イオンおよび／または陰イオンと極性溶媒とを含むもの、あるいはイミダゾリウム塩などのそれ自体が液状である陽イオンおよび／または陰イオンを含むものを意味する。前者としては、例えば、陽イオンおよび／または陰イオンに極性溶媒が溶媒和したものが挙げられ、後者としては、例えばイオン液体が挙げられる。

【0019】

イオン物質は、有機物質であっても無機物質であってもよく、その種類を問わない。イオン物質には、陽イオンが含まれていても陰イオンが含まれていてもよいが、ここでは、イオン物質に陽イオンが含まれている場合について説明する。例えば、陽イオンを含むイオン物質としては、金属イオン単体、金属イオンと水とを含むもの、有機陽イオンと水とを含むもの、あるいはイオン液体など種々の形態のものが挙げられる。具体的には、金属イオンとして、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）、カリウムイオン（Ｋ⁺）、リチウムイオン（Ｌｉ⁺）あるいはマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）などの軽金属イオンが挙げられる。有機陽イオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオンなどが挙げられる。イオン物質に含まれるイオンは、高分子層１１中において、水和物として存在する。このため、ポリマー素子１では、水分の蒸発を防ぐため、ポリマー素子１全体が封止されていることが好ましい。

【0020】

イオン液体は、陽イオンおよび陰イオンを含んでいる。このイオン液体は、所謂、常温溶融塩であり、難燃性および低揮発性を有している。具体的に、イオン液体としては、例えば、イミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物あるいは脂肪族系化合物などが挙げられる。イオン物質としては、イオン液体を用いることが好ましい。揮発性の低いイオン液体を含む高分子層１１を用いることにより、高温雰囲気中あるいは真空中においてもポリマー素子１が良好に動作する。

【0021】

イオン物質として陽イオン物質が含浸されるとき、イオン伝導性高分子化合物膜としては、例えば、フッ素樹脂あるいは炭化水素系などを骨格とした陽イオン交換樹脂膜を用いることができる。陽イオン交換樹脂膜としては、例えば、スルホン（スルホ）基あるいはカルボキシル基などの酸性官能基が導入されたものが挙げられる。具体的には、酸性官能基を有するポリエチレン、酸性官能基を有するポリスチレンあるいは酸性官能基を有するフッ素樹脂膜などである。中でも、陽イオン交換樹脂膜としては、スルホン基あるいはカルボキシル基を有するフッ素樹脂膜が好ましく、例えばナフィオン（デュポン株式会社製）が挙げられる。

【0022】

（電極層１２Ａ，１２Ｂ）
電極層１２Ａ，１２Ｂ（イオン伝導膜）はそれぞれ、イオン伝導性の高分子材料（後述の図２Ａの高分子材料１２１）中に導電性材料を含むものである。本実施の形態では、この電極層１２Ａ，１２Ｂが、図２Ａ，図２Ｂに示したように、導電性材料として、複数のカーボン粒子１２２（カーボン材料）と、カーボン粒子１２２とは異なる種類の導電性物質１２３（導電性材料）とを含んでいる。詳細は後述するが、これにより、イオン伝導性高分子材料中にカーボン粒子のみを含む場合に比べて、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗を低くすることが可能になる。導電性物質１２３は電極層１２Ａ，１２Ｂのどちらにも含まれていることが好ましいが、少なくとも電極層１２Ａ，１２Ｂのうちのどちらか一方に含まれていればよい。

【0023】

高分子材料１２１には、高分子層１１の構成材料と同様のものを用いることができる。この高分子材料１２１により、電極層１２Ａ，１２Ｂ内でイオンが伝導される。カーボン粒子１２２は、多孔質性であり、複数の細孔（後述の図５Ｂの細孔１２２Ｐ）を有している。この細孔の数が多くなるほど、カーボン粒子１２２の表面積が大きくなり、イオン吸着性が高くなる。カーボン粒子１２２のＢＥＴ比表面積は、例えば５００ｍ²／ｇ以上である。カーボン粒子１２２の細孔内は、高分子材料１２１で満たされている。カーボン粒子１２２間の間隙にも、高分子材料１２１が設けられており、カーボン粒子１２２は高分子材料１２１により結着されている。このように、カーボン粒子１２２を高分子材料１２１で結着して電極層１２Ａ，１２Ｂを構成することにより、電極層１２Ａ，１２Ｂの柔軟性を高めることができる。カーボン粒子１２２としては、例えば、ケッチェンブラックが好ましい。

【0024】

導電性物質１２３はカーボン粒子１２２間の間隙に存在しており、電極層１２Ａ，１２Ｂ内の面内方向および厚み方向に分散している。このような導電性物質１２３は、例えば繊維状の形状を有している。この導電性物質１２３の直径は例えば１００ｎｍ以下であり、そのアスペクト比は４以上である。導電性物質１２３の直径が大きいと、剛性が高くなり、ポリマー素子１の変位量に影響を与える虞がある。繊維状の導電性物質１２３の延在方向は、揃っていてもよく、あるいは互いに異なっていてもよい。導電性物質１２３の延在方向は、例えば高電界をかけることにより、揃えることが可能になる。繊維状の導電性物質１２３の延在方向が、電極層１２Ａ，１２Ｂの厚み方向に揃えられていると、電極層１２Ａ，１２Ｂの厚み方向の電気抵抗の上昇が効果的に抑えられる。また、導電性物質１２３の剛性が、カーボン粒子１２２の剛性に比べて高い場合であっても、ポリマー素子１の変位量に影響を及ぼしにくくなる。繊維状の導電性物質１２３の延在方向は、変形する辺（例えば電極層１２Ａ，１２Ｂの長辺）に対して、交差する方向に揃えられていてもよく、変形する辺に対して直交する方向（例えば電極層１２Ａ，１２Ｂの短辺）に揃えられていることが好ましい。これにより、導電性物質１２３の存在によるポリマー素子１の変位量への影響を抑えることができる。

【0025】

導電性物質１２３の電気抵抗率は、カーボン粒子１２２の電気抵抗率よりも低いことが好ましい。詳細には、カーボン粒子の電気抵抗率は４Ω・ｍ前後であり、導電性物質１２３の電気抵抗率は、このカーボン粒子１２２の電気抵抗率よりも一桁以上小さいことが好ましい。このような導電性物質１２３には、例えば金属材料を用いることができる。中でも、導電性物質１２３には低抵抗、かつ、耐腐食性の金属材料を用いることが好ましく、具体的には、電気抵抗率２．０５×１０^-8Ω・ｍの金（Ａｕ）または電気抵抗率１．０４×１０^-7Ω・ｍの白金（Ｐｔ）を用いることが好ましい。金属酸化物を導電性物質１２３に用いるようにしてもよい。導電性物質１２３には、カーボン粒子１２２よりも電気抵抗率の低いものであればどのようなものを用いるようにしてもよく、例えば、炭素原子を含む合金等の化合物または導電性有機物等を用いるようにしてもよい。あるいは、２以上の物質の混合物を用いて導電性物質１２３を構成するようにしてもよい。

【0026】

導電性物質１２３は、例えば、カーボン粒子１２２と高分子材料１２１との重量の総和を１００％としたとき、重量比で０．０１ｗｔ％以上１０％ｗｔ以下の割合、望ましくは０．０１ｗｔ％以上０．１％ｗｔ以下の割合で電極層１２Ａ，１２Ｂ内に存在している。導電性物質１２３の濃度が低すぎると、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗が下がりにくくなる。一方、導電性物質１２３の濃度が高くなると、電極層１２Ａ，１２Ｂの剛性に影響を及ぼし、ポリマー素子１の変位量が低下する虞があるためである。また、カーボン粒子１２２の細孔（後述の図５Ｂの細孔１２２Ｐ）に導電性物質１２３が入りこみ、カーボン粒子１２２のイオン吸着性を低下させる虞もある。上記のように導電性物質１２３の濃度を調整することにより、導電性物質１２３を、近接するカーボン粒子１２２間の間隙に分布させ、かつ、カーボン粒子１２２内部に存在する細孔内には入りこまないようにすることが可能となる。導電性物質１２３の濃度は、電極層１２Ａ，１２Ｂ内で均一であってもよいが、電極層１２Ａ，１２Ｂの一端の導電性物質１２３の濃度を、他の部分の導電性物質１２３の濃度に比べて高くするようにしてもよい。この導電性物質１２３の濃度の高い一端を、変位への寄与が最も大きな固定端(後述の図３Ｂの右端)としてポリマー素子１を変位させることで、ポリマー素子１の応答速度を効果的に向上させることができる。

【0027】

図２Ａに示したように、隣り合う導電性物質１２３同士が接触して、ネットワークを形成していてもよく、あるいは、図２Ｂに示したように、隣り合う導電性物質１２３同士が離れていてもよい。

【0028】

［ポリマー素子１の製造方法］
本実施の形態のポリマー素子１は、例えば次のようにして製造することができる。

【0029】

まず、電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料を混合して塗料を調製する。具体的には、例えば高分子材料１２１として、ナフィオン等のパーフルオロスルホン酸ポリマー（密度２ｇ／ｃｍ³）を準備する。これに重量比で２／３（体積比で約８．８）となるようにカーボン粒子１２２（ＢＥＴ比表面積１２７０ｍ²／ｇ，かさ密度０．１５ｇ／ｃｍ³）を加えて、純水中で混合する。一方、導電性物質１２３として、例えば直径約３０ｎｍ、長さ約１２０ｎｍ〜約４５００ｎｍの繊維状の金を準備し、これを純水に分散させておく。導電性物質１２３の添加量は、上記のように、重量比で０．０１ｗｔ％以上１０％ｗｔ以下である。続いて、この純水に分散させた導電性物質１２３を、高分子材料１２１とカーボン粒子１２２との混合物に加え、撹拌する。このようにして、電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料を混合した塗料を高分子層１１の両面に塗布し、乾燥させる。これにより、ポリマー素子１が完成する。電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料を混合した後、フィルム状に成形してもよく、これを高分子層１１の両面に圧着することにより、ポリマー素子１を形成するようにしてもよい。高分子層１１には、例えばナフィオンを用いる。

【0030】

［ポリマー素子１の作用・効果］
（Ａ．ポリマーアクチュエータ素子として機能する場合の基本動作）
本実施の形態のポリマー素子１では、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の電位差が生じると、以下の原理にて、高分子層１１において変形（湾曲）が生じる。つまり、この場合には、ポリマー素子１がポリマーアクチュエータ素子として機能することになる。以下、このポリマー素子１のポリマーアクチュエータ素子としての動作について、説明する。

【0031】

図３Ａおよび図３Ｂは、このポリマー素子１の動作（ポリマーアクチュエータ素子としての動作）を、断面図（Ｚ−Ｘ断面図）を用いて模式的に表したものである。以下、高分子層１１に含浸されているイオン物質の種類による場合分けをして、ポリマー素子１の動作を説明する。

【0032】

まず、イオン物質として、陽イオンと極性溶媒とを含むものを用いた場合について説明する。

【0033】

この場合、電圧無印加状態におけるポリマー素子１は、陽イオン物質が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、湾曲することなく平面状となる（図３Ａ）。ここで、図２Ｂ中に示した電圧機能部９（この場合、電圧供給部）によって電圧印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を開始する）と、ポリマー素子１は以下のような挙動を示す。例えば電極層１２Ａがマイナスの電位、電極層１２Ｂがプラスの電位となるように電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動用電圧Ｖｄを印加すると（図３Ｂ中の矢印「＋Ｖ」を参照）、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極層１２Ａ側に移動する。この際、高分子層１１中では陰イオンがほとんど移動できないため、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が伸長し、電極層１２Ｂ側が収縮する。これにより、ポリマー素子１は全体として、図３Ｂ中の矢印「＋Ｚ」で示したように、電極層１２Ｂ側に湾曲する。

【0034】

こののち、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を停止する）と、高分子層１１中において電極層１２Ａ側に偏っていた陽イオン物質（陽イオンおよび極性溶媒）が拡散し、図３Ａに示した状態に戻る。

【0035】

また、図３Ａに示した電圧無印加状態から、電極層１２Ａがプラスの電位、電極層１２Ｂがマイナスの電位となるように、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動電圧Ｖｄを印加すると、陽イオンは極性溶媒と溶媒和した状態で、電極層１２Ｂ側に移動する。この場合、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が収縮し、電極層１２Ｂ側が伸長する。これにより、ポリマー素子１は全体として、電極層１２Ａ側に湾曲する（図示せず）。

【0036】

この場合も、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とすると、高分子層１１中において電極層１２Ｂ側に偏っていた陽イオン物質が拡散し、図３Ａに示した状態に戻る。

【0037】

次に、イオン物質として、液状の陽イオンを含むイオン液体を用いた場合について説明する。

【0038】

この場合において、電圧無印加状態では、イオン液体が高分子層１１中にほぼ均一に分散しているので、ポリマー素子１は、図３Ａに示した平面状となる。ここで、電圧機能部９によって電圧印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を開始する）と、ポリマー素子１は以下のような挙動を示す。例えば電極層１２Ａがマイナスの電位、電極層１２Ｂがプラスの電位となるように電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動用電圧Ｖｄを印加すると（図３Ｂ中の矢印「＋Ｖ」を参照）、イオン液体のうちの陽イオンが電極層１２Ａ側に移動する。一方、イオン液体のうちの陰イオンは、陽イオン交換膜である高分子層１１中を移動することができない。このため、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が伸長し、電極層１２Ｂ側が圧縮する。これにより、ポリマー素子１は全体として、図３Ｂ中の矢印「＋Ｚ」で示したように、電極層１２Ｂ側に湾曲する。

【0039】

こののち、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を停止する）と、高分子層１１中において電極層１２Ａ側に偏っていた陽イオンが拡散し、図３Ａに示した状態に戻る。

【0040】

また、図３Ａに示した電圧無印加状態から、電極層１２Ａがプラスの電位、電極層１２Ｂがマイナスの電位となるように、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動電圧Ｖｄを印加すると、イオン液体のうちの陽イオンが電極層１２Ｂ側に移動する。この場合、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が圧縮し、電極層１２Ｂ側が伸長する。これにより、ポリマー素子１は全体として、電極層１２Ａ側に湾曲する（図示せず）。

【0041】

この場合も、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とすると、高分子層１１中において電極層１２Ｂ側に偏っていた陽イオンが拡散し、図３Ａに示した状態に戻る。

【0042】

（Ｂ．ポリマーセンサ素子として機能する場合の基本動作）
また、本実施の形態のポリマー素子１では、逆に、高分子層１１が面方向と直交する方向（ここではＺ軸方向）へ変形（湾曲）すると、以下の原理にて、電極層１２Ａと電極層１２Ｂとの間に電圧（起電力）が生じる。つまり、この場合には、ポリマー素子１がポリマーセンサ素子（例えば、曲げセンサ，速度センサあるいは加速度センサ等）として機能することになる。以下、高分子層１１に含浸されているイオン物質の種類による場合分けをして、ポリマー素子１の動作について説明する。

【0043】

まず、イオン物質として、陽イオンと極性溶媒とを含むものを用いた場合について説明する。

【0044】

この場合、ポリマー素子１自身が、例えば外力による曲げ応力を受けていない状態、あるいは直線運動も回転運動もしておらず、加速度および角加速度が生じていないときには、ポリマー素子１にこれらに起因した力は加わっていない。したがって、ポリマー素子１は、変形（湾曲）することなく平面状となっている（図３Ａ）。そのため、陽イオン物質が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、電極層１２Ａ，１２Ｂ間には電位差が発生せず、ポリマー素子１において検出される電圧は０（ゼロ）Ｖとなる。

【0045】

一方、ポリマー素子１自身が、例えば曲げ応力を受けることにより、あるいは直線運動または回転運動をすることにより、加速度または角加速度が生じると、ポリマー素子１にはこれらに起因した力が加わるため、ポリマー素子１が変形（湾曲）する（図３Ｂ）。

【0046】

例えば、図３Ｂに示したように、ポリマー素子１がＺ軸上の正方向（電極層１２Ｂ側）に変形した場合には、高分子層１１では、電極層１２Ｂ側が圧縮し、電極層１２Ａ側が伸長することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で内圧の低い電極層１２Ａ側に移動するため、陽イオンは、電極層１２Ａ側で密の状態となる一方、電極層１２Ｂ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマー素子１には、電極層１２Ｂ側よりも電極層１２Ａ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、図３Ｂにおける括弧書中の矢印「−Ｖ」で示したように、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（この場合、電圧計）において、負極性の電圧（−Ｖ）が検出される。

【0047】

ポリマー素子１がＺ軸上の負方向（電極層１２Ａ側）に変形した場合には、高分子層１１では逆に、電極層１２Ａ側が圧縮し、電極層１２Ｂ側が伸長することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で内圧の低い電極層１２Ｂ側に移動するため、陽イオンは、電極層１２Ｂ側で密の状態となる一方、電極層１２Ａ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマー素子１には、電極層１２Ａ側よりも電極層１２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（電圧計）において、正極性の電圧（＋Ｖ）が検出される。

【0048】

次に、イオン物質として、液状の陽イオンを含むイオン液体を用いた場合について説明する。

【0049】

この場合においても、まず、ポリマー素子１自身が、例えば直線運動も回転運動もしておらず、加速度および角加速度が生じていないときには、ポリマー素子１は、変形（湾曲）することなく平面状となっている（図３Ａ）。そのため、イオン液体が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、電極層１２Ａ，１２Ｂ間には電位差が発生せず、ポリマー素子１において検出される電圧は０（ゼロ）Ｖとなる。

【0050】

一方、ポリマー素子１自身が、例えば直線運動または回転運動をすることにより、加速度または角加速度が生じると、ポリマー素子１にはこれらに起因した力が加わるため、ポリマー素子１が変形（湾曲）する（図３Ｂ）。

【0051】

例えば、図３Ｂに示したように、ポリマー素子１がＺ軸上の正方向（電極層１２Ｂ側）に変形した場合には、高分子層１１では、電極層１２Ｂ側が圧縮し、電極層１２Ａ側が伸長することになる。すると、高分子層１１が陽イオン交換膜である場合、イオン液体中の陽イオンは膜中を移動して内圧の低い電極層１２Ａ側に移動する。一方、陰イオンは高分子層１１の官能基に阻まれて移動することができない。したがって、この場合、ポリマー素子１には、電極層１２Ｂ側よりも電極層１２Ａ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、図３Ｂにおける括弧書中の矢印「−Ｖ」で示したように、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（この場合、電圧計）において、負極性の電圧（−Ｖ）が検出される。

【0052】

ポリマー素子１がＺ軸上の負方向（電極層１２Ａ側）に変形した場合には、高分子層１１では逆に、電極層１２Ａ側が圧縮し、電極層１２Ｂ側が伸長することになる。すると、上記と同様の理由により、イオン液体のうちの陽イオンが内圧の低い電極層１２Ｂ側に移動する。したがって、この場合、ポリマー素子１には、電極層１２Ａ側よりも電極層１２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（電圧計）において、正極性の電圧（＋Ｖ）が検出される。

【0053】

（Ｃ．電気二重層キャパシタとして機能する場合の動作）
また、本実施の形態のポリマー素子１は、電気二重層キャパシタとしても機能する。電極層１２Ａ，１２Ｂ間に所定の電圧を印加すると、高分子層１１に含浸されているイオン物質が移動し、電極層１２Ａ，１２Ｂの表面に整列する。これにより、電気二重層が形成され、その部分に電荷が蓄えられる結果、電気二重層キャパシタとして機能する。

【0054】

（Ｄ．電極層１２Ａ，１２Ｂに含まれる導電性物質１２３の作用）
ここで、本実施の形態のポリマー素子１の電極層１２Ａ，１２Ｂに含まれる導電性物質１２３の作用について説明する。

【0055】

多孔質性のカーボン粒子（カーボン粒子１２２）の比表面積は大きく、カーボン粒子１２２は高いイオン吸着性を有している。このようなカーボン粒子１２２をポリマー素子１の電極層１２Ａ，１２Ｂに用いることにより、ポリマー素子１のイオン捕捉性能に起因する諸特性が向上する。

【0056】

しかしながら、カーボン粒子１２２は、金属材料等の他の導電材料に比べて、電気抵抗が高い。電気抵抗の高い電極層をポリマー素子に用いると、その特性が低下する。例えば、ポリマーアクチュエータ素子では、充電の時定数ＣＲが大きくなり、応答速度が低下する。カーボン粒子を用いた電極層に金属膜を積層して、低抵抗化を図ることも考えられる（例えば、特許文献１）。この方法では、電極層の面内方向の電気抵抗は下がり得るものの、電極層の厚み方向の電気抵抗を低下させることはできない。また、剛性の高い金属膜はポリマー素子の曲げ剛性の増大を引き起こす虞がある。

【0057】

これに対し、ポリマー素子１の電極層１２Ａ，１２Ｂでは、カーボン粒子１２２の他に、導電性物質１２３が含まれているので、導電材料としてカーボン粒子１２２のみを含んでいる場合に比べて、電気抵抗を下げることが可能になる。また、カーボン粒子１２２間の間隙に導電性物質１２３が設けられ、導電性物質１２３が電極層１２Ａ，１２Ｂの面内方向および厚み方向の両方に分散されているので、面内方向およみ厚み方向の両方に亘り、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗を下げることが可能になる。実際に、導電性物質１２３として金を含む電極層１２Ａ，１２Ｂでは、電極層１２Ａ，１２Ｂの面内方向および厚み方向の両方で電気抵抗が下がることを確認している。更に、電極層１２Ａ，１２Ｂ内に分散して導電性物質１２３を設けると、ポリマー素子１では曲げ剛性の増大が生じない。よって、導電性物質１２３はポリマー素子１の変位を阻害する要因にはならない。加えて、ポリマー素子１を電気二重層キャパシタとして機能させると、電気二重層容量が増加する。

【0058】

導電性物質１２３を添加することにより、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗が下がる理由としては、以下のことが考えられる。各々が離間して存在しているカーボン粒子１２２を導電性物質１２３が架橋することにより、より多くのカーボン粒子１２２が電流の流路となることが考えられる。あるいは、隣接するカーボン粒子１２２間に導電性物質１２３が介在することにより、等価的にカーボン粒子１２２間の接触抵抗が下がっていることが考えられる。

【0059】

以上のように本実施の形態では、電極層１２Ａ，１２Ｂがカーボン粒子１２２と共に導電性物質１２３を含むようにしたので、カーボン粒子１２２の有するイオン吸着性を維持しつつ、電気抵抗の上昇を抑えることが可能になる。よって、ポリマー素子１では電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗が低くなり、応答速度や容量等の特性を向上させることが可能となる。

【0060】

また、繊維状の導電性物質１２３を用いることにより、カーボン粒子１２２間の間隙に導電性物質１２３が入り込み、電極層１２Ａ，１２Ｂ内に分散し易くなる。このため、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗を効果的に下げることが可能となる。

【0061】

以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0062】

＜変形例１＞
図４は、変形例１に係るポリマー素子（ポリマー素子１Ａ）の電極層１２Ａ，１２Ｂの平面構成を表わしたものである。この電極層１２Ａ，１２Ｂは、粒状の導電性物質（導電性物質１２３Ａ）を有している。その点を除き、ポリマー素子１Ａは上記実施の形態のポリマー素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

【0063】

導電性物質１２３Ａは例えば略球形であり、例えば１ｎｍ〜１０μｍの直径を有している。導電性物質１２３Ａには、導電性物質１２３と同様に、金または白金等の金属材料を用いることができる。導電性物質１２３Ａは、高分子材料１２１中においてカーボン粒子１２２間の間隙に設けられ、電極層１２Ａ，１２Ｂの面内方向および厚み方向に分散して存在している。このような粒状の導電性物質１２３Ａが電極層１２Ａ，１２Ｂに含まれている場合にも、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗の上昇を抑えることが可能である。

【0064】

＜変形例２＞
図５Ａは、変形例２に係るポリマー素子（ポリマー素子１Ｂ）の電極層１２Ａ，１２Ｂの断面構成を表わしたものである。この電極層１２Ａ，１２Ｂでは、導電性物質（導電性物質１２３Ｂ）が膜状に成形され、各々のカーボン粒子１２２の外側（カーボン粒子１２２の間隙）から表面全体を覆っている。その点を除き、ポリマー素子１Ｂは上記実施の形態のポリマー素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

【0065】

図５Ｂは、図５Ａの破線部分Ｓの拡大図である。このように、導電性物質１２３Ｂはカーボン粒子１２２の細孔１２２Ｐの開口を維持しつつ、カーボン粒子１２２を被覆していることが好ましい。導電性物質１２３Ｂは、金または白金等の金属材料により構成されており、その厚みは例えば１ｎｍ〜５０ｎｍである。導電性物質１２３Ｂの厚みをこのようにすることで、導電性物質１２３Ｂによりイオン吸着に寄与する細孔１２２Ｐ（直径２ｎｍ〜５０ｎｍ）がふさがれるのを防ぐことができる。

【0066】

導電性物質１２３Ｂは、例えば多角バレルスパッタリング法（例えば、特開２００４−２５０７７１号公報参照）を用いて形成することが可能である。具体的には、多角柱状のバレルにカーボン粒子１２２を入れ、そのバレルを回転させながら導電性物質１２３Ｂの構成材料を用いてスパッタリングを施す。これにより、定期的にバレル内を落下するカーボン粒子１２２の表面に導電性物質１２３Ｂが成膜される。この導電性物質１２３Ｂで被覆されたカーボン粒子１２２を高分子材料１２１に混合することにより、電極層１２Ａ，１２Ｂが形成される。このようなカーボン粒子１２２の表面に導電性物質１２３Ａが設けられている場合にも、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗の上昇を抑えることが可能である。

【0067】

＜変形例３＞
図６は、変形例３に係るポリマー素子（ポリマー素子１Ｃ）の断面構成を表わしたものである。このポリマー素子１Ｃは、電極層１２Ａの高分子層１１とは反対の面に金属層１３Ａ、電極層１２Ｂの高分子層１１とは反対の面に金属層１３Ｂをそれぞれ有している。その点を除き、ポリマー素子１Ｃは上記実施の形態のポリマー素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

【0068】

ポリマー素子１Ｃは、金属層１３Ａ、電極層１２Ａ、高分子層１１、電極層１２Ｂおよび金属層１３Ｂをこの順に有するものである。このように電極層１２Ａ，１２Ｂに金属層１３Ａ，１３Ｂを積層することにより、電極層１２Ａ，１２Ｂの面内方向において電位がより均一な値に近づき、より優れた変形性能が得られる。金属層１３Ａ，１３Ｂの構成材料としては、金あるいは白金等が挙げられる。金属層１３Ａ，１３Ｂの厚さは任意であるが、ポリマー素子１Ｃの変位に影響を与えない程度の厚みであることが好ましい。ポリマー素子１Ｃでは、電極層１２Ａ，１２Ｂに導電性物質１２３（導電性物質１２３Ａ，１２３Ｂ）が含まれているので、薄い金属層１３Ａ，１３Ｂであっても、十分に電気抵抗を下げることが可能となる。このため、電極層に導電性物質を含まない場合に比べて、曲げ変形が阻害されない。金属層１３Ａ，１３Ｂの厚みは、例えば５０ｎｍ以下である。金属層１３Ａ，１３Ｂは、電極層１２Ａ，１２Ｂの電位が均一になるように連続膜となっていることが好ましい。このような金属層１３Ａ，１３Ｂを形成する方法としては、例えば、めっき法、蒸着法あるいはスパッタ法などが挙げられる。あらかじめ基材上に金属層１３Ａ，１３Ｂを成膜しておき、これを基材から電極層１２Ａ，１２Ｂに転写するようにしてもよい。

【0069】

＜変形例４＞
図７は、変形例４に係るポリマー素子（ポリマー素子１Ｄ）の断面構成を表わしたものである。このポリマー素子１Ｄは、セパレータ２１を介して正極２２Ａおよび負極２２Ｂを有するものであり、例えばリチウムイオン二次電池として機能する。その点を除き、ポリマー素子１Ｄは上記実施の形態のポリマー素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

【0070】

セパレータ２１は、正極２２Ａと負極２２Ｂとを隔離して、両極の接触に起因する電流の短絡を防止するためのものである。このセパレータ２１は正極２２Ａと負極２２Ｂとの間を移動するイオンを通過させるようになっている。このセパレータ２１の構成材料には、ポリマー素子１の高分子層１１の構成材料と同様のものを用いることができる。セパレータ２１には、電解液を含むゲル状の高分子材料を用いるようにしてもよく、あるいは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレン等の多孔質フィルムを用いるようにしてもよい。

【0071】

セパレータ２１には電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、必要に応じて、各種添加材などの他の材料を含んでいてもよい。電解液の溶媒は、例えば有機溶媒などの非水溶媒であり、具体的には、炭酸エチレン，炭酸プロピレン，炭酸ジメチル，炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチル等が挙げられる。電解液には、２種以上の溶媒を混合して用いるようにしてもよい。電解液の電解質塩は、例えばリチウム塩などの軽金属塩のいずれか１種類あるいは２種類以上である。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆），四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄），過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）および六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）のうちの１種あるいは２種以上が好ましい。電解質塩の含有量は、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましい。

【0072】

正極２２Ａは、正極活物質層２２１Ａおよび正極集電体２２２Ａを含んでおり、セパレータ２１に近い位置から、正極活物質層２２１Ａおよび正極集電体２２２Ａの順に設けられている。正極活物質層２２１Ａはコバルト酸リチウム（Ｌｉ_xＣｏＯ₂）等の正極活物質を含むものであり、正極集電体２２２Ａは、例えばアルミニウム等の金属材料により構成されている。

【0073】

負極２２Ｂは、負極活物質層２２１Ｂおよび正極集電体２２２Ｂを含んでおり、セパレータ２１に近い位置から、負極活物質層２２１Ｂおよび負極集電体２２２Ｂの順に設けられている。ポリマー素子１Ｄでは、この負極活物質層２２１Ｂがイオン伝導性高分子材料（図２Ａの高分子材料１２１）中にカーボン粒子（図２Ａのカーボン粒子１２２）とカーボン粒子とは異なる導電性物質（図２Ａの導電性物質１２３）とを含んでいる。導電性物質は、カーボン粒子間の間隙に存在している。これにより、導電性材料としてカーボン粒子のみを含む場合に比べて、負極２２Ｂの電気抵抗の上昇を抑えることができる。負極集電体２２２Ｂは、例えば銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ）あるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。

【0074】

このポリマー素子１Ｄでは、充電時において、例えば、正極２２Ａからリチウムイオンが放出され、セパレータ２１に含浸された電解液を介して負極２２Ｂに吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極２２Ｂからリチウムイオンが放出され、セパレータ２１に含浸された電解液を介して正極２２Ａに吸蔵される。ここでは、負極２２Ｂ（負極活物質層２２１Ｂ）に、カーボン粒子と共に導電性物質が含まれているので、カーボン粒子の有するイオン吸着性を維持しつつ、電気抵抗の上昇を抑えることが可能になる。よって、ポリマー素子１Ｄでは、負極２２Ｂの電気抵抗が低くなり、充放電特性を向上させることが可能となる。

【0075】

＜適用例＞
続いて、上記実施の形態および変形例に係るポリマー素子の適用例（撮像装置への適用例；適用例１，２）について説明する。

【0076】

［適用例１］
（携帯電話機８の構成）
図８および図９は、上記実施の形態等のポリマー素子の適用例１に係る撮像装置を備えた電子機器の一例として、撮像機能付き携帯電話機（携帯電話機８）の概略構成を斜視図で表わしたものある。この携帯電話機８では、２つの筐体８１Ａ，８１Ｂ同士が、図示しないヒンジ機構を介して折り畳み自在に連結されている。

【0077】

図８に示したように、筐体８１Ａの一方側の面には、各種の操作キー８２が複数配設されると共に、その下端部にマイクロフォン８３が配設されている。操作キー８２は使用者（ユーザ）による所定の操作を受け付けて情報を入力するためのものである。マイクロフォン８３は、通話時等における使用者の音声を入力するためのものである。

【0078】

筐体８１Ｂの一方側の面には、図８に示したように、液晶表示パネル等を用いた表示部８４が配設されると共に、その上端部には、スピーカー８５が配設されている。表示部８４には、例えば、電波の受信状況や電池残量、通話相手の電話番号、電話帳として登録されている内容（相手先の電話番号や氏名等）、発信履歴、着信履歴等の各種の情報が表示されるようになっている。スピーカー８５は、通話時等における通話相手の音声等を出力するためのものである。

【0079】

図９に示したように、筐体８１Ａの他方側の面にはカバーガラス８６が配設されていると共に、筐体８１Ａ内部のカバーバラス８６に対応する位置に撮像装置２が設けられている。この撮像装置２は、物体側（カバーガラス８６側）に配置されたカメラモジュール４と、像側（筐体８１Ａの内部側）に配置された撮像素子３とにより構成されている。撮像素子３は、カメラモジュール４内のレンズ（後述するレンズ４０）により結像されてなる撮像信号を取得する素子である。この撮像素子３は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を搭載したイメージセンサからなる。

【0080】

（撮像装置２の構成）
図１０は、撮像装置２の概略構成例を斜視図で表したものであり、図１１は、この撮像装置２におけるカメラモジュール４の構成を分解斜視図で表したものである。

【0081】

カメラモジュール４は、光軸Ｚ１に沿って像側（撮像素子３の撮像面３０側）から物体側へと順に（Ｚ軸上の正方向に沿って）、支持部材５１、ポリマーアクチュエータ素子５３１、レンズ保持部材５４およびレンズ４０、ならびにポリマーアクチュエータ素子５３２を備えている。このポリマーアクチュエータ素子５３１、５３２が、上記ポリマー素子１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにより構成されている。なお、図１０では、レンズ４０の図示を省略している。このカメラモジュール４はまた、固定用部材５２、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂ、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂ、押え部材５６およびホール素子５７Ａ，５７Ｂを備えている。なお、これらのカメラモジュール４の部材のうちのレンズ４０を除いたものが、本技術における「レンズを駆動する駆動装置」（レンズ駆動装置）の一具体例に対応している。

【0082】

支持部材５１は、カメラモジュール４全体を支持するためのベース部材（基体）である。

【0083】

固定用部材５２は、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の一端をそれぞれ固定するための部材である。この固定用部材５２は、像側（図１０および図１１における下側）から物体側（上側）へと向けて配置された、下部固定用部材５２Ｄ、中央（中部）固定用部材５２Ｃおよび上部固定用部材５２Ｕの３つの部材からなる。下部固定用部材５２Ｄと中央固定用部材５２Ｃとの間には、ポリマーアクチュエータ素子５３１の一端および固定電極５３０Ａ，５３０Ｂの一端がそれぞれ、挟み込まれて配置されている。一方、中央固定用部材５２Ｃと上部固定用電極５２Ｕとの間には、ポリマーアクチュエータ素子５３２の一端および固定電極５３０Ａ，５３０Ｂの他端がそれぞれ、挟み込まれて配置されている。また、これらのうちの中央固定用部材５２Ｃには、レンズ保持部材５４の一部（後述する保持部５４Ｂの一部）を部分的に挟み込むための開口５２Ｃ０が形成されている。これにより、レンズ保持部材５４の一部がこの開口５２Ｃ０内を移動できるようになるため、スペースを有効活用することができ、カメラモジュール４の小型化を図ることが可能となる。

【0084】

固定電極５３０Ａ，５３０Ｂは、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２における電極層（前述した電極層１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ）に対して、後述する電圧供給部５９からの駆動用電圧Ｖｄ（後述の図１２Ａ，図１２Ｂ）を供給するための電極である。これらの固定電極５３０Ａ，５３０Ｂはそれぞれ、例えば金（Ａｕ）もしくは金めっきされた金属等からなり、Ｕの字状となっている。これにより、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂはそれぞれ、中央固定用部材５２Ｃの上下（Ｚ軸に沿った両側面）を挟み込むようになっており、一対のポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２に対して少ない配線で並列に同じ電圧を印加することが可能となっている。また、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂを金めっきされた金属材料から構成した場合、表面の酸化等による接触抵抗の劣化を防ぐことができる。

【0085】

レンズ保持部材５４は、レンズ４０を保持するための部材であり、例えば液晶ポリマー等の硬質な樹脂材料からなる。このレンズ保持部材５４は、中心が光軸Ｚ１上になるようにして配置され、レンズ４０を保持する環状の保持部５４Ｂと、この保持部５４Ｂを支持すると共に保持部５４Ｂと後述する連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂとを接続する接続部５４Ａとからなる。また、保持部５４Ｂは、一対のポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２における後述する駆動面同士の間に配置されている。

【0086】

ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２はそれぞれ、レンズ４０の光軸Ｚ１と直交する駆動面（Ｘ−Ｙ平面上の駆動面）を有し、この光軸Ｚ１に沿って駆動面同士が対向するように配置されている。これらのポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２はそれぞれ、レンズ保持部材５４（およびレンズ４０）を、後述する連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂを介して光軸Ｚ１に沿って駆動するためのものである。

【0087】

連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の各他端と、接続部５４Ａの端部との間を互いに連結（接続）するための部材である。具体的には、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂはそれぞれ、接続部５４Ａの下端部とポリマーアクチュエータ素子５３１の他端との間を連結し、連結部材５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、接続部５４Ａの上端部とポリマーアクチュエータ素子５３２の他端との間を連結している。これらの連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、例えばポリイミドフィルム等のフレキシブルフィルムからなり、各ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２と同等以下（好ましくは同一以下）の剛性（曲げ剛性）を有する柔軟な材料からなることが望ましい。これにより、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂが、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の湾曲方向とは逆方向に湾曲する自由度が生まれる。したがって、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２と連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂとからなる片持ち梁における断面形状が、Ｓ字状の曲線を描くようになる。その結果、接続部５４ＡがＺ軸方向に沿って平行移動することが可能となり、保持部５４Ｂ（およびレンズ４０）が支持部材５１に対して平行状態を保ったまま、Ｚ軸方向に駆動されるようになる。なお、上記した剛性（曲げ剛性）としては、例えばバネ定数を用いることができる。

【0088】

（カメラモジュール４の動作）
図１２Ａ，図１２Ｂはそれぞれ、カメラモジュール４の概略構成例を側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で模式的に表したものであり、図１２Ａは動作前の状態を、図１２Ｂは動作後の状態をそれぞれ示している。

【0089】

このカメラモジュール４では、電圧供給部５９からポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２に対して駆動用電圧Ｖｄが供給されると、前述した原理にて、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の他端側がそれぞれ、Ｚ軸方向に沿って湾曲する。これにより、これらポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２によってレンズ保持部材５４が駆動され、レンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って移動可能となる（図１２Ｂ中の矢印参照）。このようにしてカメラモジュール４では、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２を用いた駆動装置（レンズ駆動装置）によって、レンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って駆動される。つまり、カメラモジュール４内のレンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って移動し、フォーカシングやズーミングが行われる。

【0090】

［適用例２］
続いて、上記実施の形態等のポリマー素子の適用例２に係る撮像装置（カメラモジュール）について説明する。本適用例に係る撮像装置もまた、例えば前述した図８，図９に示したような、撮像機能付き携帯電話機８に内蔵されるようになっている。ただし、適用例１の撮像装置２では、ポリマー素子（ポリマーアクチュエータ素子）をレンズ駆動装置として用いていたのに対し、本適用例の撮像装置では以下説明するように、撮像素子３を駆動するための駆動装置として用いている。

【0091】

（撮像装置２Ａの構成）
図１３は、本適用例に係る撮像装置（撮像装置２Ａ）の概略構成例を、側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で表したものである。この撮像装置２Ａは、基板６０上に、各種部材を保持するためのハウジング６１を備えている。

【0092】

このハウジング６１には、レンズ４０を配置するための開口部６１１が形成されていると共に、一対の側壁部６１３Ａ，６１３Ｂと、基板６０上に位置する底部６１２とが設けられている。側壁部６１３Ａには一対の板ばね６２１，６２１の一端側が固定されており、これら板ばね６２１，６２１の他端側には、接続部５４Ａおよび支持部６４を介して撮像素子３が配置されている。また、底部６１２上にはポリマーアクチュエータ素子６３の一端側が固定されており、このポリマーアクチュエータ素子６３の他端側は支持部６４の底面に固定されている。なお、この底部６１２上にはホール素子５７Ａも配置されていると共に、接続部５４Ａ上におけるホール素子５７Ａの対向位置には、ホール素子５７Ｂが配置されている。

【0093】

なお、これらの撮像装置２Ａの部材のうち、底部６１２、側壁部６１３Ａ、板ばね６２１，６２２、ポリマーアクチュエータ素子６３、支持部６４および接続部５４Ａが主に、本技術における「撮像素子を駆動する駆動装置」（撮像素子駆動装置）の一具体例に対応している。

【0094】

ポリマーアクチュエータ素子６３は、上記したように、撮像素子３を駆動するためのものであり、上記実施の形態等に係るポリマー素子１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃを用いて構成されている。

【0095】

（撮像装置２Ａの動作）
図１４Ａ，図１４Ｂはそれぞれ、撮像装置２Ａの一部（上記した撮像素子駆動装置）を側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で模式的に表したものであり、図１４Ａは動作前の状態を、図１４Ｂは動作後の状態をそれぞれ示している。

【0096】

この撮像装置２Ａでは、電圧供給部（図示せず）からポリマーアクチュエータ素子６３に対して駆動用電圧Ｖｄが供給されると、前述した原理にて、ポリマーアクチュエータ素子６３の他端側がそれぞれ、Ｚ軸方向に沿って湾曲する。これにより、このポリマーアクチュエータ素子６３によって接続部５４Ａが駆動され、撮像素子３がレンズ４０の光軸Ｚ１に沿って移動可能となる（図１４Ｂ中の矢印参照）。このようにして撮像装置２Ａでは、ポリマーアクチュエータ素子６３を用いた駆動装置（撮像素子駆動装置）によって、撮像素子３がレンズ４０の光軸Ｚ１に沿って駆動される。これにより、レンズ４０と撮像素子３との相対的な距離が変化することで、フォーカシングやズーミングが行われる。

【0097】

＜その他の適用例＞
図１５Ａ，図１５Ｂは、その他の適用例に係る電子機器（電子機器７Ａ，図７Ｂ）の構成例を、模式的に表したものである。

【0098】

電子機器７Ａ（図１５Ａ）は、ポリマーセンサ素子７１および信号処理部７２を含むものである。この電子機器７Ａでは、ポリマーセンサ素子７１が変形することにより検知された信号が、信号処理部７２に入力され、各種の信号処理が行われるようになっている。このような電子機器７Ａとしては、例えば、血管の拡張および収縮を検知する脈拍センサ、指等の接触位置、接触の強さを検知する触覚センサ、本等のページめくり等に伴う曲げ状態を検知する曲げセンサおよび人の関節の動き等を検知するモーションセンサ等が挙げられる。

【0099】

電子機器７Ｂ（図１５Ｂ）は、信号入力部７３およびポリマーアクチュエータ素子７４を含むものである。この電子機器７Ｂでは、信号入力部７３からの信号によりポリマーアクチュエータ素子７４が変形するようになっている。このような電子機器７Ｂとしては、例えば、カテーテル等が挙げられる。

【0100】

＜その他の変形例＞
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本技術の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、ポリマー素子および撮像装置内の他の部材における形状や材料等については、上記実施の形態等で説明したものには限定されず、また、ポリマー素子の積層構造についても、上記実施の形態等で説明したものには限定されず、適宜変更可能である。

【0101】

更に、上記適用例では、ポリマーアクチュエータ素子またはポリマーセンサ素子を電子機器に適用する場合を例に挙げて説明したが、電気二重層キャパシタとして機能するポリマー素子および二次電池として機能するポリマー素子（図７のポリマー素子１Ｄ）を電子機器に適用するようにしてもよい。

【0102】

加えて、上記変形例４では、ポリマー素子１Ｄの負極２２Ｂがカーボン粒子と共に導電性物質を含む場合について説明したが、正極がカーボン粒子と共に導電性物質を含むようにしてもよい。また、変形例４では本技術を二次電池に適用させる場合について説明したが、本技術は一次電池にも適用可能である。

【0103】

更にまた、上記実施の形態等では、本技術の駆動装置の一例として、主に、駆動対象物であるレンズをその光軸に沿って駆動するレンズ駆動装置を挙げて説明したが、その場合には限られず、例えば、レンズ駆動装置がレンズをその光軸と直交する方向に沿って駆動するようにしてもよい。また、本技術の駆動装置は、そのようなレンズ駆動装置や撮像素子駆動装置以外にも、例えば絞り（特開２００８−２５９３８１号公報等参照）や手ぶれ補正等の他の駆動対象物を駆動する駆動装置等にも適用することが可能である。更に、本技術の駆動装置、カメラモジュールおよび撮像装置は、上記実施の形態で説明した携帯電話機以外にも、種々の電子機器に適用することが可能である。

【0104】

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

【0105】

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むイオン伝導膜。
（２）前記カーボン材料はカーボン粒子であり、前記カーボン粒子の間隙に前記導電性材料を有する前記（１）記載のイオン伝導膜。
（３）前記導電性材料の電気抵抗率は、前記カーボン材料の電気抵抗率よりも低い前記（１）または（２）記載のイオン伝導膜。
（４）前記導電性材料は金属材料である前記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載のイオン伝導膜。
（５）前記導電性材料は金または白金である前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載のイオン伝導膜。
（６）前記導電性材料の形状は繊維状である前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載のイオン伝導膜。
（７）前記導電性材料の形状は粒状である前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載のイオン伝導膜。
（８）前記導電性材料は、前記カーボン粒子の表面を覆う膜状に成形されている前記（２）に記載のイオン伝導膜。
（９）長辺および短辺を有する矩形状に成形され、前記導電性材料は、前記長辺と交差する方向に延在している前記（６）に記載のイオン伝導膜。
（１０）前記導電性材料は、当該イオン伝導膜の厚み方向に延在している前記（６）に記載のイオン伝導膜。
（１１）一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを備え、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むポリマー素子。
（１２）前記一対の電極層の前記高分子層と反対の面には、金属層が設けられている前記（１１）記載のポリマー素子。
（１３）一端が固定されると共に他端が前記一端に対して変位し、前記一端の前記導電性材料の濃度は、他の部分の前記導電性材料の濃度に比べて高い前記（１１）に記載のポリマー素子。
（１４）ポリマーアクチュエータ素子として構成されている前記（１１）乃至（１３）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（１５）ポリマーセンサ素子として構成されている前記（１１）乃至（１３）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（１６）電気二重層キャパシタとして構成されている前記（１１）または（１２）に記載のポリマー素子。
（１７）電池として構成されている前記（１１）または（１２）に記載のポリマー素子。（１８）一対の電極層と前記一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含む電子機器。
（１９）レンズと、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含むカメラモジュール。
（２０）レンズと、前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、イオン伝導性高分子材料と、カーボン材料と、前記カーボン材料とは異なる導電性材料とを含む撮像装置。

【0106】

本出願は、日本国特許庁において２０１３年１２月２日に出願された日本特許出願番号第２０１３−２４９０５２号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

【0107】

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】