DE69937129T2

DE69937129T2 - Polymerischer Antrieb, und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69937129T2
Application number: DE69937129T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Ikeda-shi Oguro; Kinji Ikeda-shi Asaka; Tatsuhiro Okada; Kazuo Amagasaki-shi Onishi; Shingo Sewa
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Eamex Corp
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Eamex Corp; New Energy and Industrial Technology Development Organization
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: EP0943402B1; US6762210B1; EP0943402A2; CA2262286A1; DE69937129D1; EP0943402A3; US7169822B2; CA2262286C; US20040242709A1; ES2293710T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue polymere Stellglieder und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung polymere Stellglieder, die durch Biegung oder Verformung von Ionentauscherharzprodukten als Stellglieder funktionieren, und ein Verfahren zur Herstellung der polymeren Stellglieder.
Seit kurzem besteht eine verstärkte Nachfrage für ein miniaturisiertes, leichtgewichtiges und hoch flexibles Stellglied auf den Gebieten medizinischer Ausrüstung, industrieller Roboter, Mikromaschinen und dgl.
Bei dieser Miniaturisierung des Stellgliedes sind die Reibung und Viskositätskraft gegenüber der Massenkraft vorherrschend. Es ist daher schwierig, Mittel zur Umwandlung von Energie in Bewegung unter Anwendung einer Massenkraft, wie einem Motor oder einer Maschine, als Kraftquelle eines Mikrostellglieds einzusetzen. Demzufolge sind Funktionsprinzipien auf der Basis elektrostatischer Anziehung, Piezoelektrizität, Mikrowellen, Formgedächtnislegierung und Polymerexpansion/-kontraktion für das Mikrostellglied vorgeschlagen worden.
Das Stellglied nach dem Typ der elektrostatischen Anziehung funktioniert durch die Anziehung z. B. einer Platte oder eines Stabs, der gegenüber einer Gegenelektrode eine Elektrode wird, und es ist z. B. eine Ausführungsform bekannt, die eine Elektrode durch Anlegen einer Spannung von etwa 100 V zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode biegt, die im Abstand von etwa 10 μm angeordnet sind. Das piezoelektrische Stellglied funktioniert durch Anlegen einer Spannung einiger Volt an ein piezoelektrisches Element aus einer Keramik, wie Bariumtitanat, so dass sich das Element expandiert und zusammenzieht; eine Ausführungsform ist bekannt, die eine Verschiebung einer Nanometer-Einheit steuern kann. Das Ultraschall-Stellglied funktioniert, indem es eine Reibungskraft mit der durch das piezoelektrische Element oder dgl. erzeugten Ultraschallvibration kombiniert oder einen Entscheidungsablauf bewirkt. Das Stellglied des Typs der Formgedächtnislegierung funktioniert durch Temperaturänderung unter Ausnutzung der ausgeprägten Konfigurationsänderung der Formgedächtnislegierung in Abhängigkeit von der Temperatur. Das Stellglied des Typs der Polymerexpansion/-kontraktion funktioniert unter Ausnutzung der Expansion/Kontraktion des Polymers in Abhängigkeit von der Temperatur oder pH-Änderung und Änderung der Konzentration einer Umgebungschemikalie.
Diese Mikrostellglieder weisen jedoch Nachteile auf, da es hinsichtlich ihrer jeweiligen Betriebsumgebungen Einschränkungen gibt, das Ansprechen nicht zufriedenstellend ist, der Aufbau kompliziert ist und die Flexibilität unzureichend ist. Für den Betrieb des Stellglieds des Typs der Polymerexpansion/-kontraktion muss z. B. die Lösung in Kontakt mit dem Po lymer durch eine Lösung ersetzt werden, die ein anderes Salz enthält. Es ist daher schwierig, dieses Stellglied in einer Anwendung einzusetzen, die eine kleine Größe und ein rasches Ansprechen erfordert.
Ein Stellgliedelement, das eine Ionentauschermembran und an die Oberflächen der Ionenaustauschermembran gekoppelte Elektroden umfasst, die zum Anlegen einer Potentialdifferenz an die Ionentauschermembran im hydratisierten Zustand angepasst sind, so dass die Ionentauschermembran gekrümmt oder deformiert wird, ist dagegen als Ausführungsform vorgeschlagen worden, die leicht miniaturisiert werden kann, ein rasches Ansprechen realisiert und mit geringer elektrischer Kraft funktioniert (siehe japanische Patentoffenlegung Nr. 4(1992)-275078 ).
Dieses Stellgliedelement ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Ionentauscherharzmembran (Ionentauscherharzformkörper) und an deren Oberflächen gekoppelte Metallelektroden in gegenseitig isolierender Beziehung umfasst und angepasst ist, eine Potentialdifferenz zwischen die Metallelektroden anzulegen, wobei die Ionentauscherharzmembran in hydratisiertem Zustand vorliegt, so dass die Ionentauscherharzmembran gekrümmt oder verbogen wird.
Bei diesem Stellgliedelement werden die Elektroden auf den Oberflächen des Ionentauscherharzformkörpers durch chemisches Plattieren, Elektroplattieren, Vakuumabscheidung, Bedampfung, Beschichtung, Druckbonding, Schmelzbonding oder andere Methoden ausgebildet. Beim herkömmlichen Verfahren zur Ausbildung der Elektroden durch chemisches Plattieren ätzt man z. B. die Oberflächen der Ionentauschermembran, trägt einen Plattierungskatalysator auf und taucht sie in ein Plattierbad, wodurch sich auf den Oberflächen der Ionentauschermembran Elektroden bilden, oder lässt auf die Oberflächen der Ionentauschermembran einen Metallkomplex adsorbieren, worauf man den adsorbierten Komplex reduziert, und taucht dann die Ionentauscherharzmembran in ein Plattierbad, um auf den Oberflächen der Ionentauschermembran die Elektroden auszubilden.
Das Stellgliedelement, dessen Elektroden nach den vorstehenden Verfahren ausgebildet sind, hat jedoch den Nachteil, dass der Auslenkungsgrad nicht zufrieden stellend ist. Beim herkömmlichen polymeren Stellglied wird außerdem beim Erhöhen der Spannung zwischen den Elektroden, um eine größere Auslenkung und besseres Ansprechen zu erhalten, das Wasser in der Ionentauscherharzmembran leicht elektrolysiert, wodurch sich leicht Bläschen bilden.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung eines polymeren Stellglieds ist in der zum Stand der Technik gehörenden Druckschrift WO-A-9726039 offenbart, bei dem die folgenden Schritte zur Ausbildung von Metallelektroden auf der Oberfläche eines Ionentauscherharzes durchgeführt werden: a) Beschichtung; b) Reduktion; c) Waschen.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die vorstehend angesprochenen Probleme in Verbindung mit dem Stand der Technik zu lösen; eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Stellgliedelements, das eine große Auslenkung hervorbringen kann, ein rasches Ansprechen und eine hohe Flexibilität zeigt, einen einfachen Aufbau aufweist und leicht miniaturisiert werden kann, und eines Verfahrens zu dessen Herstellung. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines polymeren Stellglieds, bei dem keine Bläschen aufgrund der Elektrolyse von Wasser auftreten, wenn man eine Potentialdifferenz anlegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines polymeren Stellglieds ist ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren Stellglieds, das ein Ionentauscherharzprodukt und auf der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes ausgebildete und voneinander isolierte Metallelektroden umfasst, wobei das Stellglied durch Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Metallelektroden als Stellglied wirkt, wenn das Ionentauscherharzprodukt im wasserhaltigen Zustand ist, wobei das Ionentauscherharzprodukt eine Krümmung oder Deformation erfährt, bei dem man die folgenden Schritte (i) bis (iii) mehrfach durchführt, um von der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts in das Innere davon reichende Metallelektroden auszubilden;

(i) einen Schritt, bei dem man das Ionentauscherharzprodukt einen Metallkomplex in wässriger Lösung adsorbieren lässt (Adsorptionsschritt),
(ii) einen Schritt, bei dem man den adsorbierten Metallkomplex auf dem Ionentauscherharzprodukt mit einem Reduktionsmittel reduziert, um auf der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ein Metall abzuscheiden (Abscheidungsschritt), wobei die Reduktion durch Eintauchen des Ionentauscherharzprodukts mit dem darauf adsorbierten Metallkomplex in eine ein Reduktionsmittel enthaltende wässrige Lösung erfolgt, und
(iii) einen Schritt, bei dem man das Ionentauscherharzprodukt mit dem abgeschiedenen Metall wäscht (Waschschritt).

Mittels des Verfahrens zur Ausbildung von Metallelektroden über die vorstehenden Schritte erstreckt sich die Metallabscheidung weiter in das Innere des Ionentauscherharzprodukts, um die Kontaktfläche zwischen dem Ionentauscherharzprodukt und den Metallelektroden zu vergrößern, wodurch die Anzahl der elektrodenaktiven Stellen erhöht und so die Zahl der Ionen vergrößert wird, die zu einer negativen Elektrode wandern. In dem poly meren Stellglied wandern Wassermoleküle, die die Ionen begleiten, zu einer negativen Elektrode, so dass sich der Wassergehalt in der Umgebung dieser Elektrode vergrößert, wodurch sich die Seite der negativen Elektrode des Harzproduktes ausdehnt, während der Wassergehalt in der Umgebung der positiven Elektrode abnimmt, wodurch sich die Seite der positiven Elektrode des Harzprodukts zusammenzieht. Wenn daher die Zahl der Ionen, die zu einer Elektrode wandern, vergrößert wird, vergrößert sich auch die Zahl der Wassermoleküle, die zusammen mit den Ionen zu der Elektrode wandern. Im Ergebnis wird der Unterschied im Wassergehalt zwischen der Umgebung der negativen Elektrode und der Umgebung der positiven Elektrode größer und der Grad des Verbiegens (Deformation), d. h. der Grad der Auslenkung, erhöht sich. Da außerdem die Dicke der Metallelektrode erhöht wird, verringert sich der Oberflächenwiderstand der Elektrode, wodurch die Leitfähigkeit der Elektrode ansteigt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man daher ein polymeres Stellglied mit einfachem Aufbau erhalten, das leicht miniaturisiert werden kann, ein rasches Ansprechen zeigt und eine große Auslenkung erzeugen kann.
Das erfindungsgemäße polymere Stellglied umfasst ein Ionentauscherharzprodukt und auf der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes, welches ein Alkylammoniumion als Gegenion enthält, ausgebildete und voneinander isolierte Elektroden, wobei das Stellglied durch Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Metallelektroden als Stellglied wirkt, wenn das Ionentauscherharzprodukt im wasserhaltigen Zustand ist, wobei das Ionentauscherharzprodukt eine Krümmung oder Deformation erfährt.
Im erfindungsgemäßen polymeren Stellglied sind die Gegenionen des Ionentauscherharzprodukts durch spezielle Alkylammoniumionen ausgetauscht, wodurch sich auch unter Anlegen einer hohen Spannung kaum Bläschen bilden, im Unterschied zu herkömmlichen Ionentauscherharzen, deren Gegenionen Na⁺ oder H⁺ ist. Im polymeren Stellglied wandern Wassermoleküle, die die Ionen begleiten, im Allgemeinen zu einer Elektrode, wodurch sich der Wassergehalt in der Umgebung der Elektrode erhöht. Im Ergebnis quillt diese Elektrodenseite des Harzproduktes und vergrößert sich, während der Wassergehalt in der Umgebung der Gegenelektrode abnimmt und sich dadurch die Gegenelektrodenseite des Harzprodukts zusammenzieht. Wenn man daher die Gegenionen durch die Alkylammoniumionen austauscht, wird der Unterschied im Wassergehalt zwischen den Elektroden größer und der Grad des Verbiegens (Deformation), d. h. der Grad der Auslenkung, kann erhöht werden.
Vorzugsweise verwendet man als Alkylammoniumion ein Alkylammoniumion der folgenden Formel (1). Bei Verwendung dieser Ionen wird der Unterschied im Wassergehalt zwischen den Elektroden sehr viel größer und der Grad des Verbiegens (Deformation), d. h. der Grad der Auslenkung, kann erhöht werden.
In der vorstehenden Formel können R¹ bis R⁴ gleich oder verschieden sein und stehen jeweils für ein Wasserstoffatom, eine Kohlenwasserstoffgruppe, eine sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe oder eine stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe, wobei wenigstens einer der Reste R¹ bis R⁴ eine von einem Wasserstoffatom verschiedene Gruppe ist, und zwei oder mehrere der Reste R¹ bis R⁴ unter Ausbildung eines Rings miteinander verbunden sein können.
Im erfindungsgemäßen polymeren Stellglied entspricht das Alkylammoniumion vorzugsweise der vorstehenden Formel (1) und es ist besonders bevorzugt, dass es sich bei dem Alkylammoniumion handelt um CH₃N⁺H₃, C₂H₅N⁺H₃, (CH₃)₂N⁺H₂, (C₂H₅)₂N⁺H₂, (C₄H₉)₂N⁺H₂, (C₅H₁₁)₂N⁺H₂, (CH₃)₃N⁺H, (C₂H₅)₃N⁺H, (C₄H₉)₃N⁺H, (C₅H₁₁)₃N⁺H, (CH₃)4N⁺, (C₂H₅)₄N⁺, (C₃H₇)₄N⁺, (C₄H₉)₄N⁺, H₃N⁺(CH₂)₄N⁺H₃, H₂C=CHCH₂N⁺HCH₃, H₃N⁺(CH₂)₄N⁺H₂(CH₂)₄N⁺H₃, HC≡CCH₂N⁺H₂, CH₃CH(OH)CH₂N⁺H₃, H₃N⁺(CH₂)₅OH, H₃N⁺CH(CH₂OH)₂, (HOCH₂)₂C(CH₂N⁺H₃)₂, C₂H₅OCH₂CH₂N⁺H₃,
Am meisten bevorzugt handelt es sich beim Alkylammoniumion um (C₄H₉)₃N⁺H, (C₅H₁₁)₃N⁺H, (C₃H₇)₄N⁺ oder (C₄H₉)₄N⁺.
Das erfindungsgemäße Stellglied weist einen einfachen Aufbau auf und kann leicht miniaturisiert werden. Ferner kann auch beim Erhöhen der Spannung die von der Elektrolyse des im Harzproduktes vorliegenden Wassers verursachte Bildung von Bläschen gehemmt werden. Außerdem zeigt das polymere Stellglied ein rasches Ansprechen und kann große Auslenkungen erzeugen.
Zu den beigefügten Zeichnungen:
1 ist ein schematischer Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen polymeren Stellglieds ohne angelegte Spannung.
2A ist ein schematischer Schnitt, der ein bevorzugtes Verhältnis zwischen der Dicke einer Elektrode und der Dicke eines Harzproduktes zeigt.
Die 2B bis 2D sind jeweils eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts, die das bevorzugte Verhältnis zwischen der Dicke einer Elektrode und der Dicke eines Harzprodukts in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
3 ist ein schematischer Schnitt, der das polymere Stellglied nach 1 bei angelegter Spannung zeigt.
4 ist ein schematischer Schnitt, der eine Ausführungsform der Anwendung des polymeren Stellglieds zeigt.
5 ist ein schematischer Schnitt, der eine Bewegung des Stellglieds in der Anwendung gemäß 4 illustriert.
6 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen polymeren Stellglieds zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht, die ein Prinzip zur Messung des Grads der Auslenkung in dem Beispiel 1 bis 21 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung eines polymeren Stellglieds, das ein Ionentauscherharzprodukt und auf der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes ausgebildete und voneinander isolierte Metallelektroden umfasst, wobei das polymere Stellglied durch Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Metallelektroden als Stellglied wirkt, wenn das Ionentauscherharzprodukt im wasserhaltigen Zustand ist, wobei das Ionentauscherharzprodukt eine Krümmung oder Deformation erfährt, und eines Verfahrens zu dessen Herstellung.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2A wird zunächst ein polymeres Stellglied konkret beschrieben, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
1 ist ein schematischer Schnitt einer Ausführungsform des polymeren Stellglieds, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist. 2A ist ein schematischer Schnitt, der eine bevorzugte Beziehung zwischen der Dicke einer Elektrode und der Dicke eines Harzproduktes zeigt. Wie in den 1 und 2A gezeigt, umfasst das polymere Stellglied 1 der Ausführungsform ein Ionentauscherharzprodukt 2 in Form einer schmalen rechteckigen flachen Platte (oder eines Films) und Elektroden 3a, 3b, die auf den entsprechenden Oberflächen des Ionentauscherharzprodukts ausgebildet und voneinander isoliert sind. Dieses polymere Stellglied 1 ist so konstruiert, dass das Ionentauscherharzprodukt durch Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 3a, 3b gebogen oder deformiert wird, wenn das Ionentauscherharzprodukt 2 im wasserhaltigen Zustand ist.
Wie in 1 gezeigt, sind die Elektroden 3a, 3b jeweils mit einem Ende eines Paars von Anschlussdrähten 4a, 4b elektrisch verbunden und die anderen Enden der Anschlussdrähte 4a, 4b sind mit einer Spannungsquelle 5 verbunden.
Die Form des Ionentauscherharzprodukts 2 ist nicht auf eine rechteckige flache Platte oder Film beschränkt und das Harzprodukt kann in Form eines Films, einer Säule oder, wie in den 2B bis 2D oder 6 gezeigt, eines Zylinders vorliegen.
Beispiele der Ionentauscherharze zur Ausbildung des Ionentauscherharzprodukts 2 umfassen Kationtauscherharze und amphotere Ionentauscherharze. Davon werden Kationtauscherharze bevorzugt eingesetzt, weil sie den Grad der Auslenkung des polymeren Stellglieds vergrößern können.
Die vorliegend einsetzbaren Kationtauscherharze sind z. B. solche, worin funktionelle Gruppen, wie die Sulfonsäuregruppe und Carboxylgruppe in Polyethylen, Polystyrol oder Fluorharze eingeführt sind. Insbesondere sind Kationtauscherharze bevorzugt, worin funktionelle Gruppen, wie die Sulfonsäuregruppe und Carboxylgruppe, in Fluorharze eingeführt sind.
Es ist wünschenswert, dass das Kationtauscherharz eine Ionentauschkapazität von 0,8 bis 3,0 meq/g, vorzugsweise 1,4 bis 2,0 meq/g, aufweist. Wenn man ein Kationtauscherharz mit dieser Ionentauschkapazität einsetzt, kann der Grad der Auslenkung des polymeren Stellglieds weiter vergrößert werden.
In der vorliegenden Erfindung zählen zu den Beispielen der Metalle zum Aufbau der Elektroden 3a, 3b Gold, Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium.
Die Dicke der auf der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ausgebildeten Elektroden kann gegebenenfalls gemäß der Gestalt oder dem Material des Ionentauscher harzprodukts und der Elektroden oder der Positionen, an denen die Elektroden ausgebildet sind, bestimmt werden.
Wenn z. B. das verwendete Ionentauscherharzprodukt in Form einer Platte oder eines Films vorliegt, wie in der 2A gezeigt, hat die auf jeder Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ausgebildeten Elektrode vorzugsweise eine solche Dicke, dass das Verhältnis der Dicke a₁ der auf dem Ionentauscherharzprodukt ausgebildeten Metallelektrode zur Dicke b₁ des Ionentauscherharzprodukts einschließlich der Metallelektroden (a₁/b₁) im Bereich von 0,03 bis 0,40, vorzugsweise 0,15 bis 0,30, liegt. Wenn sich das Verhältnis a₁/b₁ in diesem Bereich befindet, kann man ein polymeres Stellglied erhalten, das eine große Auslenkung erzeugt und einen niedrigen Oberflächenwiderstand aufweist.
Wenn das Ionentauscherharzprodukt in der vorliegenden Erfindung in der Form eines Zylinders (2B) vorliegt, kann man die Metallelektroden an der äußeren Oberfläche des Zylinders, seiner inneren Oberfläche (2C) oder sowohl auf der äußeren und der inneren Oberfläche (2D) ausbilden. In diesen Fällen kann das Verhältnis zwischen der Dicke des Ionentauscherharzprodukts und der Elektrode ebenfalls optional bestimmt werden.
Im Fall des polymeren Stellglieds 40 gemäß 2B, bei dem die Metallelektroden 43 auf der äußeren Oberfläche des zylindrischen Ionentauscherharzprodukts 41 ausgebildet sind, liegt das Verhältnis der Dicke a₂ der Metallelektrode 43 zur Dicke b₂ des zylindrischen Ionentauscherharzprodukts 41 einschließlich der Metallelektroden 43 (a₂/b₂) vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,70, vorzugsweise 0,30 bis 0,50. Wenn das Verhältnis a₂/b₂ in diesem Bereich liegt, kann man ein polymeres Stellglied erhalten, das eine große Auslenkung erzeugen kann und einen niedrigen Oberflächenwiderstand aufweist.
Im Fall des polymeren Stellglieds 50 gemäß 2C, bei dem die Metallelektroden 55 auf der inneren Oberfläche des zylindrischen Ionentauscherharzprodukts 51 ausgebildet sind, beträgt das Verhältnis der Dicke a₃ der Metallelektrode 55 zur Dicke b₃ des zylindrischen Ionentauscherharzprodukts 51 einschließlich der Metallelektrode 55 (a₃/b₃) vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,70, vorzugsweise 0,30 bis 0,50. Wenn das Verhältnis a₃/b₃ in diesem Bereich liegt, kann man ein polymeres Stellglied erhalten, das eine große Auslenkung erzeugen kann und einen niedrigen Oberflächenwiderstand aufweist.
Im Fall des polymeren Stellglieds 60 gemäß 2D, bei dem die Metallelektroden 63, 65 sowohl an den äußeren als auch inneren Oberflächen des zylindrischen Ionentauscherharzprodukts 61 ausgebildet sind, liegt das Verhältnis der Dicke C des zylindrischen Ionentauscherharzprodukts 61 ausschließlich der Metallelektroden 63, 65 zur Dicke b₄ des zylindrischen Ionentauscherharzprodukts 61 einschließlich der Metallelektroden 63, 65 (C/b4) vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,95, vorzugsweise 0,45 bis 0,70. Ferner liegt das Verhältnis a₄ der Metallelektrode 63, die auf der äußeren Oberfläche des zylindrischen Harzprodukts 61 ausgebildet ist, zur Dicke a₅ der Metallelektrode 65, die auf der inneren Oberfläche des zylindrischen Harzprodukts 61 ausgebildet ist (a₄/a₅) vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 20,0, vorzugsweise im Bereich von 0,50 bis 2,00. Falls das Verhältnis C/b4 und das Verhältnis a₄/a₅ in diesen Bereichen liegen, kann man ein polymeres Stellglied erhalten, das eine große Auslenkung erzeugen kann und einen niedrigen Oberflächenwiderstand aufweist.
Beim Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stellglieder werden die vorstehend beschriebenen Elektroden nach dem folgenden Verfahren hergestellt.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen polymeren Stellglieds umfasst nämlich die folgenden Schritte:

(i) einen Schritt, bei dem man das Ionentauscherharzprodukt einen Metallkomplex in wässriger Lösung adsorbieren lässt (Adsorptionsschritt),
(ii) einen Schritt, bei dem man den adsorbierten Metallkomplex auf dem Ionentauscherharzprodukt mit einem Reduktionsmittel reduziert, um auf der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ein Metall abzuscheiden (Abscheidungsschritt), und
(iii) einen Schritt, bei dem man das Ionentauscherharzprodukt mit dem abgeschiedenen Metall wäscht (Waschschritt).

Beispiele für Metallkomplexe, die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar sind, umfassen einen Goldkomplex, Platinkomplex, Palladiumkomplex, Rhodiumkomplex und Rutheniumkomplex. Davon sind der Goldkomplex und Platinkomplex bevorzugt und der Goldkomplex ist besonders bevorzugt, weil die vom polymeren Stellglied erzeugte Auslenkung vergrößert werden kann.
Die Adsorption des Metallkomplexes an das Ionentauscherharzprodukt erfolgt, indem man das Ionentauscherharzprodukt in eine wässrige Lösung eintaucht, die den Metallkomplex enthält. Vor der Ausbildung der Metallelektrode kann man das Ionentauscherharzprodukt einer der folgenden Behandlungen unterziehen. Jede der Behandlungen kann einzeln oder in Kombination erfolgen.
(1) Wasserbehandlung
Das Ionentauscherharzprodukt wird in heißem Wasser gekocht.
(2) Salzsäure-Behandlung
Das Ionentauscherharzprodukt wird in verdünnter Salzsäure von etwa 25 Vol.-% gehalten.
(3) NaOH-Behandlung
Das Ionentauscherharzprodukt wird in einer wässrigen Natriumhydroxidlösung von etwa 0,1 N gehalten.
(4) Alkohol-Behandlung
Das Ionentauscherharzprodukt wird in einen Alkohol eingetaucht, wie Methanol oder Ethanol.
(5) Autoklavenbehandlung
Das Ionentauscherharzprodukt wird bei einer Temperatur von 110 bis 150°C in einem Autoklaven erwärmt.
Die Reduktion des Metallkomplexes erfolgt, indem man das Ionentauscherharzprodukt mit dem darauf absorbierten Metallkomplex in eine wässrige Lösung eintaucht, die ein Reduktionsmittel enthält.
Als Reduktionsmittel sind Natriumsulfit, Hydrazin, Kaliumborhydrid oder dgl. verwendbar, obgleich das verwendete Reduktionsmittel in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Metallkomplexes variiert. Während der Reduktion des Metallkomplexes kann man gegebenenfalls eine Säure oder Alkali zusetzen.
Die vorstehenden Schritte (i) bis (iii) können wiederholt durchgeführt werden, um die Metallelektroden auf der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes und weiter ins Innere des Harzproduktes auszubilden.
Die Anzahl der Zyklen der vorstehenden Schritte liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20, insbesondere 4 bis 9. Der Ausdruck „Zahl der Zyklen" bedeutet die Zahl der Metallkomplexadsorptions-/-reduktionsvorgänge, die man am Metallfilm durchführt, der ursprünglich dadurch ausgebildet wurde, dass man das Ionentauscherharzprodukt einen Metallkomplex adsorbieren ließ und den Metallkomplex reduzierte. Die Zahl der Zyklen beträgt vorzugsweise höchstens 20, weil der Effekt der Erhöhung des Auslenkungsgrades sich kaum einstellt, wenn die Zahl der Zyklen mehr als 20 beträgt.
Bei der Reduktion des auf dem Ionentauscherharzprodukt adsorbierten Metallkomplexes wird der Metallkomplex mit dem Reduktionsmittel in Kontakt gebracht, um ein Metall auf der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts abzuscheiden. Anschließend bewegt sich der Metallkomplex im Inneren des Films in der Umgebung der Filmoberfläche (zum abgeschiedenen Metall) und wird dann unter Abscheidung eines Metalls reduziert. D. h., das Kristallwachstum eines Metalls schreitet von der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts zu dessen Inneren fort. Daher erfolgt die Abscheidung des Metalls nicht nur an der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes, sondern auch im Inneren nahe der Oberfläche. Im Ergebnis wird die Kontaktfläche zwischen dem Ionentauscherharzprodukt und der Metallelektrode größer als bei einem herkömmlichen Verfahren der chemischen Plattierung. Dem zufolge schreitet durch die Wiederholung des erfindungsgemäßen Adsorptionsabscheidungsverfahrens die Metallabscheidung weiter in das Innere des Ionentauscherharzproduktes, wodurch die Kontaktfläche zwischen dem Ionentauscherharzprodukt und der Metallelektrode weiter vergrößert wird. Mit zunehmender Kontaktfläche vergrößert sich die Zahl der elektrodenaktiven Punkte und die Zahl der zur Elektrode wandernden Ionen wird ebenfalls vergrößert. Folglich wird der Unterschied im Wassergehalt zwischen den Elektroden sehr viel größer und im Ergebnis vergrößert sich der Grad des Verbiegens (Deformation), d. h. der Grad der Auslenkung. Darüber hinaus verringert sich aufgrund der vergrößerten Kontaktfläche zwischen dem Ionentauscherharzprodukt und der Metallelektrode der Oberflächenwiderstand der Elektrode, wodurch sich die Leitfähigkeit der Elektrode steigert und der Grad der Auslenkung vergrößert wird.
Wenn die Metallelektroden durch weiteres Wiederholen der vorstehenden Schritte (i) bis (iii) ausgebildet werden, kann der Grad der Auslenkung des Elements wesentlich größer gemacht werden als diejenige herkömmlicher polymerer Stellglieder.
Anschließend unterzieht man das Ionentauscherharzprodukt mit den durch Reduktion eines Metallkomplexes ausgebildeten Elektroden einem Waschschritt, um den nicht umgesetzten Metallkomplex und das Reduktionsmittel zu entfernen.
Zu den Beispielen für die vorzugsweise verwendeten Waschflüssigkeiten zählen Wasser, wässrige Natriumhydroxidlösung, wässrige Schwefelsäurelösung und wässrige Salzsäurelösung. Unter Verwendung dieser Waschflüssigkeiten kann man den nicht umgesetzten Metallkomplex und das Reduktionsmittel wirksam entfernen. Bei Verwendung dieser Waschflüssigkeiten ist es bevorzugt, dass die Konzentration der wässrigen Natriumhydroxidlösung im Bereich von 0,01 bis 5,0 Mol/l, vorzugsweise 0,1 bis 1 Mol/l liegt; die Konzentration der wässrigen Schwefelsäurelösung im Bereich von 0,01 bis 6 Mol/l, vorzugsweise 0,1 bis 6 Mol/l liegt, und die Konzentration der wässrigen Salzsäurelösung im Bereich von 0,01 bis 6 Mol/l, vorzugsweise 0,1 bis 3 Mol/l liegt.
Vor der Ausbildung der Metallelektroden durch die vorstehenden Schritte kann man das Ionentauscherharzprodukt einer Oberflächenanraubehandlung unterziehen. Zu den Beispielen für die Oberflächenanraubehandlungen zählen eine Sandstrahlbehandlung und eine Sandpapierbehandlung. Die Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts wird so weit angeraut, dass nur eine oberflächliche Schicht des Harzproduktes abgetragen wird.
Aufgrund der Anraubehandlung vergrößert sich die Kontaktfläche zwischen der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts und der darauf ausgebildeten Elektrode; daher kann die Auslenkung des polymeren Stellglieds vergrößert werden.
Wenn das Ionentauscherharzprodukt in Form eines Films vorliegt, kann man die Isolierung der vorstehend ausgebildeten Elektrode erreichen, indem man Kanten des Harzprodukts mit der darauf befindlichen Elektrode schneidet. Wenn das Ionentauscherharzprodukt in Form eines Zylinders oder einer Säule vorliegt, kann die Isolierung zwischen den Elektroden durch Bestrahlen des Harzprodukts mit der darauf befindlichen Metallelektrode mit einem Laserstrahl erreicht werden, wobei man einen Teil der Metallelektrode entfernt und so isolierende Zonen zwischen den Elektroden erzeugt.
Nach der Ausbildung der Elektroden auf dem Ionentauscherharzprodukt kann man das Harzprodukt den vorstehend erwähnten Behandlungen (1) bis (5) unterziehen.
Auf den so ausgebildeten Elektroden kann man eine zusätzliche Elektrodenschicht ausbilden. Die zusätzliche Elektrodenschicht kann durch chemisches Plattieren, Elektroplattieren, Vakuumabscheidung, Bedampfen, Beschichten, Pressbonding, Schweißen oder dgl. ausgebildet werden. Das Material der zusätzlichen Elektrodenschicht kann das gleiche wie das der auf der Oberfläche und dem Inneren des Ionentauscherharzprodukts ausgebildeten Elektroden sein oder davon verschieden sein. Durch Ausbildung der weiteren Elektrodenschicht kann die Auslenkung des polymeren Stellglieds weiter vergrößert werden.
Weil das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte polymere Stellglied den Grad der Auslenkungen nach dem vorstehenden Prinzip vergrößern kann, sind die Gegenionen des Ionentauscherharzprodukts keinen besonderen Beschränkungen unterworfen; es kann sich um Na⁺- oder H⁺- oder Alkylammoniumionen handeln, wie sie im erfindungsgemäßen polymeren Stellglied verwendet werden. In dem polymeren Stellglied ist es jedoch besonders bevorzugt, dass die im Ionentauscherharzprodukt enthaltenen Gegenionen Alkylammoniumionen sind, aus den nachstehend beschriebenen Gründen.
Das erfindungsgemäße polymere Stellglied umfasst ein Ionentauscherharzprodukt, das als Gegenion ein Alkylammoniumion enthält, auf der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes ausgebildete und voneinander isolierte Elektroden.
Das erfindungsgemäße polymere Stellglied kann hergestellt werden, indem man das Ionentauscherharzprodukt, das auf seiner Oberfläche voneinander isolierte Metallelektroden aufweist, in eine wässrige Lösung eintaucht, die Alkylammoniumionen enthält, um die Gegenionen durch die Alkylammoniumionen auszutauschen. Im erfindungsgemäßen polymeren Stellglied wird im Allgemeinen eine wässrige Lösung eines Alkylammoniumsalzes, wie Chlorid, Dioxid Bromid oder Jodid, des Alkylammoniums zum Austausch der Gegenionen verwendet.
In der wässrigen Lösung ist das Alkylammoniumsalz in gleicher oder größerer Menge enthalten, als die der funktionellen Gruppen des Ionentauscherharzes, d. h. die Konzentrati on des Alkylammoniumsalzes liegt im Bereich von 0,01 bis 10 Mol/l, vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Mol/l.
Es ist bevorzugt, dass die Alkylammoniumionen Alkylammoniumionen der nachstehenden Formel (1) enthalten. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Alkylammoniumionen Alkylammoniumionen der folgenden Formel (1) sind.
In der vorstehenden Formel können R¹ bis R⁴ gleich oder verschieden sein und jeweils für ein Wasserstoffatom, eine Kohlenwasserstoffgruppe, eine sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe oder eine stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe stehen, wobei wenigstens einer der Reste R¹ bis R⁴ für ein von einem Wasserstoffatom verschiedene Gruppe steht, und zwei oder mehrere Reste R¹ bis R⁴ unter Ausbildung eines Rings verbunden sein können.
Als Alkylammoniumionen der Formel (1) sind bevorzugt CH₃N⁺H₃, C₂H₅N⁺H₃, (CH₃)₂N⁺H₂, (C₂H₅)₂N⁺H₂, (CH₃)₃N⁺H, (C₂H₅)₃N⁺H, (CH₃)₄N⁺, (C₂H₅)₄N⁺, (C₃H₇)4N⁺, (C₄H₉)₄N⁺, H₃N⁺(CH₂)₄N⁺H₃, H₂C=CHCH₂N⁺HCH₃, H₃N⁺(CH₂)₄N⁺H₂(CH₂)₄N⁺H₃, HC≡CCH₂N⁺H₂, CH₃CH(OH)CH₂N⁺H₃, H₃N⁺(CH₂)₅OH, H₃N⁺CH(CH₂OH)₂, (HOCH₂)₂C(CH₂N⁺H₃)₂, C₂H₅OCH₂CH₂N⁺H₃.
Starker bevorzugt sind (C₄H₉)₃N⁺H, (C₅H₁₁)₃N⁺H, (C₃H₇)₄N⁺ und (C₄H₉)₄N⁺. Diese Alkylammoniumionen können einzeln oder in Kombination zweier oder mehrer Arten eingesetzt werden.
Beim erfindungsgemäßen polymeren Stellglied unterliegt das Verfahren zur Ausbildung der Metallelektroden keinen Einschränkungen und sie können z. B. durch beliebige herkömmliche Verfahren ausgebildet werden.
Damit das erfindungsgemäße polymere Stellglied und das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte funktionieren, muss das Ionentauscherharzprodukt im wasserhaltigen Zustand vorliegen. Der vorliegend verwendete Ausdruck „wasserhaltige Zustand” bedeutet, dass Gegenionen entsprechend einer Potentialdifferenz wandern können, weil das Ionentauscherharzprodukt Wasser enthält. In der vorliegenden Erfindung kann das polymere Stellglied auch in Wasser oder einer Atmosphäre hoher Feuchtigkeit arbeiten, mit der Maßgabe, dass es in einem derartigen wasserhaltigen Zustand vorliegt.
Im Folgenden wird das Funktionsprinzip des polymeren Stellglieds mit Bezug auf 3 näher beschrieben.
Wenn, wie in 3 gezeigt, über die voneinander isolierten Metallelektroden 3a, 3b eine Potentialdifferenz an die Oberflächen des Ionentauscherharzprodukts 2 angelegt wird, wandern positive Ionen 6 zur Kathodenseite (Elektrode 3a in 3) im Ionentauscherharzprodukt 2, und die die positiven Ionen 6 begleitenden Wassermoleküle wandern ebenfalls im Harzprodukt 2. Im Ergebnis erhöht sich der Wassergehalt in der Umgebung der Kathode (Elektrode 3a), wobei die Kathodenseite des Harzprodukts 2 quillt und sich ausdehnt, wenn der Wassergehalt in der Umgebung der Anode (entgegengesetzte Seite, Elektrode 3b in 3) abnimmt, wobei sich die Anodenseite des Harzprodukts 2 zusammenzieht. Aufgrund des Unterschieds im Wassergehalt zwischen den Elektroden 3a, 3b verbiegt sich daher das Ionentauscherharzprodukt 2.
Da bei dem erfindungsgemäßen polymeren Stellglied die Wassermoleküle zusammen mit den Ionen wandern und Ionen mit einem großen Ionenradius, wie Alkylammoniumionen, als wandernde Ionen verwendet werden, wird der Unterschied im Wassergehalt zwischen den Elektroden weiter erhöht und im Ergebnis erhöht sich der Grad des Verbiegens (Deformation), d. h. der Grad der Auslenkung. Das bedeutet, dass das erfindungsgemäße polymere Stellglied im Vergleich zu herkömmlichen polymeren Stellgliedern eine größere Auslenkung erzeugt. Im erfindungsgemäßen polymeren Stellglied, das Alkylammoniumionen enthält, wird das im Ionentauscherharzprodukt enthaltene Wasser kaum elektrolysiert, auch wenn eine hohe Spannung angelegt wird, und die Entstehung von Bläschen kann daher gehemmt werden, im Unterschied zu herkömmlichen polymeren Stellgliedern, worin Na⁺- oder H⁺-Ionen enthalten sind. Man kann daher eine höhere Spannung als die an herkömmliche polymere Stellglieder angelegte an das erfindungsgemäße polymere Stellglied anlegen und so kann das Ansprechen des polymeren Stellglieds verbessert werden.
Wenn eine Gleichspannung von 0,1 bis 3 V zwischen den Elektroden des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten polymeren Stellglieds angelegt wird, kann das polymere Stellglied eine Auslenkung innerhalb weniger Sekunden erreichen, die etwa 0,5 bis 3 Mal so groß ist wie das Element. Beim Anlegen einer Gleichspannung von 0,1 bis 4 V zwischen die Elektroden des erfindungsgemäßen polymeren Stellglieds kann das polymere Stellglied eine Auslenkung innerhalb weniger Sekunden erreichen, die etwa 1 bis 3 Mal so groß ist wie das Element. Außerdem kann das polymere Stellglied in Wasser eine flexible Bewegung erfahren.
Eine Ausführungsform einer Anwendung des vorstehend beschriebenen polymeren Stellglieds ist als Richtlinie in den 4 und 5 gezeigt.
Bei dieser Anwendung besteht ein Führungsdraht 11 als Führung aus einem linearen Glied 12 z. B. aus einem schmalen Rohr aus synthetischem Harz oder einem schmalen Rohr aus Edelstahl und einem mit der Spitze des linearen Glieds 12 verbundenen polymeren Stellglied 13.
Das Stellglied 13 umfasst ein Ionentauscherharzprodukt 14 in Form einer schmalen rechteckigen flachen Platte und ein Elektrodenpaar 15a, 15b, die an beiden Oberflächen des Harzproduktes angeordnet sind und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet sein können. Durch Anlegen einer Spannung zwischen die Elektroden 15a, 15b wird das polymere Stellglied 13 in zwei Richtungen gebogen.
An die Elektroden 15a, 15b ist jeweils ein Ende eines Paars von Anschlussdrähten 16a, 16b elektrisch angeschlossen. Die Anschlussdrähte 16a, 16b verlaufen im Inneren des linearen Gliedes 12 und die anderen Enden der Anschlussdrähte 16a, 16b sind an einen Bedienungsregler 17 angeschlossen.
Der Bedienregler 17 ist mit einem schaltbaren Bedienhebel 18 ausgerüstet. Durch Bedienen des Hebels 18 kann man die Richtung des Stroms einer Stromquelle 20 in die Anschlussdrähte 16a, 16b mittels des zweipoligen Wechselschalters 19 schalten, der im Inneren des Bedienreglers 17 eingebaut ist.
Wenn der zweipolige Umschalter 19 sich in der in 5 durch die durchgezogene Linie angegebenen Stellung befindet, ist ein Anschlussdraht 16a mit einer positiven Elektrode 15a und der andere Anschlussdraht 16b mit einer negativen Elektrode 15b verbunden, wodurch das Stellglied 13 gebogen wird, wie durch die gestrichelten Linien in 5 angegeben. Wenn der zweipolige Umschalter 19 durch den Bedienhebel 18 des Bedienreglers 17 über eine neutrale Stellung in die durch die gestrichelte Linie in 5 angezeigte Stellung geschaltet wird, wird der Anschlussdraht 16a mit einer negativen Elektrode 15b und der Anschlussdraht 16b mit einer positiven Elektrode 15a verbunden, wodurch das Stellglied 13 in umgekehrter Richtung in die Position gebogen wird, die in 5 durch die doppelt gepunktete Linie angedeutet ist.
Somit kann man das polymere Stellglied 13 durch die Umschaltoperation zwischen der Anode und der Kathode beliebig und zwangsweise deformieren.
Eine weitere Ausführungsform einer Anwendung des vorstehend beschriebenen polymeren Stellglieds ist ein zylindrisches polymeres Stellglied 40, das in 6 dargestellt ist.
Zur Herstellung des zylindrischen polymeren Stellglieds nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bildet man Metallelektroden in folgender Weise aus. Zuerst wird nach dem vorstehenden Verfahren ein Metallkomplex an ein Ionentauscherharzprodukt 41 adsorbiert und mit einem Reduktionsmittel reduziert, um ein Metall auf der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes 41 abzuscheiden. Der Metallkomplexadsorptions-/-reduktionsvorgang und der Metallabscheidevorgang werden wiederholt, um das abgeschiedene Metall wachsen zu lassen, wobei sich eine Metallschicht bildet, die von der Oberfläche des Ionentauscherharzproduktes 41 in dessen Inneres reicht.
Anschließend wird das zylindrische Ionentauscherharzprodukt 41, das an seiner äußeren Oberfläche mit einer Metallschicht versehen ist, mit einem Laserstrahl einer Laserstrahlmaschine bestrahlt, um die bestrahlte Metallschicht zu entfernen, wodurch isolierende Zonen 42 in Form einer Nut und Metallelektroden 43a, 43b, 43c, 43d gebildet werden die elektrisch voneinander durch die Zonen 42 isoliert sind.
In dem in 6 gezeigten polymeren Stellglied sind an den Metallelektroden 43a, 43b, 43c und 43d die einen Enden von Anschlussdrähten 44a, 44b, 44c und 44d elektrisch angeschlossen. Dieses polymere Stellglied kann sich in vier Richtungen biegen, indem man zwischen die am Ionentauscherharzprodukt 41 einander gegenüberliegenden Elektroden 43a und 43c und zwischen die am Ionentauscherharzprodukt 41 einander gegenüberliegenden Elektroden 43b und 43d eine Spannung anlegt. Das polymere Stellglied kann auch eine Rotation erfahren, indem man die Biegerichtungen kombiniert.
Die vorstehend angesprochenen Metallelektroden können an der inneren Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ausgebildet sein oder sowohl an den inneren als auch äußeren Oberflächen des Harzproduktes ausgebildet sein.
Da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des polymeren Stellglieds eine Metallelektrode durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen spezifischen Schritte ausgebildet wird, kann die Kontaktfläche zwischen dem Ionentauscherharzprodukt und der Metallelektrode vergrößert werden, wobei sich die Zahl der zur Elektrode wandernden Ionen vergrößert und die Dicke der Metallelektroden vergrößert werden kann, um den Oberflächenwiderstand der Elektroden zu verringern, wodurch sich ihre Leitfähigkeit verbessert. Daher weist das zu erhaltene polymere Stellglied einen hohen Grad der Verbiegung (Deformation), d. h. Grad der Auslenkung auf, und zeigt ein rasches Ansprechen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man daher ein polymeres Stellglied mit einfachem Aufbau erhalten, das miniaturisiert werden kann, ein rasches Ansprechen zeigt, eine große Auslenkung erzeugt und mit niedriger Spannung arbeiten kann.
Da beim erfindungsgemäßen polymeren Stellglied das Gegenion des Ionentauscherharzprodukts durch ein spezifisches Alkylammoniumion ausgetauscht ist, ist die Zahl der Wassermoleküle, die zusammen mit den Alkylammoniumionen durch Anlegen einer Potentialdifferenz wandern, vergrößert, wodurch der Unterschied im Wassergehalt zwischen den Elektroden erheblich größer wird, und auch beim Anlegen einer hohen Spannung zwischen die Elektroden des polymeren Stellglieds erfolgt kaum eine Elektrolyse von Wasser im Ionentauscherharzprodukt und die Bildung von Bläschen ist gehemmt, im Unterschied zu den allgemein verwendeten Ionentauscherharzen, deren Gegenion Na⁺ oder H⁺ ist. Demzufolge ist in dem erfindungsgemäßen polymeren Stellglied der Grad des Verbiegens (Deformation) d. h. der Grad der Auslenkung, erhöht, und man kann eine höhere Spannung als die an herkömmliche polymere Stellglieder angelegte an das erfindungsgemäße polymere Stellglied anlegen und so kann das Ansprechen beschleunigt werden.
Erfindungsgemäß kann man daher ein polymeres Stellglied mit einfachem Aufbau erhalten, das leicht miniaturisiert werden kann, ein rasches Ansprechen zeigt, eine große Auslenkung erzeugt, mit niedriger Spannung arbeiten kann und bei dem keine Bläschen aufgrund der Elektrolyse von Wasser auftritt, auch wenn die Potentialdifferenz vergrößert wird, um die Auslenkung zu erhöhen.
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen polymeren Stellglieds oder des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Stellglieds als Führungsmittel für eine chirurgische Ausrüstung zur Mikrochirurgie, wie eine Schere, Pinzette, Schlinge, Lasermesser und Spatel, oder Mikrobauteilen, wie verschiedene Sensoren und Werkzeuge, kann die Führung verbessert werden, weil das polymere Stellglied durch die Bedienung des Bedienreglers beliebig und zwangsweise gebogen (deformiert) werden kann. Im Ergebnis können die chirurgische Vorrichtung oder die Mikrobauteile zur gewünschten Stelle gebogen werden und der Biegevorgang kann ohne besondere Fertigkeit rasch und einfach durchgeführt werden.
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen polymeren Stellglieds in chirurgischen Gerä ten, wie einer Pinzette, Schere, Zange, Schlinge, Lasermesser, Spatel oder Clip, wie für die Mikrochirurgie, die Chirurgie am Augapfel, intracavitäre endoskopische Operation und Mikrogefäßnahtoperation, kann der den Patienten bei den Tests oder Behandlungen zugefügte Schmerz weitgehend gelindert werden und die körperliche oder psychische Belastung der Patienten kann verringert werden.
Wenn die polymeren Stellglieder in verschiedenen Sensoren oder Reparaturwerkzeugen zur Inspektion oder Reparatur von Fabrikanlagen, wie Kraftwerken, und mechanischen Systemen, wie Flugzeugmotoren oder dgl. (insbesondere für Leitungssysteme oder Motoreninnenräume) eingesetzt werden, kann die Inspektion oder Reparatur in sicherer Weise ohne großen Arbeitsaufwand oder Zeit durchgeführt werden.
Neben der vorstehenden Anwendung kann das erfindungsgemäße Stellglied oder das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene polymere Stellglied vorteilhaft in Hochfrequenzvibrationsmikropumpen, Gesundheitsapparaten, wie unterstützende Massageapparate zur Rehabilitation, Hygrometer, Hygrometerkontrolleinrichtungen, nachgebende Manipulatoren, Tauchventile, industrielle Apparate, wie nachgebende Förderbänder, Unterwassermobile, wie künstliche Goldfische und künstliche Meeresalgen, und Freizeitgüter, wie bewegliche Fischköder und antreibende Flossen.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden Beispiele näher beschrieben; die Erfindung ist aber in keiner Weise auf diese Beispiele beschränkt.
In den Beispielen und Vergleichsbeispielen erfolgte die Bestimmung des Grads der Auslenkung wie folgt: Wie in 7 gezeigt, wurde die Probe 101 an einer 8 mm von einem Ende der Probe entfernten Ende zwischen zwei Platinplatten eingebracht und die Probe 101 mit den Platinplatten wurde in Wasser gehalten. Anschlussdrähte 103a, 103b erstreckten sich von den Platinplatten und waren an einen Potentiostaten 105 angeschlossen. Man legte eine Spannung zwischen die Goldelektroden 107a, 107b an beiden Seiten der Probe 101 an. Der Grad der Auslenkung wurde durch Messen einer Auslenkung an einer 10 mm vom fixierten Ende mittels eines Laserauslenkungsmessers bestimmt.
Beispiel 1
Ein filmförmiges Ionentauscherharzprodukt des Fluorharz-Typs mit einer Filmdicke von 140 μm (Ionentauschkapazität 1,4 meq/g) wurde einer Oberflächenanraubehandlung mit Aluminiumteilchen #800 unterzogen. Dann unterzog man das Ionentauscherharzprodukt zwei Zyklen der folgenden Schritte (1) bis (3) zur Ausbildung von Goldelektroden auf den Oberflächen des Harzprodukts.
(1) Adsorptionsschritt
Man taucht das Ionentauscherharzprodukt 24 Stunden in eine wässrige Lösung von Phenanthringoldchlorid, damit das Harzprodukt einen Phenanthringoldkomplex adsorbiert.
(2) Abscheideschritt
In einer wässrigen, Natriumsulfit- und NaOH-enthaltenden Lösung wird der adsorbierte Phenanthrengoldkomplex reduziert, um auf den Oberflächen des Ionentauscherharzproduktes Goldelektroden auszubilden. Die Reduktion des Phenanthrengoldkomplexes erfolgt in einer wässrigen Lösung von 60 bis 80°C über sechs Stunden unter langsamer Zugabe von Natriumsulfit.
(3) Waschschritt
Man entnimmt das Ionentauscherharzprodukt, auf dessen Oberflächen Goldelektroden ausgebildet worden sind, und wäscht es eine Stunde mit Wasser bei 70°C.
Das erhaltene Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen ist, wurde zu Stücken einer Größe von 1,0 mm × 20 mm geschnitten; man bestimmte den Oberflächenwiderstand der Stücke. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 2,0 V) an, um den Grad der Auslenkung (Verbiegen) zu bestimmen.
Der Grad der Auslenkung der Probe betrug 2,0 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe war 10 Ω.
Beispiel 2
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in drei Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 3,2 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe war 5 Ω.
Beispiel 3
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in vier Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 3,7 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe war 2 Ω.
Beispiel 4
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in fünf Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 3,9 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe betrug 1 Ω.
Beispiel 5
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in sechs Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 4,2 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe betrug 1 Ω.
Beispiel 6
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in sieben Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 4,5 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe betrug 0,5 Ω.
Beispiel 7
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in acht Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 5,0 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe war 0,5 Ω.
Beispiel 8
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in neun Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 5,3 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe war 0,5 Ω.
Beispiel 9
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) in 10 Zyklen wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 5,5 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe war 0,5 Ω.
Vergleichsbeispiel 1
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, wobei jedoch die Schritte (1) bis (3) nicht wiederholt wurden. Die Probe wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 13 untersucht.
Als Ergebnis betrug der Grad der Auslenkung der Probe 2,0 mm und der Oberflächenwiderstand der Probe war 10 Ω.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, dass mit zunehmender Zyklenzahl der Schritte (1) bis (3) ein polymeres Stellglied erhalten werden kann, das eine größere Auslenkung und einen niedrigen Oberflächenwiderstand zeigt. Man kann auch ersehen, dass der Effekt auf den Grad der Auslenkung und den Oberflächenwiderstand besonders groß wird, wenn die Zahl der Zyklen vier bis neun beträgt.
Beispiel 10
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine 0,5 M wässrige Lösung von (C₂H₅)NH₃Cl, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 11
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine 0,5 M wässrige Lösung von (CH₃)₂NH₂Cl, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 12
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine 0,5 M wässrige Lösung von (C₂H₅)₃NHCl, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 13
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine 0,5 M wässrige Lösung von (C₃H₇)₄NCl, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 14
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine 0,5 M wässrige Lösung von (C₄H₉)₄NCl, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 15
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine wässrige Lösung (Konzentration: 0,5 M) eines Chlorids eines Alkylammoniumions der nachstehenden Formel, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu bestimmen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen erzeugt wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 16
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine wässrige Lösung (Konzentration: 0,5 M) eines Chlorids eines Alkylammoniumions der nachstehenden Formel, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu bestimmen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen erzeugt wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 17
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine wässrige Lösung (Konzentration: 0,5 M) eines Chlorids eines Alkylammoniumions der nachstehenden Formel, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu bestimmen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen erzeugt wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 18
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine wässrige Lösung (Konzentration: 0,5 M) eines Chlorids von H₂C=CHCH₂N⁺H₂CH₃, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 19
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine wässrige Lösung (Konzentration: 0,5 M) eines Chlorids von CH₃CH(OH)CH₂N⁺H₃, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 20
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine wässrige Lösung (Konzentration: 0,5 M) eines Chlorids von H₃N⁺CH(CH₂OH)₂, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 21
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine wässrige Lösung (Konzentration: 0,5 M) eines Chlorids von C₂H₅OCH₂CH₂N⁺H₃, um eine Probe zu erhalten. Dann legte man über die Elektroden auf der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen gebildet wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Vergleichsbeispiel 2
Man schnitt ein rechteckiges Ionentauscherharzprodukt, das mit Goldelektroden versehen war (Ionentauscherkapazität: 1,8 meq/g), zu einer Größe von 1,0 mm × 20 mm und tauchte es 24 Stunden in eine 0,1 N wässrige NaOH-Lösung, um eine Probe zu erhalten.
Dann legte man über die Elektroden an der Vorder- und Rückseite eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz und 1,5 V) an die Probe an, um den Grad der Auslenkung zu messen. Außerdem bestimmte man eine Spannung (Rechtecksignal mit 0,1 Hz), bei der Bläschen erzeugt wurden.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1

	Grad Auslenkung (mm)	Spannung bis zur Bläschenbildung (V)
Beispiel 10	1,0	2,0
Beispiel 11	2,0	2,0
Beispiel 12	2,3	2,1
Beispiel 13	3,0	2,5
Beispiel 14	2,2	4,4
Beispiel 15	2,0	4,0
Beispiel 16	2,3	2,5
Beispiel 17	2,2	2,0
Beispiel 18	2,1	2,2
Beispiel 19	2,3	2,3
Beispiel 20	2,0	1,8
Beispiel 21	2,3	2,0
Vergleichsbeispiel 2	0,5	1,8

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, dass die polymeren Stellglieder, worin die Gegenionen des Ionentauscherharzes durch Alkylammoniumionen der Formel (1) ersetzt wurden, eine größere Auslenkung und eine höhere Spannung bis zur Bläschenproduktion zeigen, als die des herkömmlichen polymeren Stellglieds des Vergleichsbeispiels 1, dessen Gegenion Na⁺ ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines polymeren Stellglieds, das ein Ionentauscherharzprodukt und auf der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ausgebildet und voneinander isolierte Metallelektroden umfasst, wobei das Stellglied in der Lage ist, durch Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Metallelektroden als Stellglied zu wirken, wenn das Ionentauscherharzprodukt im wasserhaltigen Zustand ist, wobei das Ionentauscherharzprodukt eine Krümmung oder Deformation erfährt, bei dem die folgenden Schritte (i) bis (iii) mehrfach durchgeführt werden, um von der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts in das Innere davon reichende Metallelektroden auszubilden: (i) einen Schritt, bei dem man das Ionentauscherharzprodukt einen Metallkomplex in wässriger Lösung adsorbieren lässt (Adsorptionsschritt), (ii) einen Schritt, bei dem man den adsorbierten Metallkomplex auf dem Ionentauscherharzprodukt mit einem Reduktionsmittel reduziert, um auf der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ein Metall abzuscheiden (Abscheidungsschritt), wobei die Reduktion durch Eintauchen des Ionentauscherharzprodukts mit dem darauf adsorbierten Metallkomplex in eine ein Reduktionsmittel enthaltende wässrige Lösung erfolgt, und (iii) ein Schritt, bei dem man das Ionentauscherharzprodukt mit dem abgeschiedenen Metall wäscht (Waschschritt).
Polymeres Stellglied, umfassend ein Ionentauscherharzprodukt, das ein Alkylammoniumion als Gegenion und auf der Oberfläche des Ionentauscherharzprodukts ausgebildete und voneinander isolierte Metallelektroden enthält, wobei das polymere Stellglied bei Anwendung einer Potentialdifferenz zwischen den Metallelektroden als Stellglied wirkt, wenn das Ionentauscherharzprodukt im wasserhaltigen Zustand ist, wobei das Ionentauscherharzprodukt eine Krümmung oder Deformation erfährt.
Polymeres Stellglied nach Anspruch 2, wobei es sich bei den Alkylammoniumionen um Alkylammoniumionen handelt, die zumindest Ionen der folgenden Formel (1) enthalten:
worin R¹ bis R⁴ gleich oder verschieden sein können und jeweils für ein Wasserstoffatom, eine Kohlenwasserstoffgruppe, eine sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe oder eine stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe stehen, wenigstens ein Rest R¹ bis R⁴ für eine von einem Wasserstoffatom verschiedene Gruppe steht und zwei oder mehr Reste R¹ bis R⁴ unter Ringbildung verbunden sein können.
Polymeres Stellglied nach Anspruch 2, wobei das Alkylammoniumion der folgenden Formel (1) entspricht:
worin R¹ bis R⁴ gleich oder verschieden sein können und jeweils für ein Wasserstoffatom, eine Kohlenwasserstoffgruppe, eine sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe oder eine stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffgruppe stehen, wobei wenigstens einer der Reste R¹ bis R⁴ für eine von einem Wasserstoffatom verschiedene Gruppe steht und zwei oder mehr Reste R¹ bis R⁴ unter Ringbildung verbunden sein können.
Polymeres Stellglied nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei es sich bei dem Ion der Formel (1) handelt um CH₃N⁺H₃, C₂H₅N⁺H₃, (CH₃)₂N⁺H₂, (C₂H₅)₂N⁺H₂, (C₄H₉)₂N⁺H₂, (C₅H₁₁)₂N⁺H₂, (CH₃)₃N⁺H, (C₂H₅)₃N⁺H, (C₄H₉)₃N⁺H, (C₅H₁₁)₃N⁺H, (CH₃)₄N⁺, (C₂H₅)₄N⁺, (C₃H₇)₄N⁺, (C₄H₉)₄N⁺, H₃N⁺(CH₂)₄N⁺H₃, H₂C=CHCH₂N⁺HCH₃, H₃N⁺(CH₂)₄N⁺H₂(CH₂)₄N⁺H₃, HC≡CCH₂N⁺H₂, CH₃CH(OH)CH₂N⁺H₃, H₃N⁺(CH₂)₅OH, H₃N⁺CH(CH₂OH)₂, (HOCH₂)₂C(CH₂N⁺H₃)₂, C₂H₅OCH₂CH₂N⁺H₃,